[發明專利]一種基于軸向渦對列布置摻混的氫燃燒室

有效

• 申請號: 202110456601.3
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113137631B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 楊旸;余志健
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F23R3/28
• 分類號: F23R3/28;F23R3/36;F23R3/42;F23R3/58
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 吳夢圓

本公開提供了一種基于軸向渦對列布置摻混的氫燃燒室，包括：火焰筒，火焰筒包括外圈和內圈；外機匣，與火焰筒的外圈圍成空氣流通外通道；內機匣，固連于外機匣內部，內機匣與火焰筒的內圈圍成空氣流通內通道；至少兩個軸向渦發生器，軸向渦發生器為一四面體空腔，軸向渦發生器分別固連于火焰筒的外圈和內圈上，適用于提供軸向渦使燃料摻混燃燒。本公開中的基于軸向渦對列布置摻混的氫燃燒室，提出了軸向渦與微小切向射流相結合的設計方案，采用四面體結構產生軸向渦用于摻混，與采用旋流器的燃燒室相比無回流區和低速區，可有效的燃燒純氫，克服了回火、自點火及燃燒不穩定問題。

技術領域

本公開涉及燃氣輪機領域，尤其涉及一種基于軸向渦對列布置摻混的氫燃燒室。

背景技術

隨著國際和國內對能源低碳、清潔的要求逐漸提高，碳排放壓力日益加劇，氫氣作為未來低碳、清潔能源的代表，研究氫能熱轉化利用具有戰略意義。氫氣為低碳清潔能源，采用燃氣輪機燃燒氫氣是一種典型的氫能利用方式，相對于天然氣燃料，氫氣火焰傳播速度極快且火焰面更容易發生皺曲，容易發生熱聲振蕩和回火，進而導致現有基于貧預混加旋流的低污染燃機燃燒室難以燃用純氫氣或高濃度氫。

現有技術中的富氫燃料燃燒室主要采用貧預混低污染燃燒室局部改造以適應適量濃度的摻氫燃燒或者采用稀釋擴散燃燒技術。純氫燃燒室方面有干低微混合燃燒室，有貧油直噴燃燒室和基于混合燃料和空氣的小尺寸橫流沖擊射流的燃燒室。其中微混合燃燒室基本原理類似液體火箭，將空氣與氫氣分別儲藏于各自腔室中，在燃燒室中開有很多的空氣“窗戶”，而天然氣切向射于空氣中，利用剪切層進行摻混并穩定火焰，火焰穩定在下游兩個回流區之間。

現有低污染燃氣輪機主要采用干式低污染燃燒室，該種燃燒室采用貧預混和旋流燃燒。基于該種燃燒技術改造而來的低污染燃燒室只能摻燒部分氫氣，難以燃用高濃度氫和純氫。同時改造后的干低燃燒室，結構更加復雜，設計與試驗成本高，大量修改燃燒室將會引起整機布局改變，研發成本增大。此外，現有純氫燃燒室采用貧油直噴技術，其燃燒溫度高，污染物排放高；橫向射流微混合燃燒室結構復雜，加工造價成本高。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本公開提出了一種基于軸向渦對列布置摻混的氫燃燒室，以至少解決上述現有技術中存在的問題。

(二)技術方案

為達到上述目的，本公開提供了一種基于軸向渦對列布置摻混的氫燃燒室，包括：火焰筒，所述火焰筒包括外圈和內圈；外機匣，與所述火焰筒的所述外圈圍成空氣流通外通道；內機匣，固連于所述外機匣內部，所述內機匣與所述火焰筒的內圈圍成空氣流通內通道；至少兩個軸向渦發生器，所述軸向渦發生器為一四面體空腔，所述軸向渦發生器分別固連于所述火焰筒的所述外圈和所述內圈上，適用于提供軸向渦使燃料摻混燃燒。

在本公開的一些實施例中，所述軸向渦發生器包括：兩個側面；斜坡面，位于所述兩個側面之間，與所述兩個側面相連；尾緣，與所述斜坡面、所述兩個側面相連，所述尾緣為一矩形平面。

在本公開的一些實施例中，所述尾緣包括：至少一個燃料孔，所述燃料孔的軸線與所述尾緣所在平面的夾角為0°～45°，所述燃料孔軸線的傾斜方向與所述斜坡面的傾斜方向一致，所述燃料孔與所述火焰筒的空氣出口端相對，所述燃料孔適用于將所述氫燃燒室內的燃料形成射流，并將所述射流輸出至所述火焰筒內。

在本公開的一些實施例中，所述軸向渦發生器與所述火焰筒被構造成一體化成型，所述軸向渦發生器與所述火焰筒的所述外圈圍成一腔體，所述腔體被構造成氫燃料倉，所述燃料倉連有燃料管，所述燃料管穿過外機匣至所述氫燃燒室外。

在本公開的一些實施例中，所述軸向渦發生器在火焰筒的外圈和內圈上的布置方式均為周向對列布置。

在本公開的一些實施例中，所述周向對列布置包括：正對列布置，所述正對列布置為所述火焰筒外圈上的軸向渦發生器與所述火焰筒內圈上的軸向渦發生器相對布置。