[發(fā)明專利]一種燃料噴嘴旋流數(shù)自適應(yīng)調(diào)整的燃燒系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110991401.8
• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113685813A
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 肖俊峰;李曉豐;高松;王峰;王瑋;王致程;夏林
• 申請（專利權(quán)）人: 華能國際電力股份有限公司;西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: F23D14/02
• 分類號: F23D14/02;F23D14/64;F23D14/46
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發(fā)明公開了一種燃料噴嘴旋流數(shù)自適應(yīng)調(diào)整的燃燒系統(tǒng)，包括燃料噴嘴外壁、預(yù)混燃料外壁、值班空氣外壁、值班燃料外壁、吹掃空氣外壁、預(yù)混旋流葉片、值班旋流葉片、環(huán)形預(yù)混燃料隔板和環(huán)形值班燃料隔板；其中，燃料噴嘴外壁、預(yù)混燃料外壁、值班空氣外壁、值班燃料外壁和吹掃空氣外壁均為同心圓形截面薄壁結(jié)構(gòu)。本發(fā)明結(jié)合強(qiáng)旋流和弱旋流燃料噴嘴各自的優(yōu)點，旋流燃料噴嘴的旋流數(shù)可根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)的負(fù)荷大小自適應(yīng)調(diào)整，在低負(fù)荷時調(diào)大燃料噴嘴的旋流數(shù)，增強(qiáng)燃燒穩(wěn)定性，而在高負(fù)荷時則調(diào)小燃料噴嘴的旋流數(shù)，降低NOx排放。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種干式低氮分級燃燒系統(tǒng)，尤其涉及一種燃料噴嘴旋流數(shù)自適應(yīng)調(diào)整的干式低氮分級燃燒系統(tǒng)。

背景技術(shù)

旋流燃料噴嘴可在下游產(chǎn)生旋進(jìn)射流，在增強(qiáng)空氣和燃料混合的同時，也可形成穩(wěn)定的高溫?zé)煔饣亓鲄^(qū)，起到穩(wěn)定火焰的作用；另因旋流燃料噴嘴可實現(xiàn)預(yù)混燃燒，可調(diào)整火焰面當(dāng)量比接近貧燃熄火極限，大幅度降低火焰面溫度，進(jìn)而有效控制熱力型NOx污染物生成。

一般用旋流數(shù)來衡量旋流燃料噴嘴下游旋進(jìn)射流的強(qiáng)度，旋流數(shù)的定義是指氣流旋轉(zhuǎn)動量通量與軸向動量通量的比值。根據(jù)旋流數(shù)的大小可將旋流燃料噴嘴分為強(qiáng)旋流燃料噴嘴和弱旋流燃料噴嘴。氣流經(jīng)強(qiáng)旋流燃料噴嘴后可在下游形成穩(wěn)定的回流區(qū)，而經(jīng)弱旋流燃料噴嘴，由于氣流的旋轉(zhuǎn)動量通量較小，不能在噴嘴下游形成穩(wěn)定的回流區(qū)，旋轉(zhuǎn)射流僅能降低中心氣流的速度，形成一個中心發(fā)散的低速流場區(qū)域，使火焰穩(wěn)定在當(dāng)?shù)赝牧骰鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣鹊扔诋?dāng)?shù)貧饬魉俣鹊奈恢谩Ｏ鄬τ趶?qiáng)旋流燃料噴嘴，由于弱旋流燃料噴嘴下游不存在高溫?zé)煔饣亓鲄^(qū)，可減小煙氣在燃燒室高溫區(qū)的停留時間，在NOx排放性能方面更具有優(yōu)勢，但低負(fù)荷時弱旋流燃料噴嘴的點火穩(wěn)定性交差。

弱旋流燃燒是一種興起于上世紀(jì)90年代、新穎的貧預(yù)混燃燒技術(shù)，尚未在重型燃?xì)廨啓C(jī)上得到應(yīng)用，主要是由于弱旋流燃料噴嘴在燃?xì)廨啓C(jī)低負(fù)荷時燃燒穩(wěn)定性較差。目前在役重型燃?xì)廨啓C(jī)仍普遍采用回流區(qū)穩(wěn)焰的強(qiáng)旋流燃料噴嘴，通過對燃料進(jìn)行軸向或徑向分級，值班燃料采用擴(kuò)散或預(yù)混燃燒、主燃料采用預(yù)混燃燒的方式控制NOx排放。但由于強(qiáng)旋流燃料噴嘴下游存在高溫?zé)煔饣亓鲄^(qū)，這會延長部分高溫?zé)煔庠谌紵覂?nèi)的停留時間，增加熱力型NOx的生成，進(jìn)而抵消預(yù)混燃燒降低NOx排放的優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容

為了進(jìn)一步降低重型燃?xì)廨啓C(jī)NOx排放，解決弱旋流燃料噴嘴在燃?xì)廨啓C(jī)低負(fù)荷時易發(fā)生燃燒不穩(wěn)定的問題，本發(fā)明提出了一種燃料噴嘴旋流數(shù)自適應(yīng)調(diào)整的燃燒系統(tǒng)。本發(fā)明結(jié)合強(qiáng)旋流和弱旋流燃料噴嘴各自的優(yōu)點，旋流燃料噴嘴的旋流數(shù)可根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)的負(fù)荷大小自適應(yīng)調(diào)整，在低負(fù)荷時調(diào)大燃料噴嘴的旋流數(shù)，增強(qiáng)燃燒穩(wěn)定性，而在高負(fù)荷時則調(diào)小燃料噴嘴的旋流數(shù)，降低NOx排放。旋流燃料噴嘴旋流數(shù)自適應(yīng)調(diào)整的原理是：燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷變化時，旋流葉片所受到的氣動力會跟隨變化，在低負(fù)荷時氣動力較小，在高負(fù)荷時氣動力較大，本發(fā)明將旋流葉片設(shè)計成彈簧活性鉸支連接結(jié)構(gòu)，則旋流葉片的角度可跟隨氣動力大小而變化，進(jìn)而改變氣流經(jīng)旋流葉片后旋轉(zhuǎn)動量通量與軸向動量通量的比值，達(dá)到自適應(yīng)調(diào)整旋流數(shù)的目的。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

一種燃料噴嘴旋流數(shù)自適應(yīng)調(diào)整的燃燒系統(tǒng)，包括燃料噴嘴外壁、預(yù)混燃料外壁、值班空氣外壁、值班燃料外壁、吹掃空氣外壁、預(yù)混旋流葉片、值班旋流葉片、環(huán)形預(yù)混燃料隔板和環(huán)形值班燃料隔板；其中，燃料噴嘴外壁、預(yù)混燃料外壁、值班空氣外壁、值班燃料外壁和吹掃空氣外壁均為同心圓形截面薄壁結(jié)構(gòu)；

預(yù)混旋流葉片位于燃料噴嘴外壁和預(yù)混燃料外壁構(gòu)成的環(huán)形通道內(nèi)，用于將燃料噴嘴外壁和預(yù)混燃料外壁所構(gòu)成的環(huán)形通道分隔成上游的主燃空氣流道和下游的主燃料預(yù)混腔；

值班旋流葉片位于值班空氣外壁和值班燃料外壁構(gòu)成的環(huán)形通道內(nèi)，用于將值班空氣外壁和值班燃料外壁所構(gòu)成的環(huán)形通道分隔成上游的值班空氣流道和下游的值班燃料預(yù)混腔；

環(huán)形預(yù)混燃料隔板位于預(yù)混燃料外壁和值班空氣外壁之間，用于將預(yù)混燃料外壁和值班空氣外壁所構(gòu)成的環(huán)形通道分隔成上游預(yù)混燃料流道和下游預(yù)混燃燒冷卻空氣流道；