一种燃气轮机的预混装置及燃烧室的制作方法

本发明涉及燃气轮机技术领域，特别涉及一种燃气轮机的预混装置及燃烧室。

背景技术

燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是典型的高新技术密集型产品。作为高科技的载体，燃气轮机代表了多理论学科和多工程领域发展的综合水平，是国家高技术水平和科技实力的重要标志之一，具有十分突出的战略地位。燃气轮机的三大部件为燃烧室、压气机和涡轮，燃烧室的性能会直接影响燃气轮机的总体性能。燃气轮机燃烧产物中含有nox(氮氧化物)，nox主要包含no和no2。no是一种无色无臭的气体，大气中的no浓度如果达到了一定的程度，就会与血液中的血色素结合，造成血液缺氧从而引起中枢神经麻痹。no2是一种红色有毒气体，对人体呼吸器官有刺激作用，容易引起肺气肿和肺癌，no2还能破坏臭氧形成臭氧空洞。

现有燃气轮机中，燃烧室内燃料燃烧时的温度对nox的影响非常大，nox的产量和生成速度随着燃烧温度的升高呈指数增长。目前燃气轮机多采用扩散或部分预混燃烧的无焰燃烧室，其nox排放仍然较多，燃烧效率也较为低下。

技术实现要素：

本发明提供了一种燃气轮机的预混装置及燃烧室，以改善燃烧室的燃料和空气预混结构，大幅度提高燃料和空气之间的混合程度，从而提高燃烧效率，减少nox生成量。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种燃气轮机预混装置，包括贴合设置的燃料腔和预混腔，其中，燃料腔具有进料管口和环形腔体，所述环形腔体设置有多个燃料喷孔，所述预混腔具有多个预混孔以及嵌合所述多个燃料喷孔的预混槽，所述多个预混孔设置于所述预混槽内。

优选的，所述燃料腔的环形腔体外径小于所述预混槽外径，且嵌合于所述预混槽的环形腔体与预混槽之间构成空气入口。

优选的，所述环形腔体外侧壁和靠近所述预混腔的侧壁具有燃料喷孔。

优选的，每个预混孔对应一个环形腔体外侧壁的燃料喷孔和/或靠近所述预混腔侧壁的燃料喷孔。

优选的，所述预混孔的数量为10～20个。

优选的，所述预混孔的孔长至少为其孔径的3倍。

优选的，所述预混槽内具有固定卡扣，用于所述燃料腔和预混腔的贴合固定。

本发明实施例提供的燃气轮机预混装置，采用预混装置的设计，燃料从进料管口进入由燃料腔，然后从燃料腔环形腔体的燃料喷孔喷出；燃料和空气在预混腔的预混槽内进行初步混合，然后分别进入多个预混孔进行进一步混合，最后喷入燃烧室进行燃烧；可以大幅度提高燃料和空气之间的混合程度，从而提高燃烧效率，减少nox生成量。

一种燃气轮机燃烧室，包括燃烧腔体和如上所述的燃气轮机预混装置，其中，所述燃烧腔体与所述燃气轮机预混装置的预混腔连通。

优选的，还包括以间隙配合的方式包覆于所述燃气轮机预混装置和燃烧腔体外侧的轮机机匣。

优选的，所述轮机机匣侧壁至少开有一个进气槽，所述燃烧腔体侧壁上具有多个掺混孔，且所述多个掺混孔对应所述进气槽设置。

本发明实施例提供的燃气轮机燃烧室采用上述的预混装置，燃料和空气混合后经预混孔进入燃烧腔体进行燃烧；可以大幅度提高燃料和空气之间的混合程度，从而提高燃烧效率，减少nox生成量。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的燃气轮机预混装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的燃气轮机预混装置的燃料腔结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的燃气轮机预混装置的预混腔结构示意图；

图4为本发明另一实施例提供的燃气轮机燃烧室的结构示意图；

图5为本发明另一实施例提供的燃气轮机燃烧室的侧剖结构示意图。

附图标记：

1a-燃气轮机预混装置

2a-燃烧腔体

1-燃料腔

11-进料管口

12-环形腔体

13-燃料喷孔

14-空气入口

2-预混腔

21-预混孔

22-预混槽

具体实施方式

为改善燃烧室的燃料和空气预混结构，大幅度提高燃料和空气之间的混合程度，从而提高燃烧效率，减少nox生成量。本发明实施例提供了一种燃气轮机的预混装置及燃烧室。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明作进一步详细说明。

参考图1、图2和图3，本发明一实施例提供的一种燃气轮机预混装置1a，包括贴合设置的燃料腔1和预混腔2，其中，燃料腔1具有进料管口11和环形腔体12，环形腔体11设置有多个燃料喷孔13，预混腔2具有多个预混孔21以及嵌合多个燃料喷孔13的预混槽22，多个预混孔21设置于预混槽22内。

本发明实施例提供的燃气轮机预混装置，采用预混装置的设计，燃料从进料管口进入由燃料腔，然后从燃料腔环形腔体的燃料喷孔喷出；燃料和空气在预混腔的预混槽内进行初步混合，然后分别进入多个预混孔进行进一步混合，最后喷入燃烧室进行燃烧；可以大幅度提高燃料和空气之间的混合程度，从而提高燃烧效率，减少nox生成量。

参考图1、图2和图3，在本发明一优选的实施例中，燃气轮机预混装置的燃料腔1的环形腔体12外径小于预混槽22外径，且嵌合于预混槽22的环形腔体12与预混槽22之间构成空气入口14。空气入口设置于燃料腔的环形腔体外侧且空气与燃料在预混槽内进行初步混合，然后分别进入多个预混孔进行进一步混合，最后喷入燃烧室进行燃烧；为空气和燃料提供了初步隔离，大大提高了本发明实施例的预混装置的工作安全性，且使得空气和燃料混合时更均匀，提高燃烧效率，减少nox生成量。

进一步的，环形腔体12外侧壁和靠近预混腔2的侧壁具有燃料喷孔13。每个预混孔21对应一个环形腔体12外侧壁的燃料喷孔13和/或靠近预混腔2侧壁的燃料喷孔13。即燃料腔的环形腔体外侧壁和靠近预混腔的底部侧壁均具有燃料喷孔，能够提高预混装置的燃料输出效率，从而提高燃烧过滤。同时，燃料腔的环形腔体外侧壁的燃料喷孔和靠近预混腔的底部侧壁的燃料喷孔之间可间隔设置，也可一一对应设置，本发明对此不进行具体的限定。预混孔与燃料喷孔之间的设置关系本发明实施例也不进行具体的限定，可根据实际工作环境选用合适的个数比例以及位置设置关系；优选采用每个预混孔对应一组燃料喷孔，每组燃料喷孔包括一个环形腔体外侧壁的燃料喷孔以及一个靠近预混腔的底部侧壁的燃料喷孔。

在实际的燃气轮机燃烧过程中，预混孔的数量、孔径、孔长以及燃料喷孔数量、孔径之间存在影响，经过发明人大量实验验证，燃料喷孔的数量为20～40个，每个燃料喷孔孔径为1mm～5mm，预混孔的数量为10～20个，且预混孔的孔长至少为其孔径的3倍时的燃烧效果较好，能够具有较高的燃烧效率，减少nox生成量。

在本发明另一实施例中还提供了一种燃气轮机燃烧室，如图4和图5所示，该燃气轮机燃烧室包括燃烧腔体2a和如上所述的燃气轮机预混装置1a，其中，燃烧腔体2a与燃气轮机预混装置1a的预混腔2连通。本发明实施例提供的燃气轮机燃烧室采用上述的预混装置，燃料和空气混合后经预混孔进入燃烧腔体进行燃烧；可以大幅度提高燃料和空气之间的混合程度，从而提高燃烧效率，减少nox生成量。

在该实施例的优选方案中，以下为本发明实施例的几个优化设计：

优化设计1：燃气轮机燃烧室还包括以间隙配合的方式包覆于所述燃气轮机预混装置和燃烧腔体外侧的轮机机匣。轮机机匣包覆于预混装置和燃烧腔体外侧能够提高本发明实施例的燃气轮机燃烧室的工作安全性，并降低燃烧工作时的能量损失，从而提高能源利用率。

优化设计2：燃气轮机燃烧室的轮机机匣侧壁至少开有一个进气槽，所述燃烧腔体侧壁上具有多个掺混孔，且所述多个掺混孔对应所述进气槽设置。轮机机匣侧壁至少开有一个进气槽，燃烧腔体侧壁上具有多个掺混孔，且多个掺混孔对应进气槽设置。进气槽中的掺混空气横向掺入燃烧腔体中的高温烟气，使得空气和高温烟气混合更均匀，从而提高燃烧室出口气流温度的均匀程度和燃烧室的能量利用率。燃烧室的进气槽优选为两个且相对设置于轮机机匣侧壁。轮机机匣侧壁相对设置有两个进气槽，能够减少进气气流之间的干扰，从而形成稳定的掺混空气流，进一步提高燃烧室出口气流温度的均匀程度和燃烧室的能量利用率。进一步的，燃烧腔体侧壁的多个掺混孔间隔环绕设置，如此设置的多个掺混孔能够使得掺混空气较为均匀地进入到燃烧腔体中，使得空气和高温烟气混合更均匀，从而提高燃烧室出口气流温度的均匀程度和燃烧室的能量利用率。

优化设计3：燃烧腔体的中段筒壁上具有主燃孔。主燃孔能够提高燃烧腔体中的燃烧效率并平衡燃烧腔体内外的压力，从而提高燃烧室工作性能和使用寿命。

优化设计4：燃烧腔体筒壁还具有环绕阵列排布的冷却孔。冷却孔能够平衡燃烧腔体内外的压力，并平衡燃烧腔体内外温差防止过热损坏，从而进一步提高燃烧室工作性能和使用寿命。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。