预混合低旋流喷嘴的燃气轮机燃烧室的制作方法

本发明涉及一种适用于预混合低旋流喷嘴的燃气轮机燃烧室。

背景技术：

目前，旋流燃烧是目前燃气轮机实现稳定燃烧的常用方法，由径向或切向叶片达到气流旋转并在喷嘴下游形成回流区，实现稳定燃烧。

但是由于旋流中存在强烈的回流区，燃烧区温度较高，使得氮氧化物排放增加。

技术实现要素：

根据上述提出的技术问题，而提供一种预混合低旋流喷嘴的燃气轮机燃烧室，用于解决现有的旋流燃烧中，旋流中存在强烈的回流区，燃烧区温度较高，使得氮氧化物排放增加的缺点。本发明采用的技术手段如下：

一种预混合低旋流喷嘴的燃气轮机燃烧室，包括燃烧室外壳和设置于燃烧室外壳内的燃烧筒，并且使燃烧室外壳和燃烧筒间形成进气腔；所述进气腔前端封闭，后端具有空气进口；所述的燃烧筒从前向后依次分为内部设置有旋流器的旋流区、头部加工有射流孔的射流部和筒体部；所述筒体部分为外壁加工有掺混孔的后部掺混区和外壁加工有冷却孔的前部主燃区，所述主燃区靠近射流部一侧；所述旋流区的直径小于筒体部的直径，所述的射流部同旋流区和筒体部倾斜过渡；所述燃烧筒的旋流区外侧和燃烧室外壳内壁之间设置有环形的燃料管，所述的上加工有燃料孔；作为燃气喷嘴的燃料孔至旋流器之间为燃料和空气的预混合段。

当空气进口进入的空气，空气主体沿着进气腔后端向前端输送，最先经过掺混孔向燃烧筒内输送部分空气，其次经过冷却孔向燃烧筒内输送部分空气，并且在燃烧筒内壁形成冷却空气膜，之后经过射流孔向燃烧筒内输送部分空气，最后部分空气同燃料孔喷出的空气混合，经过旋流器进入燃烧筒。

作为优选所述的燃料管的圆周方向连通有多个伸出燃烧室外壳，用于输入燃料的输入管。

作为优选所述冷却孔于所述燃烧筒外壁设置有5-8排，每排设置有33-42个直径为2.15-2.65mm的圆孔；所述的掺混孔于所述燃烧筒外壁设置有1排，6-10个直径为8-12mm的掺混孔。

与现有技术相比较，本发明所述的预混合低旋流喷嘴的燃气轮机燃烧室，能够形成稳定、清洁燃烧，降低燃烧室温度，降低燃烧温度，同时减少强回流区，减少燃烧产物在高温区的停留时间，从而减少热力型nox的形成，减少nox的排放；简化燃烧室结构，减少了一次和二次空气射流孔。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的半剖视图。

图2是本发明的整体剖视图。

图3是本发明的头部示意图。

图4是本发明的头部剖视图。

图5是本发明燃烧筒的示意图。

图6是本发明燃烧室外壳的主视图。

图7是本发明燃烧室外壳的示意图。

图8是本发明旋流器的示意图。

图9是本发明旋流器的主视图。

图10是本发明旋流器的左视图。

图11是本发明燃料管的示意图。

其中：1、空气进口，2、射流孔，3、燃料孔，4、旋流器，5、掺混孔，6、冷却孔。

具体实施方式

如图1到图11所示，一种预混合低旋流喷嘴的燃气轮机燃烧室，包括燃烧室外壳和设置于燃烧室外壳内的燃烧筒，并且使燃烧室外壳和燃烧筒间形成进气腔；所述进气腔前端封闭，后端具有空气进口1；所述的燃烧筒从前向后依次分为内部设置有旋流器4的旋流区、头部加工有射流孔2的射流部和筒体部；所述筒体部分为外壁加工有掺混孔5的后部掺混区和外壁加工有冷却孔6的前部主燃区，所述主燃区靠近射流部一侧；所述旋流区的直径小于筒体部的直径，所述的射流部同旋流区和筒体部倾斜过渡；所述燃烧筒的旋流区外侧和燃烧室外壳内壁之间设置有环形的燃料管，所述的上加工有燃料孔3；作为燃气喷嘴的燃料孔3至旋流器4之间为燃料和空气的预混合段；所述的燃料管的圆周方向连通有多个伸出燃烧室外壳，用于输入燃料的输入管。

当空气进口1进入的空气，空气主体沿着进气腔后端向前端输送，最先经过掺混孔5向燃烧筒内输送部分空气，其次经过冷却孔6向燃烧筒内输送部分空气，并且在燃烧筒内壁形成冷却空气膜，之后经过射流孔2向燃烧筒内输送部分空气，最后部分空气同燃料孔3喷出的空气混合，经过旋流器4进入燃烧筒。

所述冷却孔6于所述燃烧筒外壁设置有5-8排，每排设置有33-42个直径为2.15-2.65mm的圆孔；优选的，所述冷却孔6于所述燃烧筒外壁设置有8排，每排设置有38个直径为2.45mm的圆孔。

所述的掺混孔5于所述燃烧筒外壁设置有1排，6-10个直径为8-12mm的掺混孔。优选的，所述的掺混孔5于所述燃烧筒外壁设置有8个直径为9.9mm的掺混孔。

所述旋流区的筒体末端延伸至射流部，所述的旋流器4为低旋流燃烧器，旋流器4喷嘴处至旋流区末端的距离为80-120mm，优选为100mm。

本发明所述的冷却孔6根据负荷变化而变化，当负荷增加时依次关闭后排冷却孔6，增加头部主燃空气，以便增加燃料量，保持由旋流器4进入的燃气混合气过量空气系数保持在1—1.3范围。

本发明所述的预混合低旋流喷嘴的燃气轮机燃烧室，选用单筒燃烧室，逆向进气方式，燃料孔在前部周向布置。

工作过程：

首先，压缩空气由空气进口1进入，首先有一部分经掺混孔5进入燃烧筒，达到冷却、掺混高温燃气的作用，使其符合透平第一排叶片的要求。

然后，另一部分空气经冷却孔6进入燃烧筒，并在燃烧筒内壁形成冷却空气膜，保护燃烧筒壁面。

最后，有少量空气由燃烧筒头部射流孔2进入，达到冷却低旋流喷嘴的作用；剩余空气与由燃料孔3进来的燃料预混合，形成可燃燃气，经过低旋流燃烧器形成旋流，进入燃烧筒，经点火之后形成稳定、清洁燃烧。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种预混合低旋流喷嘴的燃气轮机燃烧室，包括燃烧室外壳和设置于燃烧室外壳内的燃烧筒，并且使燃烧室外壳和燃烧筒间形成进气腔；所述进气腔前端封闭，后端具有空气进口；所述的燃烧筒从前向后依次分为内部设置有旋流器的旋流区、头部加工有射流孔的射流部和筒体部；所述筒体部分为外壁加工有掺混孔的后部掺混区和外壁加工有冷却孔的前部主燃区，所述主燃区靠近射流部一侧。本发明所述的预混合低旋流喷嘴的燃气轮机燃烧室，能够形成稳定、清洁燃烧，降低燃烧室温度，降低燃烧温度，同时减少强回流区，减少燃烧产物在高温区的停留时间，从而减少热力型NOx的形成，减少NOx的排放；简化燃烧室结构，减少了一次和二次空气射流孔。

技术研发人员：邓洋波;郑落汉;张伟华
受保护的技术使用者：大连海事大学
技术研发日：2017.05.17
技术公布日：2017.08.04