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。目前低nox排放燃烧室主要采用燃油分级和贫油预混预蒸发相结合的技术，燃烧分为主燃级和预燃级，这两级的燃料需要分别控制进料，导致预混过程较为复杂且不太稳定，一旦分别控制的预燃级和主燃级收到干扰会导致燃料和空气在预混模内混合的不够均匀充分，不能形成稳定燃烧。

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，使其混合更均匀，燃烧更为稳定，从而减少nox生成量，并简化燃烧室结构。

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，包括依次同轴串联的燃料进料管口、旋流器和预混出料管口，其中，所述燃料进料管口内径大于所述预混出料管口内径，所述旋流器与燃料进料管口连接的侧壁中心部位具有预燃级燃料喷孔，所述旋流器与燃料进料管口连接的侧板上间隔开有多个主燃级燃料喷孔，所述主燃级燃料喷孔与所述预燃级燃料喷孔的距离小于燃料进料管口内径，且所述主燃级燃料喷孔与所述预燃级燃料喷孔的距离大于预混出料管口内径。

优选的，所述多个主燃级燃料喷孔呈圆环状围绕所述预燃级燃料喷孔设置。

优选的，所述多个主燃级燃料喷孔为12～22个。

优选的，每个主燃级燃料喷孔孔径为1mm～2mm。

优选的，所述预燃级燃料喷孔孔径为2.5mm～5mm。

优选的，所述旋流器包括旋流器叶片、第一侧板和第二侧板，所述第一侧板和第二侧板对盒设置于所述旋流器叶片两侧，且所述旋流器对应所述旋流器叶片的周侧具有旋流器进气口。

本发明实施例提供的燃气轮机预混装置，主燃级和预燃级的燃料从一个燃料进料管口进入，不用分别控制进料，简化了燃烧过程中的燃料控制系统；并且减少了外界因素对主燃级和预燃级的干扰，使得燃烧更为稳定，减少nox生成量。

一种燃气轮机燃烧室，包括轮机机匣、火焰筒和如上所述的燃气轮机预混装置，其中，所述轮机机匣以间隙配合的方式包覆于串联的燃气轮机预混装置和火焰筒外侧。

优选的，所述轮机机匣侧壁至少开有一个进气槽，所述火焰筒筒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。

优选的，所述火焰筒的中段筒壁上具有主燃孔。

优选的，所述火焰筒筒壁具有环绕阵列排布的冷却孔。

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，混合后混合气体经预混出料管口进入火焰筒燃烧。主燃级和预燃级共用一个燃料进料管口，从而简化了燃烧过程中的燃料控制系统；并且减少了外界因素对主燃级和预燃级的干扰，使得燃烧更为稳定，减少nox生成量，并简化了燃烧室结构。

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侧剖结构示意图；

图3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。

附图标记：

1a-燃气轮机预混装置

1-燃料进料管口

2-旋流器

21-预燃级燃料喷孔

22-主燃级燃料喷孔

23-旋流器叶片

24-第一侧板

25-第二侧板

26-旋流器进气口

3-预混出料管口

4-轮机机匣

41-进气槽

5-火焰筒

51-掺混孔

52-主燃孔

53-冷却孔

具体实施方式

为改善燃烧室的燃料和空气预混结构，使其混合更均匀，燃烧更为稳定，从而减少nox生成量，并简化燃烧室结构。，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和图2，本发明一实施例提供的一种燃气轮机预混装置1a，包括依次同轴串联的燃料进料管口1、旋流器2和预混出料管口3，其中，燃料进料管口1内径大于预混出料管口3内径，旋流器2与燃料进料管口1连接的侧壁中心部位具有预燃级燃料喷孔21，旋流器2与燃料进料管口3连接的侧板上间隔开有多个主燃级燃料喷孔22，主燃级燃料喷孔22与预燃级燃料喷孔21的距离小于燃料进料管口1内径，且主燃级燃料喷孔22与预燃级燃料喷孔21的距离大于预混出料管口3内径。

本发明实施例提供的燃气轮机预混装置，主燃级和预燃级的燃料从一个燃料进料管口进入，不用分别控制进料，简化了燃烧过程中的燃料控制系统；并且减少了外界因素对主燃级和预燃级的干扰，使得燃烧更为稳定，减少nox生成量。

参考图1和图2，在本发明一具体的实施例中，燃气轮机预混装置的多个主燃级燃料喷孔22呈圆环状围绕预燃级燃料喷孔21设置。主燃级燃料喷孔环绕与燃料燃料喷孔设置使得主燃级的燃料进入火焰筒时更为均匀，在与预燃级的燃料混合时也更均匀，能够保持较为稳定的燃烧状态。

在实际的燃气轮机燃烧过程中，主燃级燃料喷孔的数量、孔径和预燃级燃料喷孔的孔径之间存在影响，经过发明人大量实验验证，多个主燃级燃料喷孔为12～22个，每个主燃级燃料喷孔孔径为1mm～2mm，预燃级燃料喷孔孔径为2.5mm～5mm时的燃烧效果较好。

在本发明另一具体的实施例中，如图2所示，旋流器2包括旋流器叶片23、第一侧板24和第二侧板25，第一侧板24和第二侧板25对盒设置于旋流器叶片23两侧，且旋流器2对应旋流器叶片23的周侧具有旋流器进气口26。本发明实施例中，气流在通过旋流器时会从旋流器进气口进入依次与从主燃级燃料喷孔和预燃级燃料喷孔进入的燃料预混产生预混气，并在燃烧室内形成低速回流区，这样可以使预混气燃烧时气体速度与火焰传播速度一致，从而保证燃烧的稳定，回流区的形成还可以保证燃烧的安全。

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3所示，该燃气轮机燃烧室包括轮机机匣4、火焰筒5和如上所述的燃气轮机预混装置1a，其中，轮机机匣4以间隙配合的方式包覆于串联的燃气轮机预混装置1a和火焰筒5外侧。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，混合后混合气体经预混出料管口进入火焰筒燃烧。主燃级和预燃级共用一个燃料进料管口，从而简化了燃烧过程中的燃料控制系统；并且减少了外界因素对主燃级和预燃级的干扰，使得燃烧更为稳定，减少nox生成量，并简化了燃烧室结构。

参考图3，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：轮机机匣4侧壁至少开有一个进气槽41，火焰筒5筒壁上具有多个掺混孔51，且多个掺混孔51对应进气槽41设置。进气槽中的掺混空气横向掺入火焰筒中的高温烟气，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。

优化设计2：，燃烧室的进气槽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，火焰筒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火焰筒中，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：火焰筒5的中段筒壁上具有主燃孔52。主燃孔能够提高火焰筒中的燃烧效率并平衡火焰筒内外的压力，从而提高燃烧室工作性能和使用寿命。

优化设计4：火焰筒5筒壁还具有环绕阵列排布的冷却孔53。冷却孔能够平衡火焰筒内外的压力，并平衡火焰筒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。