一种内置扰流器的先进驻涡燃烧室的制作方法

本发明涉及一种燃烧室，尤其是涉及一种内置扰流器的先进驻涡燃烧室。

背景技术

随着节能减排的深入发展，能源的清洁利用已成为日益突出的问题。我国明确提出将大型燃气轮机、整体煤气化联合循环设备(igcc)作为重点发展的先进高效电力设备之一。

好的燃烧室应具有结构简单紧凑、点火性能好、燃烧稳定、流阻损失小、燃烧效率高、出口温度分布均匀、排气污染少、燃料适应性广等基本特征。

驻涡燃烧室(trappedvortexcombustor，tvc)是一种新型的燃烧室结构，其在主流来流方向周围设置凹腔，主流流经凹腔会在腔内形成驻涡，起到稳定火焰的作用。燃料与空气以一定的方式注入凹腔内，可起到加强涡强度的作用。但tvc几何机构和进口条件匹配不合适的话，不利于形成稳定的双涡。

先进驻涡燃烧室(advancedvortexcombustor，avc)是在tvc的基础上改进的一种钝体稳焰燃烧室，借助钝体间的凹腔形成驻涡来充当稳定的点火源，其主要优势有：结构简单紧凑、长度短；具有较好的燃烧稳定性，对高速来流不敏感；总压损失较小；no排放较低。但燃烧效率不高。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种内置扰流器的先进驻涡燃烧室。

目前存在内置导流片及扰流板的单凹腔驻涡燃烧室和仅内置导流片的先进驻涡燃烧室。而燃烧室内置导流片有助于凹腔内形成稳定的双涡结构，有利于稳定火焰和加强凹腔烟气与主流的掺混。导流片结合扰流板有助于进一步加强燃气烟气掺混。为此综合上述构燃烧流动特点，提出将内置导流片及扰流板和钝体相结合的先进驻涡燃烧室，可以进一步提高燃烧效率、降低污染物排放，改善出口温度分布。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种内置扰流器的先进驻涡燃烧室，其特征在于，包括沿气流方向设置的燃烧室进口、平行间隔设置的两个顺流通道，以及燃烧区，所述燃烧区进口处与顺流通道相连通，并设置前隔板与顺流通道内壁面相连接将燃烧区进口处其余部分封闭，所述燃烧区内部固定安装有钝体，所述钝体与燃烧区内壁面不接触，所述钝体与前隔板形成凹腔，所述前隔板记为凹腔前壁面，所述凹腔前壁面的上下两端均设置有扰流器，所述扰流器包括竖直设置在凹腔前壁面上的导流片，以及倾斜安装在导流片上的扰流板。

进一步的，所述钝体的截面形状为长方形、三角形或半圆形。

进一步的，所述钝体的宽度与凹腔前壁面的高度比为0.6-0.8。

更进一步的，所述钝体的宽度与凹腔前壁面的高度比优选为0.7。

进一步的，所述钝体与凹腔前壁面的距离，即凹腔的长度，与凹腔前壁面的高度比为0.5-0.7。

更进一步的，所述凹腔的长度与凹腔前壁面的高度比优选为0.6。

进一步的，所述导流片竖直设置，一部分伸入凹腔内，另一部分高出顺流通道的内壁面。

进一步的，所述导流片伸入凹腔的长度与凹腔前壁面高度的1/2的比值为0.1-0.4，所述导流片高出顺流通道的内壁面的长度与顺流通道的高度比为0.3-0.5。

更进一步的，所述导流片高出顺流通道的内壁面的长度与顺流通道的高度比优选为0.4。

进一步的，所述导流片与凹腔前壁面的距离与凹腔的长度之比为0.2。

进一步的，所述扰流板与水平方向的倾斜角度小于90°。

更进一步的，所述扰流板与水平方向的倾斜角度优选为30°。

进一步的，所述导流片高出顺流通道内壁面的一端与燃烧区内壁面形成外侧通道，所述扰流板在外侧通道上的投影面积与外侧通道的截面积之比为12-24％。

进一步的，所述燃烧室使用的燃料为气体燃料。

进一步的，所述气体燃料为天然气、氢气、煤制燃料气、焦炉煤气、高炉煤气以及合成气。

一部分燃料和空气进入凹腔内形成稳定的双涡结构，有利于稳定火焰及加强燃气掺混；钝体后区域形成回流区，主流气流与凹腔内燃烧产物再掺混，进行二次燃烧，进一步加强燃气烟气的掺混，从而实现提高燃烧效率、降低污染物排放、改善出口温度分布。

本发明的燃烧室安装在燃气轮机压缩机和燃气轮机的透平之间，来自燃气轮机压缩机的燃料和空气预混后进入燃烧室燃烧，形成的烟气进入燃气轮机透平。本发明具体的工作流程为：首先来自压缩机的燃料与空气混合气流通过燃烧室进口进入燃烧室，流经进口顺流通道，由导流片分流，一部分经导流片引流进入凹腔，在导流片后方形成稳定的双驻涡结构，一部分从导流片外侧流过，再经扰流板分流，这部分称为主流；凹腔内的燃烧产物气流一部分会沿扰流板流动，与主流气体进行掺混，混合气流在钝体后区域又会形成回流区，加强掺混并进行二次燃烧，形成合适的烟气由燃烧室出口进入燃气轮机透平。

与现有技术相比，本发明的燃烧室一部分燃料和空气进入凹腔内形成稳定的双涡结构，有利于稳定火焰及加强燃气掺混；钝体后区域形成回流区，主流气流与凹腔内燃烧产物再掺混，进行二次燃烧，进一步加强燃气烟气的掺混，从而实现提高燃烧效率、降低污染物排放、改善出口温度分布。

附图说明

图1为本发明的一种内置扰流器的先进驻涡燃烧室结构图；

图2为本发明的一种内置扰流器的先进驻涡燃烧室内气流的流向示意图。

图中标号所示：

1、燃烧室进口，2、顺流通道，3、凹腔前壁面，4、钝体，5、凹腔，6、导流片，7、扰流板，8、燃烧室出口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

通过合理设置钝体，与燃烧室凹腔前壁面构成凹腔，并在凹腔中形成驻涡，从而形成驻涡燃烧室；然后通过合理设置导流片及扰流板的结构参数，使得燃烧效果达到最佳。

一种内置扰流器的先进驻涡燃烧室，如图1所示，包括沿气流方向设置的燃烧室进口1、平行间隔设置的两个顺流通道2，以及燃烧区，燃烧区进口处与顺流通道2相连通，并设置前隔板与顺流通道2内壁面相连接将燃烧区进口处其余部分封闭，燃烧区内部固定安装有钝体4，钝体4与前隔板形成凹腔5，钝体4与燃烧区内壁面不接触，前隔板记为凹腔前壁面3，凹腔前壁面3的上下两端均设置有扰流器，扰流器包括竖直设置在凹腔前壁面3上的导流片6，以及倾斜安装在导流片6上的扰流板7。钝体4的截面形状为长方形，宽度与凹腔前壁面3的高度比为0.7。钝体4与凹腔前壁面3的距离，即凹腔5的长度，与凹腔前壁面3的高度比为0.6。

导流片6竖直设置，一部分伸入凹腔5内，另一部分高出顺流通道2的内壁面，伸入凹腔5的长度与凹腔前壁面3高度的1/2的比值为0.2，高出顺流通道2的内壁面的长度与顺流通道2的高度比为0.4。导流片6与凹腔前壁面3的距离与凹腔5的长度之比为0.2。扰流板7与水平方向的倾斜角度为30°。导流片6高出顺流通道2内壁面的一端与燃烧区内壁面形成外侧通道，扰流板7在外侧通道上的投影面积与外侧通道的截面积之比为18％。

该燃烧室安装在燃气轮机压缩机和燃气轮机的透平之间，来自燃气轮机压缩机的燃料和空气预混后进入燃烧室燃烧，形成的烟气进入燃气轮机透平。具体的工作流程如图2所示：首先来自压缩机的燃料与空气混合气流通过燃烧室进口1进入燃烧室，流经进口顺流通道2，由导流片6分流，一部分经导流片6引流进入凹腔5，在导流片6后方形成稳定的双驻涡结构，一部分从导流片6外侧流过，再经扰流板7分流，这部分称为主流；凹腔5内的燃烧产物气流一部分会沿扰流板7流动，与主流气体进行掺混，混合气流在钝体4后区域又会形成回流区，加强掺混并进行二次燃烧，形成合适的烟气由燃烧室出口8进入燃气轮机透平。

实施例2

一种内置扰流器的先进驻涡燃烧室，包括沿气流方向设置的燃烧室进口1、平行间隔设置的两个顺流通道2，以及燃烧区，燃烧区进口处与顺流通道2相连通，并设置前隔板与顺流通道2内壁面相连接将燃烧区进口处其余部分封闭，燃烧区内部固定安装有钝体4，钝体4与前隔板形成凹腔5，钝体与燃烧区内壁面不接触，前隔板记为凹腔前壁面3，凹腔前壁面3的上下两端均设置有扰流器，扰流器包括竖直设置在凹腔前壁面3上的导流片6，以及倾斜安装在导流片6上的扰流板7。钝体4的截面形状为三角形，宽度与凹腔前壁面3的高度比为0.6。钝体4与凹腔前壁面3的距离，即凹腔5的长度，与凹腔前壁面3的高度比为0.5。

导流片6竖直设置，一部分伸入凹腔5内，另一部分高出顺流通道2的内壁面，伸入凹腔5的长度与凹腔前壁面3高度的1/2的比值为0.1，高出顺流通道2的内壁面的长度与顺流通道2的高度比为0.3。导流片6与凹腔前壁面3的距离与凹腔5的长度之比为0.2。扰流板7与水平设置。导流片6高出顺流通道2内壁面的一端与燃烧区内壁面形成外侧通道，扰流板7在外侧通道上的投影面积与外侧通道的截面积之比为12％。

该燃烧室安装在燃气轮机压缩机和燃气轮机的透平之间，来自燃气轮机压缩机的燃料和空气预混后进入燃烧室燃烧，形成的烟气进入燃气轮机透平。具体的工作流程为：首先来自压缩机的燃料与空气混合气流通过燃烧室进口1进入燃烧室，流经进口顺流通道2，由导流片6分流，一部分经导流片6引流进入凹腔5，在导流片6后方形成稳定的双驻涡结构，一部分从导流片6外侧流过，再经扰流板7分流，这部分称为主流；凹腔5内的燃烧产物气流一部分会沿扰流板7流动，与主流气体进行掺混，混合气流在钝体4后区域又会形成回流区，加强掺混并进行二次燃烧，形成合适的烟气由燃烧室出口8进入燃气轮机透平。

实施例3

一种内置扰流器的先进驻涡燃烧室，包括沿气流方向设置的燃烧室进口1、平行间隔设置的两个顺流通道2，以及燃烧区，燃烧区进口处与顺流通道2相连通，并设置前隔板与顺流通道2内壁面相连接将燃烧区进口处其余部分封闭，燃烧区内部固定安装有钝体4，钝体4与前隔板形成凹腔5，钝体4与燃烧区内壁面不接触，前隔板记为凹腔前壁面3，凹腔前壁面3的上下两端均设置有扰流器，扰流器包括竖直设置在凹腔前壁面3上的导流片6，以及倾斜安装在导流片6上的扰流板7。钝体4的截面形状为半圆形，宽度与凹腔前壁面3的高度比为0.8。钝体4与凹腔前壁面3的距离，即凹腔5的长度，与凹腔前壁面3的高度比为0.7。

导流片6竖直设置，一部分伸入凹腔5内，另一部分高出顺流通道2的内壁面，伸入凹腔5的长度与凹腔前壁面3高度的1/2的比值为0.4，高出顺流通道2的内壁面的长度与顺流通道2的高度比为0.5。导流片6与凹腔前壁面3的距离与凹腔5的长度之比为0.2。扰流板7与水平方向的倾斜角度为80°。导流片6高出顺流通道2内壁面的一端与燃烧区内壁面形成外侧通道，扰流板7在外侧通道上的投影面积与外侧通道的截面积之比为24％。

该燃烧室安装在燃气轮机压缩机和燃气轮机的透平之间，来自燃气轮机压缩机的燃料和空气预混后进入燃烧室燃烧，形成的烟气进入燃气轮机透平。具体的工作流程为：首先来自压缩机的燃料与空气混合气流通过燃烧室进口1进入燃烧室，流经进口顺流通道2，由导流片6分流，一部分经导流片6引流进入凹腔5，在导流片6后方形成稳定的双驻涡结构，一部分从导流片6外侧流过，再经扰流板7分流，这部分称为主流；凹腔5内的燃烧产物气流一部分会沿扰流板7流动，与主流气体进行掺混，混合气流在钝体4后区域又会形成回流区，加强掺混并进行二次燃烧，形成合适的烟气由燃烧室出口8进入燃气轮机透平。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。