一种轴向预混的低排放火焰筒的制作方法

1.本发明涉及一种轴向预混的低排放火焰筒，属于热能与动力工程领域。


背景技术：

2.为了满足社会对环保和能源生产的需求，工业型燃气轮机向更低排放方向发展。以天然气为燃料的燃气轮机主要排放污染物为氮氧化物，增加燃气轮机燃烧室内空气流量，燃烧前充分混合燃料与空气，降低火焰温度，是目前国际通用的减少氮氧化物生成的方式。但这导致了燃烧室容易发生贫燃熄火，缩减了燃气轮机安全运行范围和使用寿命。
3.为了兼顾燃气轮机低排放和稳定运行性能，需要强化燃烧室内燃料气和空气的掺混和旋流，使燃烧在宽工况范围内都能保持稳定，且不出现局部高温区。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种轴向预混的低排放火焰筒，可以使燃气轮机在实现低排放的同时稳定燃烧，解决燃气轮机氮氧化物排放高和燃烧不稳定的问题，提高燃气轮机安全高效环保运行性能。
5.本发明的技术方案是：
6.一种轴向预混的低排放火焰筒，包括火焰筒前端内筒、火焰筒前段外筒、火焰筒腰部旋流栅板、火焰筒后段；所述火焰筒前段内筒与火焰筒前段外筒嵌套安装，分别焊接在火焰筒腰部旋流栅板前段，形成环腔型夹层；火焰筒腰部旋流栅板后端通过焊接与火焰筒后段连接。
7.所述火焰筒腰部旋流栅板与火焰筒轴向形成角度；
8.所述火焰筒与喷嘴相配合使用，所用喷嘴包括外置燃料喷嘴和内置燃料喷嘴；所述内置燃料喷嘴出口接入火焰筒前段内筒内侧，外置燃料喷嘴出口位于环腔型夹层；
9.燃烧室工作时部分空气在喷嘴内部与部分燃料混合，通过内置燃料喷嘴进入火焰筒前段内筒内燃烧，形成燃烧区一，另一部分空气通过火焰筒前段内筒和火焰筒前段外筒形成的环腔型夹层，并与外置燃料喷嘴喷出的燃料混合，燃料空气在环腔内流动并混合均匀形成混合气，混合气通过火焰筒腰部旋流栅板上的斜向栅板形成与火焰筒轴向成角度的气流，流入火焰筒后段形成旋流，并在火焰筒后段内燃烧形成燃烧区二，燃烧区二由燃烧区一的高温燃气点燃，燃烧区一与燃烧区二在火焰筒内形成轴向分级燃烧。
10.本发明相比现有技术具有以下有益效果：
11.本发明结构相比于国内其他燃气轮机火焰筒，通过在火焰筒前段增加内外套筒和腰部旋流叶栅的方式，在有限空间实现了火焰筒内燃烧区轴向分级。实现了燃料与空气充分预混，提升燃烧区火焰温度均匀性。实现了混合气以旋流形式进入火焰筒，提升燃烧稳定性。达到避免燃料投放位置集中，燃料空气掺混不均匀导致燃烧区局部温度过高而产生大量氮氧化物的目的。
12.本发明在燃烧室的火焰筒腰部增加燃料空气的混合气进口，分散燃料供给，避免
燃烧区局部高温，其特点是在火焰筒上加装带斜向栅板的套筒结构，分散燃料供给，强化燃料与空气的预先掺混和旋流。本发明实现在有限空间内改善燃烧室排放性能的同时提升燃烧稳定性，并且保证燃烧室其他性能满足燃气轮机整体性能需求，具有重要应用价值。
附图说明
13.图1是本发明的中截面示意图；
14.图2是本发明的爆炸图；
15.1：喷嘴组件；1-1：外置燃料喷嘴；1-2：内置燃料喷嘴；
16.2：火焰筒组件；2-1：火焰筒前段内筒；2-2：火焰筒前段外筒；2-3：火焰筒腰部旋流栅板；2-4：火焰筒后段。
具体实施方式
17.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明的原理、具体实施和工作过程进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而非全部事实例。基于本发明中的实施例本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.一种轴向预混的低排放火焰筒，火焰筒轴向方向有两级燃烧区、火焰筒前段有环腔型夹层、火焰筒腰部进气口带有旋流栅板；所述的两级燃烧区均为稳定旋流预混燃烧；所述火焰筒前段环腔型夹层由火焰筒前段内层套筒、火焰筒前段外层套筒组成；一部分燃料空气预混气由火焰筒前端进入火焰筒前段内筒内部形成燃烧区一，另一部分燃料空气混合气由火焰筒腰部进气口进入火焰筒后段内部形成第燃烧区二，两个燃烧区在火焰筒轴向形成分级燃烧。焰筒前段双层嵌套形成的夹层环腔可以让流经的燃料空气充分掺混，为燃烧区二提供均匀的混合气。火焰筒腰部进气口带有旋流栅板，混合气流经栅板形成旋流，提升燃烧区火焰稳定性。
19.本发明如图1的火焰筒组件2，主要包括火焰筒前段内筒2-1、火焰筒前段外筒2-2、火焰筒腰部旋流栅板2-3、火焰筒后段2-4。火焰筒组件2配合喷嘴组件1使用，喷嘴组件型式不唯一，仅示意标出，喷嘴组件1需包含外置燃料喷嘴1-1，喷组组件1通常包含内置燃料喷嘴1-2。
20.火焰筒前段内筒2-1与火焰筒前段外筒2-2嵌套安装，分别焊接在火焰筒腰部旋流栅板2-3前段，通过夹层形成环腔；火焰筒腰部旋流栅板2-3后端通过焊接与火焰筒后段2-4连接。喷嘴组件1可以通过焊接、过盈配合等多种形式连接在火焰筒前段内筒2-1前端，喷嘴组件1的内置燃料喷嘴1-2出口接入火焰筒前段内筒2-1内侧，外置燃料喷嘴1-1出口位于火焰筒前段内筒2-1和火焰筒前段外筒2-2形成的环腔开口位置。燃烧室工作时部分空气在喷嘴组件1内部与部分燃料混合，通过内置燃料喷嘴1-2进入火焰筒前段内筒2-1内燃烧，形成燃烧区一。另一部分空气通过火焰筒前段内筒2-1和火焰筒前段外筒2-2形成的环腔开口流入环腔，并与外置燃料喷嘴1-1喷出的燃料混合，燃料空气在环腔内流动并混合均匀形成混合气，混合气通过火焰筒腰部旋流栅板2-3上的斜向栅板形成与火焰筒轴向成一定角度的气流，流入火焰筒后段2-4形成旋流，并在火焰筒后段2-4内燃烧形成燃烧区二。燃烧区二由燃烧区一的高温燃气点燃，燃烧区一与燃烧区二在火焰筒内形成轴向分级燃烧，适应燃气
轮机不同负荷工况时状态，达到分散燃烧区，降低火焰温度，低排放稳定运行的目的。


技术特征：
1.一种轴向预混的低排放火焰筒，其特征是，包括火焰筒前端内筒、火焰筒前段外筒、火焰筒腰部旋流栅板、火焰筒后段；所述火焰筒前段内筒与火焰筒前段外筒嵌套安装，分别焊接在火焰筒腰部旋流栅板前段，形成环腔型夹层；火焰筒腰部旋流栅板后端通过焊接与火焰筒后段连接。2.根据权利要求1所述的一种轴向预混的低排放火焰筒，其特征是，所述火焰筒腰部旋流栅板与火焰筒轴向形成角度。3.根据权利要求1所述的一种轴向预混的低排放火焰筒，其特征是，所述火焰筒与喷嘴相配合使用，所用喷嘴包括外置燃料喷嘴和内置燃料喷嘴；所述内置燃料喷嘴出口接入火焰筒前段内筒内侧，外置燃料喷嘴出口位于环腔型夹层。4.根据权利要求3所述的一种轴向预混的低排放火焰筒，其特征是，燃烧室工作时部分空气在喷嘴内部与部分燃料混合，通过内置燃料喷嘴进入火焰筒前段内筒内燃烧，形成燃烧区一，另一部分空气通过火焰筒前段内筒和火焰筒前段外筒形成的环腔型夹层，并与外置燃料喷嘴喷出的燃料混合，燃料空气在环腔内流动并混合均匀形成混合气，混合气通过火焰筒腰部旋流栅板上的斜向栅板形成与火焰筒轴向成角度的气流，流入火焰筒后段形成旋流，并在火焰筒后段内燃烧形成燃烧区二，燃烧区二由燃烧区一的高温燃气点燃，燃烧区一与燃烧区二在火焰筒内形成轴向分级燃烧。

技术总结
本发明提供了一种轴向预混的低排放火焰筒，包括火焰筒前端内筒、火焰筒前段外筒、火焰筒腰部旋流栅板、火焰筒后段；所述火焰筒前段内筒与火焰筒前段外筒嵌套安装，分别焊接在火焰筒腰部旋流栅板前段，形成环腔型夹层；火焰筒腰部旋流栅板后端通过焊接与火焰筒后段连接。本发明相比于国内其他燃气轮机火焰筒，通过在火焰筒前段增加内外套筒和腰部旋流叶栅的方式，在有限空间实现了火焰筒内燃烧区轴向分级。实现了燃料与空气充分预混，提升燃烧区火焰温度均匀性，实现了混合气以旋流形式进入火焰筒，提升燃烧稳定性，达到避免燃料投放位置集中，燃料空气掺混不均匀导致燃烧区局部温度过高而产生大量氮氧化物的目的。度过高而产生大量氮氧化物的目的。


技术研发人员：王威 张国强 程旭 李雅军 冉军辉 任艳平 王俊 王永贵 曹天泽
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七0三研究所
技术研发日：2021.09.15
技术公布日：2023/3/16