组合喷嘴燃烧室

1.本公开属于燃气轮机燃烧技术领域，具体涉及一种组合喷嘴燃烧室。


背景技术：

2.航改燃气轮机广泛应用于分布式发电、船舶推进、气体压缩以及海洋平台发电等场合。在燃气轮机设计中，需要考虑氮氧化物的排放问题。
3.相关技术中，为了降低氮氧化物的排放，往往采用贫预混燃烧来控制火焰温度，但是当燃料中的含氢量增加后，容易发生热声振荡和回火现象。因此，在燃气轮机设计中，在满足氮氧化物排放的基础上亟待解决容易发生热声振荡和回火现象的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本公开提供了一种组合喷嘴燃烧室，以至少部分解决上述技术问题。
5.本公开的一方面提供了一种组合喷嘴燃烧室，包括火焰筒筒体，其中火焰筒筒体围合形成燃烧区，在火焰筒筒体的进气端设置有：
6.中心扩散燃烧喷嘴，用于实现燃料和空气在燃烧区内的扩散燃烧；
7.多个单元微混合燃烧喷嘴，用于实现燃料和空气在燃烧区内的微混合预混燃烧；
8.多个贫直喷燃烧喷嘴，用于实现燃料和空气在燃烧区内的贫直喷燃烧。
9.根据本公开的实施例，其中：
10.中心扩散燃烧喷嘴布置于火焰筒筒体的中心；
11.多个单元微混合燃烧喷嘴分为至少一个环形微混合燃烧组合，每个环形微混合燃烧组合中，多个单元微混合燃烧喷嘴沿火焰筒筒体周向分布排列；
12.多个贫直喷燃烧喷嘴分为至少一个环形贫直喷燃烧组合，每个环形贫直喷燃烧组合中，多个贫直喷燃烧喷嘴沿火焰筒筒体周向分布排列；
13.环形微混合燃烧组合和环形贫直喷燃烧组合沿火焰筒筒体径向交替分布。
14.根据本公开的实施例，上述组合喷嘴燃烧室还包括：
15.中心扩散火焰燃料腔，其中，中心扩散火焰燃料腔与中心扩散燃烧喷嘴的燃料入口连通；
16.至少一个环形的微混燃烧火焰燃料腔，其中，至少一个微混燃烧火焰燃料腔与至少一个环形微混合燃烧组合一一匹配，且微混燃烧火焰燃料腔与单元微混合燃烧喷嘴的燃料入口连通；
17.至少一个环形的贫直喷燃烧火焰燃料腔，其中，至少一个贫直喷燃烧火焰燃料腔与至少一个环形贫直喷燃烧组合一一匹配，且贫直喷燃烧火焰燃料腔与贫直喷燃烧喷嘴的燃料入口连通；
18.每个中心扩散火焰燃料腔、每个微混燃烧火焰燃料腔、每个贫直喷燃烧火焰燃料腔分别连通独立的燃料进气接嘴。
19.根据本公开的实施例，上述组合喷嘴燃烧室还包括：
20.喷嘴头部端盖，固定安装在火焰筒筒体进气端，用于支撑固定中心扩散燃烧喷嘴、多个单元微混合燃烧喷嘴、多个贫直喷燃烧喷嘴；
21.机匣，设置于火焰筒筒体外侧，机匣内壁和火焰筒筒体外壁之间形成环形腔道，环形腔道设有空气入口，空气入口与外界连通，用于向环形腔道内通入空气；
22.机匣端盖，设置于机匣前端，用于支撑固定机匣，以及用于支撑固定中心扩散火焰燃料腔、微混燃烧火焰燃料腔、贫直喷燃烧火焰燃料腔；
23.支撑筒，支撑筒的筒体两端分别与机匣端盖和火焰筒筒体相接，支撑筒内部形成喷嘴进气区，其中支撑筒筒壁中设有空气导入孔，环形腔道通过空气导入孔与喷嘴进气区连通；
24.其中，中心扩散燃烧喷嘴、单元微混合燃烧喷嘴、贫直喷燃烧喷嘴的空气入口位于喷嘴进气区。
25.根据本公开的实施例，单元微混合燃烧喷嘴包括喷嘴壳体，其中喷嘴壳体内设有：
26.燃料进气腔，燃料进气腔被配置为通入燃料；
27.预混合腔室，预混合腔室的腔壁中设有空气进气孔，空气进气孔被配置为通入空气，预混合腔室的出口端与燃烧区连通，其中，预混合腔室和燃料进气腔之间通过燃料喷射孔连通，预混合腔室用于：将通过空气进气孔进入的空气和源自于燃料进气腔的燃料，进行混合形成预混气体后向燃烧区喷射预混气体，以实现燃料和空气在燃烧区内的微混合预混燃烧；
28.其中，在靠近预混合腔室的出口端的腔壁中设有喷嘴冷却气膜孔；
29.空气进气孔包括一级空气进气孔和二级空气进气孔，一级空气进气孔和二级空气进气孔沿预混合腔室内的气体流向设置。
30.根据本公开的实施例，其中：
31.喷嘴壳体采用圆管状结构；
32.燃料进气腔包括一段末端封闭的圆管状的进气管，进气管与喷嘴壳体同轴设置，以使得进气管的外表面和喷嘴壳体的内表面之间形成环形的预混合腔室；
33.进气管的前端设有燃料喷射孔，进气管的末端设有凹型中心体。
34.根据本公开的实施例，其中，中心扩散燃烧喷嘴包括：
35.套筒，套筒设有空气进口和扩散气体出口，空气进口被配置为通入空气，扩散气体出口与燃烧区连通；
36.燃料喷头，燃料喷头的入口端被配置为通入燃料，燃料喷头的出口端设置燃料喷注孔，燃料喷头和套筒通过燃料喷注孔连通；
37.文氏管，文氏管设置在套筒内，燃料喷头和文氏管通过燃料喷注孔连通；
38.旋流杯，旋流杯设置在套筒的空气进口处，以使得空气进入后在套筒内形成旋流；
39.其中，中心扩散燃烧喷嘴用于：将通过空气进口进入的空气和通过燃料喷头喷入的燃料，经过套筒的扩散作用后，通过套筒的扩散气体出口喷入燃烧区，以实现燃料和空气在燃烧区内的扩散燃烧。
40.根据本公开的实施例，其中，贫直喷燃烧喷嘴内设有：
41.中心燃料输送通道，中心燃料输送通道的入口端被配置为通入燃料；
42.多个空气输送通道，多个空气输送通道围绕中心燃料输送通道周向分布，空气输
送通道的入口端配置为通入空气，空气输送通道的出口端与燃烧区连通，每个空气输送通道分别与中心燃料输送通道单独连通，以便于中心燃料输送通道中的燃料能够分散通入多个空气输送通道，并且，空气输送通道和中心燃料输送通道在靠近贫直喷燃烧喷嘴的出口位置处连通，空气输送通道用于将外界通入的空气和源自于中心燃料输送通道的燃料进行贫预混后喷入燃烧区，以实现燃料和空气在燃烧区内的贫直喷燃烧。
43.根据本公开的实施例，其中，贫直喷燃烧喷嘴包括：
44.中心燃料输送管，中心燃料输送管内形成中心燃料输送通道，中心燃料输送管的入口端被配置为通入燃料，中心燃料输送管的出口端设置有多个燃料喷出孔；
45.多个空气输送管，多个空气输送管围绕中心燃料输送管周向分布，空气输送管内形成空气输送通道，空气输送管包括坡面入口端和直喷出口，坡面入口端配置为通入空气，直喷出口与燃烧区连通，并且，直喷出口附近设有燃料喷出孔，多个空气输送管与多个燃料喷出孔与一一匹配，以便中心燃料输送管中的燃料能够通过多个燃料喷出孔分散通入多个空气输送管，空气输送管用于将通过坡面入口端进入的空气和通过燃料喷出孔进入的燃料进行贫预混后通过直喷出口喷入燃烧区；
46.其中，围绕中心燃料输送管周向分布的多个空气输送管为直管，空气输送管的中心轴线与中心燃料输送管的中心轴线平行，直管的断面为圆形或花瓣形；或者
47.围绕中心燃料输送管周向分布的多个空气输送管为螺旋管，螺旋管的断面为圆形或花瓣形。
48.根据本公开的实施例，其中，贫直喷燃烧喷嘴包括：
49.中心燃料输送管，中心燃料输送管内形成中心燃料输送通道，中心燃料输送管包括前后顺次相接的直管段、过渡段和形成段，直管段的入口端被配置为通入燃料，形成段的断面为花瓣形结构，形成段的出口端设置有多个燃料喷出孔；
50.端头管壳，端头管壳围设在形成段外侧，以使得端头管壳的内壁和形成段的外壁之间形成多个扇形的空气输送通道，每个扇形的空气输送通道对应至少一个燃料喷出孔，以便中心燃料输送管中的燃料能够通过多个燃料喷出孔分散通入多个扇形的空气输送通道。
附图说明
51.图1是根据本公开实施例的组合喷嘴燃烧室中各类喷嘴的分布结构示意图；
52.图2是根据本公开实施例的组合喷嘴燃烧室中各类喷嘴在火焰筒筒体内的分布结构示意图；
53.图3是根据本公开实施例的组合喷嘴燃烧室中各类喷嘴与各类燃料腔的连通结构示意图；
54.图4是根据本公开实施例的组合喷嘴燃烧室的内部结构剖视图；
55.图5a是根据本公开实施例的单元微混合燃烧喷嘴的结构示意图；
56.图5b是根据本公开又一实施例的单元微混合燃烧喷嘴的结构示意图；
57.图6是根据本公开实施例的中心扩散燃烧喷嘴的结构示意图；
58.图7a是根据本公开一实施例的贫直喷燃烧喷嘴的外部结构示意图；
59.图7b是图7a所示的贫直喷燃烧喷嘴的内部结构示意图；
60.图7c是根据本公开又一实施例的贫直喷燃烧喷嘴的结构示意图；
61.图7d是图7c所示的贫直喷燃烧喷嘴的内部结构示意图；
62.图7e是根据本公开又一实施例的贫直喷燃烧喷嘴的结构示意图；
63.图7f是图7e所示的贫直喷燃烧喷嘴的端面结构示意图；
64.图7g是根据本公开又一实施例的贫直喷燃烧喷嘴的结构示意图；
65.图7h是图7g所示贫直喷燃烧喷嘴的内部结构示意图；
66.图8是根据本发明实施例的燃气轮机发电系统的系统示意图。
67.附图标记说明：
68.1、中心扩散燃烧喷嘴；
69.2、单元微混合燃烧喷嘴；
70.3、贫直喷燃烧喷嘴；
71.6、组合喷嘴燃烧室；
72.11、套筒；
73.12、旋流杯；
74.13、燃料喷头；
75.14、文氏管；
76.15、燃料喷注孔；
77.21、喷嘴壳体；
78.22、燃料进气腔；
79.23、燃料喷射孔；
80.24、一级空气进气孔；
81.25、二级空气进气孔；
82.26、预混合腔室；
83.27、喷嘴冷却气膜孔；
84.28、凹型中心体；
85.31、中心燃料输送通道；
86.32、空气输送通道；
87.33、坡面入口端；
88.34、端盖；
89.35、燃料喷出孔；
90.36、端头管壳；
91.37、直管段；
92.38、过渡段；
93.39、形成段；
94.41、燃料腔底板；
95.42、燃料腔顶板；
96.43、燃料腔环形隔板；
97.44、喷嘴头部端盖；
98.45、中心燃料进气接嘴、
99.46、微混燃料进气接嘴；
100.47、中心扩散火焰燃料腔；
101.48、内侧微混燃烧火焰燃料腔；
102.49、贫直喷燃烧火焰燃料腔；
103.50、外侧微混燃烧火焰燃料腔；
104.51、贫直喷燃料进气接嘴
105.61、机匣；
106.62、火焰筒筒体；
107.63、机匣前法兰；
108.64、机匣端盖；
109.65、螺栓安装孔；
110.66、支撑筒；
111.67、火焰筒排气端；
112.68、空气导入孔；
113.69、点火点嘴；
114.321、直喷出口；
115.601、环形腔道；
116.602、喷嘴进气区；
117.71、压气机；
118.72、透平；
119.73、发电机；
120.74、启动马达；
121.f1、燃料；
122.f2、加速燃料；
123.p1、预混气体；
124.a、高压空气；
125.e、尾气；
126.g、高温燃气。
具体实施方式
127.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开作进一步的详细说明。
128.以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
129.在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在
或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
130.在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
131.在使用类似于“a、b和c等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有a、b和c中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有a、单独具有b、单独具有c、具有a和b、具有a和c、具有b和c、和/或具有a、b、c的系统等)。在使用类似于“a、b或c等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有a、b或c中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有a、单独具有b、单独具有c、具有a和b、具有a和c、具有b和c、和/或具有a、b、c的系统等)。
132.传统的燃气轮机多使用天然气作为主要的燃料成分，但是天然气燃烧后不可避免产生大量的二氧化碳排放，因此亟需找寻代替天然气的无碳燃料。氢气是一种热值较高的无碳燃料，具有极大的潜力作为新时代燃气轮机的主要燃料。将氢能与燃气轮机技术结合，通过清洁的富氢/氢燃料替代天然气作为燃料，能够大幅减少燃气轮机碳排放。当氢气占比达80％时，可降低约50％的碳排放。
133.但是，氢气的化学反应活性较高，传统的燃气轮机燃烧室直接燃用氢燃料，与天然气相比更易发生回火问题，影响燃烧室头部热影响区，造成燃烧室使用寿命下降；同时较高的火焰绝热温度易造成局部范围高温，使得氮氧化物排放提高，氢燃气轮机这也是与传统燃气轮机的一大区别。
134.在相关技术中，运行天然气的燃气轮机为了降低氮氧化物排放通常采用旋流预混合结构，通过旋流产生强烈的湍流剪切作用促进燃料与空气在预合混段中充分混合，然后送入燃烧室实现空间均相燃烧，从而抑制氮氧化物排放。但是，当燃料中的含氢量增加后，由于氢气具有极高的火焰传播速度，氢气的火焰可能会向上游传播并稳定在喷嘴内部，发生回火和挂火现象，影响燃烧器的安全运行；因此传统的大尺度旋流预混喷嘴对氢燃料不再适用。因此提出了一种微混合燃烧喷嘴技术，将大尺寸的旋流预混喷嘴变为数个微小尺寸的微混合燃烧单元，一方面，单元喷嘴尺寸缩小后出口空气射流速度增大，有效降低氢气以及富氢燃料燃烧时的回火风险，另一方面，参与燃烧的燃料被分散输运到数量众多的微混合燃烧单元内，可实现燃料与空气在微小尺度下的均匀混合，降低燃烧中的火焰峰值温度，且多只微预混喷嘴同时产生小火焰也可实现火焰筒内温度的均匀分布，缩短高温区长度，满足低排放要求。
135.但是相关技术中的氢燃料燃气轮机燃烧室多采用单一的微混合喷嘴结构，在使用中暴露出以下问题：随着燃料中氢气含量的进一步提高(氢体积分数大于80％)，乃至燃用富氢燃料时，这种微混合喷嘴产生复杂的火焰干涉及严重的热声震荡问题，这种低频大幅度的压力震荡严重时可以破坏燃烧器和火焰筒机械结构，严重威胁燃烧室的安全运行；单一的微混合喷嘴大多运行在当量比较低的区间，燃烧区温度较低，调节指令的变化容易导致火焰燃烧稳定性就变差，进而产生熄火停机的危险。
136.因此，针对上述问题，设计一款能同时兼顾上述问题的燃气轮机燃烧室系统(包括燃烧室和燃烧器喷嘴)是亟需解决的问题。燃烧器的再设计不仅需要考虑燃烧器本身的抗
回火和低排放设计，同时需要兼顾燃烧室整体设计的要求，包括燃机不同负荷的调节能力、抑制热声不稳定的能力、出口温度分布均匀性指数以及较低的压力损失系数。
137.有鉴于此，本公开的实施例提供了一种组合喷嘴燃烧室，包括火焰筒筒体，其中火焰筒筒体围合形成燃烧区，在火焰筒筒体的进气端设置有：中心扩散燃烧喷嘴，用于实现燃料和空气在燃烧区内的扩散燃烧；多个单元微混合燃烧喷嘴，用于实现燃料和空气在燃烧区内的微混合预混燃烧；多个贫直喷燃烧喷嘴，用于实现燃料和空气在燃烧区内的贫直喷燃烧。
138.图1是根据本公开实施例的组合喷嘴燃烧室中各类喷嘴的分布结构示意图；图2是根据本公开实施例的组合喷嘴燃烧室中各类喷嘴在火焰筒筒体内的分布结构示意图。
139.如图1、图2所示，本公开实施例的组合喷嘴燃烧室6，包括火焰筒筒体62，其中，火焰筒简体62围合形成燃烧区，在火焰筒简体62的进气端设置有：中心扩散燃烧喷嘴1，用于实现燃料和空气在燃烧区内的扩散燃烧；多个单元微混合燃烧喷嘴2，用于实现燃料和空气在燃烧区内的微混合预混燃烧；多个贫直喷燃烧喷嘴3，用于实现燃料和空气在燃烧区内的贫直喷燃烧。
140.根据本公开的实施例，在组合喷嘴燃烧室6中，由于中心扩散燃烧喷嘴1的火焰稳定性较好，不易熄火，因此可以将中心扩散燃烧喷嘴1设置在组合喷嘴燃烧室6的中间位置作为值班级使用，扩散燃烧火焰稳定性高，且热声震荡低，通过引入中心扩散燃烧喷嘴1，可有效提高火焰稳定性，便于燃气轮机点火的进行和维持火焰稳定的传播、燃烧，降低负荷调节变化中的熄火风险。
141.根据本公开的实施例，中心扩散燃烧喷嘴由于采用扩散燃烧的方式，热稳定性好，热声振荡小，但是氮氧化物排放较高。
142.根据本公开的实施例，单元微混合燃烧喷嘴采用预混燃烧的方式。现有技术中实现预混燃烧的结构火焰稳定性差，易发生回火问题，且热身震荡大。本公开实施例中的单元微混合喷嘴的尺度较小，例如直径在5～15mm范围，实现了微小尺度下的掺混，可提高掺混效率，提高火焰筒内火焰温度的均匀度；并且由于多个单元微混合喷嘴呈阵列式分布，每只喷嘴出口均会产生相对独立的小火焰，因此可以避免火焰筒内高温区域的产生，组合喷嘴燃烧室出口温度分布会更加均匀，降低火焰峰值温度，抑制氮氧化物排放；而且单元微混合喷嘴形成的小火焰尺寸较小，对缩短组合喷嘴燃烧室火焰筒长度也起到积极作用；单元微混合喷嘴出口具有较高的射流速度，可有效抑制高含氢量燃料燃烧时的回火现象。但是，本公开实施例的上述单元微混合燃烧喷嘴较容易发生热声振荡。
143.根据本公开的实施例，贫直喷燃烧喷嘴可实现燃料和空气在所述燃烧区内的贫直喷燃烧，其性能介于中心扩散燃烧喷嘴和单元微混合燃烧喷嘴之间，具有较低的氮氧化物排放性能，且火焰稳定性也较好，也不易发生热声振荡。
144.通过将中心扩散燃烧喷嘴、单元微混合燃烧喷嘴以及贫直喷燃烧喷嘴三种燃烧方式组合在一起，形成多喷射单元的组合喷嘴燃烧室，可结合多种燃烧方式的优势组合，提高燃烧器的综合性能，该组合喷嘴燃烧室的结构具有较低的氮氧化物排放性能，且火焰稳定性也较好，也不易发生热声振荡。同时，该结构既可以增加组合喷嘴燃烧室的热负荷及负荷调节比，又可以确保在其中一个喷嘴熄火的情况下，相邻的喷嘴能够将熄火的喷嘴重新点燃，从而维持火焰稳定。
145.根据本公开的实施例，采用组合喷嘴燃烧室的结构由于其性能稳定，可以降低组合喷嘴燃烧室的磨损，延长检修间隔时间及减少运行费用，同时，组合喷嘴燃烧室的结构还可以抑制噪声和热声振荡方面具有优越的性能，从而确保工业燃气轮机可以安全稳定地使用高比例含氢燃料。
146.根据本公开的实施例，中心扩散燃烧喷嘴1布置于火焰筒筒体62的中心；多个单元微混合燃烧喷嘴2分为至少一个环形微混合燃烧组合，每个环形微混合燃烧组合中，多个单元微混合燃烧喷嘴沿火焰筒筒体62周向分布排列；多个贫直喷燃烧喷嘴3分为至少一个环形贫直喷燃烧组合，每个环形贫直喷燃烧组合中，多个贫直喷燃烧喷嘴3沿火焰筒筒体周向分布排列；环形微混合燃烧组合和环形贫直喷燃烧组合沿火焰筒筒体径向交替分布。
147.如图1和图2所示，多个单元微混合燃烧喷嘴2分四个环形微混合燃烧组合，多个贫直喷燃烧喷嘴3可以分为两个环形贫直喷燃烧组合。组合喷嘴燃烧室6的结构可以是将中心扩散燃烧喷嘴1布置于火焰筒筒体62的中心，组合喷嘴燃烧室6的结构由火焰筒筒体63的圆心依次向外分别为中心扩散燃烧喷嘴、两个环形微混合燃烧组合、两个环形微混合燃烧组合以及又两个相邻环形微混合燃烧组合的交替布置，但并不限制于此。例如，组合喷嘴燃烧室6的结构由火焰筒筒体63的圆心依次向外还可以分别是中心扩散燃烧喷嘴、两个环形微混合燃烧组合、两个环形微混合燃烧组合、又两个相邻环形微混合燃烧组合以及又两个环形微混合燃烧组合，还可以是中心扩散燃烧喷嘴、两个环形微混合燃烧组合以及两个环形微混合燃烧组合。
148.根据本公开的实施例，由于中心扩散燃烧喷嘴1的火焰稳定性较好，不易熄火，通过将中心扩散燃烧喷嘴1设置在组合喷嘴燃烧室6的中间位置作为值班级使用，可有效提高火焰稳定性，提高点火性能。并且，通过将环形微混合燃烧组合和环形贫直喷燃烧组合沿火焰筒筒体径向交替分布，实现微混合预混燃烧火焰和贫直喷燃烧火焰在径向上的掺混，掺混形成的混合火焰具有较高的火焰稳定性、较好的温度均匀性，有效降低氮氧化物的排放，同时便于燃气轮机点火的进行和维持火焰稳定的传播、燃烧，降低负荷调节变化中的熄火风险。
149.图3是根据本公开实施例的组合喷嘴燃烧室中各类喷嘴与各类燃料腔的连通结构示意图。
150.如图3所示，上述组合喷嘴燃烧室6还包括：中心扩散火焰燃料腔47，其中，中心扩散火焰燃料腔47与中心扩散燃烧喷嘴1的燃料入口连通；至少一个环形的微混燃烧火焰燃料腔(图3中为一个内侧微混燃烧火焰燃料腔48和一个外侧微混燃烧火焰燃料腔50)，其中，至少一个微混燃烧火焰燃料腔与至少一个环形微混合燃烧组合一一匹配，且微混燃烧火焰燃料腔与单元微混合燃烧喷嘴2的燃料入口连通；至少一个环形的贫直喷燃烧火焰燃料腔49，其中，至少一个贫直喷燃烧火焰燃料腔49与至少一个环形贫直喷燃烧组合一一匹配，且贫直喷燃烧火焰燃料腔与贫直喷燃烧喷嘴3的燃料入口连通；每个中心扩散火焰燃料腔47、每个微混燃烧火焰燃料腔、每个贫直喷燃烧火焰燃料腔49分别连通独立的燃料进气接嘴(图3分别示意为中心燃料进气接嘴45、微混燃料进气接嘴46和贫直喷燃料进气喷嘴51)。
151.根据本公开的实施例，从外部燃料管路供给的燃料可以分为第一部分燃料、第二部分燃料和第三部分燃料，第一部分燃料可以通过中心燃料进气接嘴45进入到中心扩散火焰燃料腔47，再流入中心扩散燃烧喷嘴1中；第二部分燃料可以经过微混燃料进气接嘴46进
入微混燃烧火焰燃料腔，图3示出了包括两个环形微混合燃烧组合，两个环形微混合燃烧组合分别连接内侧微混燃烧火焰燃料腔48和外侧微混燃烧火焰燃料腔50，即第二部分燃料可以经过微混燃料进气接嘴46进入内侧微混燃烧火焰燃料腔48和外侧微混燃烧火焰燃料腔50，再流入单元微混合燃烧喷嘴2中；第三部分燃料可以经过贫直喷燃料进气喷嘴51进入贫直喷燃烧火焰燃料腔49，再流入贫直喷燃烧喷嘴3中。
152.根据本公开的实施例，如图3所示，多个环形微混合燃烧组合中的每个环形微混合燃烧组合都匹配一个微混燃烧火焰燃料腔，内侧的两个微混合燃烧组合匹配的可以是内侧微混燃烧火焰燃料腔48，外侧的两个微混合燃烧组合匹配的可以是外侧微混燃烧火焰燃料腔50，多个环形贫直喷燃烧组合中的每个环形贫直喷燃烧组合都匹配一个贫直喷燃烧火焰燃料腔49。
153.根据本公开的实施例，组合喷嘴燃烧室6还可以包括燃料腔底板41、燃料腔顶板42和燃料腔环形隔板43，每个中心扩散火焰燃料腔47、每个微混燃烧火焰燃料腔、每个贫直喷燃烧火焰燃料腔49之间通过燃料腔环形隔板43隔开，以使每一环的燃烧单元都具有独立的环形燃料供应腔室和相应的燃料进气接嘴，每一环的燃烧单元可以分别供给燃料，独立调节燃料流量。
154.每个中心扩散火焰燃料腔47、每个微混燃烧火焰燃料腔、每个贫直喷燃烧火焰燃料腔49的一端连接燃料腔底板41，另一端连接燃料腔顶板42，连接每个中心扩散火焰燃料腔47、每个微混燃烧火焰燃料腔、每个贫直喷燃烧火焰燃料腔49的燃料腔底板41的另一侧分别连通独立的燃料进气接嘴，连接每个中心扩散火焰燃料腔47、每个微混燃烧火焰燃料腔、每个贫直喷燃烧火焰燃料腔49的燃料腔顶板42的另一侧分别连接中心扩散燃烧喷嘴1、单元微混合燃烧喷嘴2和贫直喷燃烧喷嘴3。
155.图4是根据本公开实施例的组合喷嘴燃烧室的内部结构剖视图。
156.如图4所示，上述组合喷嘴燃烧室6还包括：喷嘴头部端盖44，固定安装在火焰筒筒体62进气端，用于支撑固定中心扩散燃烧喷嘴1、多个单元微混合燃烧喷嘴2、多个贫直喷燃烧喷嘴3；喷嘴头部端盖44可以在与固定中心扩散燃烧喷嘴1、多个单元微混合燃烧喷嘴2、多个贫直喷燃烧喷嘴3对应的位置进行开口，以便中心扩散燃烧喷嘴1、多个单元微混合燃烧喷嘴2、多个贫直喷燃烧喷嘴3固定在喷嘴头部端盖44。
157.根据本公开的实施例，上述组合喷嘴燃烧室6还包括：机匣61，设置于火焰筒筒体62外侧，机匣61内壁和火焰筒筒体62外壁之间形成环形腔道601，环形腔道601设有空气入口，空气入口与外界连通，用于向环形腔道601内通入空气；机匣端盖64，设置于机匣前端，用于支撑固定机匣61，以及用于支撑固定中心扩散火焰燃料腔47、微混燃烧火焰燃料腔、贫直喷燃烧火焰燃料腔49；支撑筒66，支撑筒66的筒体两端分别与机匣端盖64和火焰筒筒体62相接，支撑筒内部形成喷嘴进气区602，其中支撑筒66筒壁中设有空气导入孔68，环形腔道601通过空气导入孔68与喷嘴进气区602连通；其中，中心扩散燃烧喷嘴1、单元微混合燃烧喷嘴2、贫直喷燃烧喷嘴3的空气入口位于喷嘴进气区602。
158.上述组合喷嘴燃烧室6还包括：机匣前法兰63、螺栓安装孔65、火焰筒排气端67、点火点嘴69。其中，螺栓安装孔65设置于机匣端盖64，机匣前法兰63上有与螺栓安装孔65一一对应的孔位，以使机匣61通过机匣前法兰63与机匣端盖64固定在一起。
159.根据本公开的实施例，空压机从外界环境中吸入空气并将其压缩，经过压缩后的
高压空气a流进组合喷嘴燃烧室6，首先沿着环形腔道601逆流而上到达组合喷嘴燃烧室6头部，然后通过支撑筒66上的空气导入孔68进入喷嘴进气区602，随后分别进入各个燃烧单元，并与燃料充分混合后，形成高速均匀的预混燃料气，再进入燃烧区燃烧。
160.图5a是根据本公开实施例的单元微混合燃烧喷嘴的结构示意图。
161.如图5所示，单元微混合燃烧喷嘴2包括喷嘴壳体21，其中喷嘴壳体21内设有：燃料进气腔22，燃料进气腔22被配置为通入燃料f1；预混合腔室26，预混合腔室26的腔壁中设有空气进气孔，空气进气孔被配置为通入空气，预混合腔室26的出口端与燃烧区连通。其中，预混合腔室26和燃料进气腔22之间通过燃料喷射孔23连通。
162.根据本发明的实施例，通过上述结构布置，由空气进气孔进入的空气流向与由燃料喷射孔23进入的燃料流向形成燃料/空气横向交叉射流，通过强烈的湍流相互作用促进燃料和空气在单元微混合喷嘴2内的充分混合，从而进一步降低氮氧化物排放。
163.根据本公开的实施例，预混合腔室26用于：将通过空气进气孔进入的空气和源自于燃料进气腔22的燃料f1，进行混合形成预混气体p1后向燃烧区喷射预混气体，以实现燃料和空气在燃烧区内的微混合预混燃烧；其中，在靠近预混合腔室26的出口端的腔壁中设有喷嘴冷却气膜孔27。喷嘴冷却气膜孔27设置在喷嘴壳体21出口附近，沿周向均匀布置若干层，能降低壁温及壁面附面层的燃料/空气比，用以冷却管壁温度、破碎管壁内侧附面层，并有助于降低预混合腔室26中预混气p1的温度，相比于相关技术中的微混合燃烧单元的技术，本公开实施例提供的单元微混合燃烧喷嘴可以进一步提升喷嘴的抗回火、挂火性能，从而保证组合喷嘴燃烧室6的安全运行。
164.根据本公开的实施例，空气进气孔包括一级空气进气孔24和二级空气进气孔25，一级空气进气孔24和二级空气进气孔25沿预混合腔室26内的气体流向设置。在相同的进气孔面积下，设置两级空气进气孔，相比于仅设置一级空气进气孔24，可以让空气与燃料的混合更加均匀。因为两级空气孔在周向上是错位排列，保证了周向360
°
度无死角的均匀空气进气，使得空气与燃料的掺混在整个空间内更加均匀。
165.其中，单元微混合燃烧喷嘴2内进行的混合过程为：在单元微混合燃烧喷嘴2内部，从燃料进气腔22入口处流过来的燃料流f1，经过燃料喷射孔23后，形成高速射流燃料-单元微混合燃烧喷嘴加速后燃料流f2；同时，空气(燃烧反应空气流a5)从喷嘴壳体21上开设的多排周向设置的多级空气进气孔进入喷嘴，并与单元微混合喷嘴加速后燃料流f2快速掺混，经多级充分混合后，形成高速均匀的预混气体p1，预混气体p1能够以较高的速度从喷嘴中喷出，并在燃烧区内燃烧。通过采用燃料/空气横向交叉射流结构，通过强烈的湍流相互作用促进燃料和空气在单元微混合燃烧喷嘴2内的充分混合，从而提高火焰筒内火焰温度的均匀度、降低火焰峰值温度，抑制氮氧化物排放。
166.图5b是根据本公开又一实施例的单元微混合燃烧喷嘴的结构示意图。
167.如图5b所示，喷嘴壳体21采用圆管状结构，喷嘴壳体21直径为5～15mm。
168.该实施例的单元微混合喷嘴2的结构与图5a实施例所示大体相同，不同之处在于燃料进气腔22包括一段末端封闭的圆管状的进气管，进气管与喷嘴壳体21同轴设置，以使得进气管的外表面和喷嘴壳体的内表面之间形成环形的预混合腔室26；进气管的前端设有燃料喷射孔23，进气管的末端设有凹型中心体28。
169.其中，凹型中心体28端头采用内凹的曲面形状，以此保证不会产生向上游发展的
回流区，回流区前驻点到达凹面处不能继续向上游发展，从而进一步减少喷嘴回火风险。
170.图6是根据本公开实施例的中心扩散燃烧喷嘴的结构示意图。
171.如图6所示，中心扩散燃烧喷嘴1包括：套筒11、旋流杯12、燃料喷头13、文氏管14和燃料喷注孔15。
172.其中，套筒11设有空气进口和扩散气体出口，空气进口被配置为通入空气，扩散气体出口与燃烧区连通。其中，套筒11的扩散气体出口为括扩张型出口，用以限制火焰径向扩展并为回流区前驻点提供空间。
173.燃料喷头13的入口端被配置为通入燃料，燃料喷头13的出口端设置燃料喷注孔15，燃料喷头13和套筒11通过燃料喷注孔15连通，燃料喷注孔15的直径为1～3mm。
174.文氏管14设置在套筒11内，燃料喷头13和文氏管14通过燃料喷注孔15连通，用以进一步提高气流扩散速度，提高燃烧稳定性。
175.旋流杯12设置在套筒11的空气进口处，以使得空气进入后在套筒11内形成旋流，提高燃烧稳定性。
176.其中，中心扩散燃烧喷嘴1用于：将通过空气进口进入的空气和通过燃料喷头13喷入的燃料，经过套筒11的扩散作用后，通过套筒11的扩散气体出口喷入燃烧区，以实现燃料和空气在燃烧区内的扩散燃烧。
177.图7a是根据本公开一实施例的贫直喷燃烧喷嘴的外部结构示意图；图7b是图7a所示的贫直喷燃烧喷嘴的内部结构示意图。
178.如图7a和图7b所示，其中，贫直喷燃烧喷嘴3内设有：中心燃料输送通道31和多个空气输送通道32。
179.其中，中心燃料输送通道31的入口端被配置为通入燃料；多个空气输送通道32围绕中心燃料输送通道31周向分布，空气输送通道32的入口端配置为通入空气，空气输送通道的出口端与燃烧区连通，每个空气输送通道32分别与中心燃料输送通道31单独连通，以便于中心燃料输送通道31中的燃料能够分散通入多个空气输送通道32，并且，空气输送通道32和中心燃料输送通道31在靠近贫直喷燃烧喷嘴3的出口位置处连通，空气输送通道32用于将外界通入的空气和源自于中心燃料输送通道31的燃料进行贫预混后喷入燃烧区，以实现燃料和空气在燃烧区内的贫直喷燃烧。
180.其中，贫直喷燃烧喷嘴3内的混合过程为：在贫直喷燃烧喷嘴3内部，从中心燃料输送通道31的入口端流过来的燃料流，经过中心燃料输送通道31在在靠近贫直喷燃烧喷嘴3的出口位置处流入空气输送通道32，与通过空气输送通道32流入的空气进行混合并喷出。
181.根据本公开的实施例，与微混合燃烧单元类似，贫直喷燃烧单元也有小尺寸的空气(氧化剂)流通通道，但不同的是，本公开实施例所述的贫直喷燃烧单元在中心燃料输送通道形成多个小尺度的多个空气输送通道，相比于微混合燃烧单元，可实现更下微小尺度的燃烧，多个空气输送管32的出口形成的小火焰尺寸较小，温度分布更加均匀，进一步降低氮氧化物排放，且在此基础上进一步提高火焰的抗熄火能力，使火焰稳定性更高。
182.根据本公开的实施例，微混合燃烧单元是在空气流通通道内部喷射燃料，在出口形成燃烧火焰，燃烧前燃料和空气已经进行了充分的混合，存在一定的回火和热声震荡风险，且火焰稳定性较差。本公开实施例的贫直喷燃烧单元在空气流通通道出口处附近实现燃料和空气掺混并喷射，燃料和空气在出口处相遇，一边混合一边燃烧，不存在回火和热声
震荡的风险，并且火焰稳定性好，不容易熄火。
183.图7c是根据本公开又一实施例的贫直喷燃烧喷嘴的结构示意图；图7d是图7c所示的贫直喷燃烧喷嘴的内部结构示意图；图7e是根据本公开又一实施例的贫直喷燃烧喷嘴的结构示意图；图7f是图7e所示的贫直喷燃烧喷嘴的端面结构示意图。
184.如图7c～图7f所示，贫直喷燃烧喷嘴3包括：中心燃料输送管和多个空气输送管。
185.其中，中心燃料输送管内形成中心燃料输送通道31，中心燃料输送管的入口端被配置为通入燃料，中心燃料输送管的出口端设置有多个燃料喷出孔。
186.根据本公开的实施例，多个空气输送管围绕中心燃料输送管周向分布，空气输送管内形成空气输送通道32，空气输送管包括坡面入口端33和直喷出口321，坡面入口端33配置为通入空气，直喷出口321与燃烧区连通，并且，直喷出口321附近设有燃料喷出孔35，多个空气输送管与多个燃料喷出孔35与一一匹配，以便中心燃料输送管中的燃料能够通过多个燃料喷出孔35分散通入多个空气输送管，空气输送管用于将通过坡面入口端33进入的空气和通过燃料喷出孔35进入的燃料进行贫预混后通过直喷出口321喷入燃烧区；
187.根据本公开的实施例，围绕中心燃料输送管周向分布的多个空气输送管为直管，空气输送管的中心轴线与中心燃料输送管的中心轴线平行，直管的断面为圆形或花瓣形。
188.例如，在图7a和图7b中，围绕中心燃料输送管周向分布的多个空气输送管为直管，空气输送管的中心轴线与中心燃料输送管的中心轴线平行，直管的断面为圆形。
189.根据本公开的实施例，围绕中心燃料输送管周向分布的多个空气输送管还可以为螺旋管，利于形成微弱旋流，以进一步提高火焰稳定性，螺旋管的断面为圆形或花瓣形。
190.例如，在图7c～图7f中，围绕中心燃料输送管周向分布的多个空气输送管还可以为螺旋管，图7c和图7d中所示的螺旋管的断面为圆形，图7e中所示的贫直喷燃烧喷嘴3中的螺旋管的断面为花瓣形，如图7f中所示，有助于形成微弱旋流，以进一步提高火焰稳定性。
191.根据本公开的实施例，空气输送通道32的入口端沿径向向外长度逐渐变小，形成坡面入口端33，其作用为使周向来流空气更均匀地进入空气输送管。中心燃料输送通道31与空气输送通道32末端齐平，中心燃料输送通道31末端设置端盖34，以使燃料在到达中心燃料输送通道31的末端时可以通过燃料喷出孔35喷出。燃料喷出孔35与空气输送通道32一一对应，即一个空气输送通道32对应一个燃料喷出孔35。
192.根据本公开的实施例，在每个贫直喷燃烧喷嘴3内设置多个空气输送通道32，在每个空气输送通道32中，都可以实现从中心燃料输送通道31的末端上设置的单个燃料喷出孔35喷出的单股燃料，与空气输送通道32中的单股空气在空气输送通道32出口进行一对一模式的混合，避免了多个燃料喷出孔35喷射出的多股燃料与空气在一个大尺寸管道出口混合时的相互影响及分布不均，较现有贫直喷燃烧技术实现了更加微小尺度下的喷射与快速混合，能够提高混合及燃烧效率，可以有效降低燃烧过程中火焰的峰值温度。
193.图7g是根据本公开又一实施例的贫直喷燃烧喷嘴的结构示意图；图7h是图7g所示贫直喷燃烧喷嘴的内部结构示意图。
194.如图7g和图7h所示，贫直喷燃烧喷嘴3包括：中心燃料输送管和端头管壳37。
195.其中，中心燃料输送管内形成中心燃料输送通道31，中心燃料输送管包括前后顺次相接的直管段38、过渡段39和形成段40，直管段38的入口端被配置为通入燃料，形成段40的断面为花瓣形结构，形成段的出口端设置有多个燃料喷出孔35。
196.端头管壳37围设在形成段外侧，以使得端头管壳37的内壁和形成段40的外壁之间形成多个扇形的空气输送通道32，每个扇形的空气输送通道32对应至少一个燃料喷出孔35，以便中心燃料输送管中的燃料能够通过多个燃料喷出孔35分散通入多个扇形的空气输送通道32。
197.根据本公开的实施例，在图7g和图7h的贫直喷燃烧喷嘴3中，直管段38的断面为圆形，经过过渡段39后在形成段40的断面为花瓣形结构，花瓣形结构可以是通过波瓣结构36和端头管壳37的内壁和形成段40的外壁形成多个扇形的空气输送通道32，每个扇形的空气输送通道32之间相互独立，每个与空气输送通道32相邻的波瓣结构36的侧壁上都设置燃料喷出孔35，燃料喷出孔35靠近端盖34，且与空气输送通道32相对应，即一个空气输送通道32对应两个燃料喷出孔35。
198.图8是根据本发明实施例的燃气轮机发电系统的系统示意图。
199.如图8所示，该燃气轮机发电系统包括压气机71、组合喷嘴燃烧室6、透平72、发电机73和启动马达74。
200.其中，压气机71被配置为压缩空气；组合喷嘴燃烧室6与压气机71连通，被配置为通入燃料和源自于压气机71的高压空气a，以便燃料和空气在组合喷嘴燃烧室6内燃烧后产生预定温度的高温燃气g；透平72包括涡轮，其中，透平72与组合喷嘴燃烧室6连通，被配置为利用源自于径向燃烧室的预定温度的高温燃气，推动涡轮旋转；发电机73与涡轮的输出轴机械连接，被配置为在涡轮的驱动下产生电能。
201.根据本公开的实施例，空压机71从外界环境中吸入空气并将其压缩，经过压缩后的高压空气a流进组合喷嘴燃烧室6，首先沿着环形腔道601逆流而上到达组合喷嘴燃烧室6的头部，然后通过支撑筒66上的空气导入孔68进入喷嘴进气区602，随后进入各个燃烧单元，并与燃料充分混合后，形成高速均匀的预混燃料气，再进入燃烧区燃烧，产生的高温燃气g流过透平72并膨胀做功，做功后产生的尾气e排向大气环境中。发电机73在透平72的高速旋转驱动下进行发电。
202.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。