一种燃气旋流值班燃烧器的制作方法

1.本技术涉及燃烧器技术领域，特别涉及一种燃气旋流值班燃烧器。


背景技术：

2.燃烧污染排放对人类的健康和环境造成越来越严重的危害受到大量关注，并且有关控制污染排放的法律法规和相关政策也日益严格，对于微型燃气轮机的nox及co污染排放问题也提出了一定要求。燃气轮机燃烧产物中含有nox(氮氧化物)，nox主要包含no和no2，要尽可能采取技术措施降低微型燃气轮机的nox排放量。
3.目前地面燃机低nox排放燃烧器多采用干式低排放燃烧贫燃预混概念，这就要求燃料通过分布均匀的多点喷射方式注入空气通道，形成均匀的燃料空气混合物。然而，燃料通道在实际运行中内部为燃气，停机时燃料通道内部充满空气，运行一段时间后便会在通道内壁产生易脱落的氧化物，氧化物跟随燃料一起进入燃料喷杆内，造成燃料孔堵塞。
4.当燃烧室只有一个单燃烧器时，燃料孔堵塞会造成燃烧室径向均布的燃料孔燃料流量分布不均匀，燃料射流深度与原来设计不同，造成燃料在周向分布有浓度高低偏差，进而造成温度高低不同，有温度高的地方no排放增加。而当燃烧室采用环形多头部燃烧器时，燃料总环管通过多个分支歧管进入这些燃烧器，这时如果某一个燃烧器的孔堵塞，燃料通道压降高，自由分配的燃料流量不会均匀进入每一个燃烧器，该堵塞燃烧器对应的燃料量降低，造成透平进口温度出现冷热点，威胁机组安全。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种燃气旋流值班燃烧器，可用于增加燃烧器的可靠性。
6.为了达到上述目的，本技术提供一种燃气旋流值班燃烧器，包括：
7.壳体，所述壳体内设有空气通道，且所述壳体的一端设有燃烧器出口；
8.燃料喷杆，所述燃料喷杆内设有燃料通道，所述燃料通道内设有过滤装置，所述过滤装置用于对所述燃料通道内脱落的氧化物进行过滤，所述燃料喷杆的第一端设有多个燃料喷孔，所述燃料喷孔与所述燃料通道连通，且所述第一端与所述燃烧器出口连通；
9.轴向旋流器，所述轴向旋流器设置于所述燃料喷杆的周侧，且所述空气通道通过所述轴向旋流器与所述燃烧器出口连通。
10.上述燃烧器，通过在燃料喷杆内设置过滤装置，用于对燃料进行过滤，燃料在燃料通道内经过过滤装置后到达燃料喷孔，空气通过空气通道进入外壳内，并通过轴向旋流器后形成一定旋流强度的空气流，然后与从燃料喷孔喷出的燃料进行半预混混合，形成稳定的值班火焰，最后混合物通过燃烧器出口进入燃烧室进行燃烧。由于在燃料通道内设置了过滤装置，燃料喷杆上游的燃料通道内壁脱落的氧化物能够被过滤装置过滤掉，而燃料能够通过过滤装置后经由燃料喷孔喷出，当燃烧室采用单燃烧器时，可使得单燃烧器的燃料能够与空气混合均匀，而当燃烧室采用多个燃烧器时，多个燃烧器运行时不出现燃烧室空间区域和出口温度冷热点问题。
11.优选地，所述轴向旋流器与所述燃料喷杆之间可拆卸式连接。
12.优选地，所述过滤装置的形状为锥形，且所述过滤装置的尖端朝向所述燃料喷杆的第二端设置。
13.优选地，轴向旋流器包括安装轴和设置于所述安装轴上的多个叶片，其中，所述安装轴套设于所述燃料喷杆外表面，所述多个叶片沿所述安装轴的周向均匀分布。
14.优选地，所述叶片包括沿所述安装轴的轴向连接的叶片前段和叶片后段，所述叶片前段靠近所述空气通道，所述叶片后段靠近所述燃烧器出口，所述叶片后段相对所述叶片前段弯曲以使得所述叶片后段与所述叶片前段之间具有一定的偏转角度。
15.优选地，所述叶片后段相对所述叶片前段的偏转角度为30
°
～60
°
。
16.优选地，所述叶片后段设有弯折线，所述弯折线沿所述叶片后段连接所述叶片前段的一端到所述叶片后段远离所述叶片前段的一端延伸，所述叶片后段位于所述弯折线一侧的部分可沿所述弯折线朝向所述叶片后段位于弯折线另一侧的部分弯折。
17.优选地，沿所述安装轴的轴线方向，所述叶片后段的弯折角度逐渐增大。
18.优选地，所述叶片后段远离所述叶片前段的一端处的弯折角度为15
°
～50
°
。
19.优选地，所述弯折线位于所述叶片后段的中部。
20.优选地，所述空气通道的形状为弧形。
21.优选地，所述燃烧器出口设有倒角结构。
附图说明
22.图1为本技术实施例中燃气旋流值班燃烧器的一种剖面结构示意图；
23.图2为本技术实施例中燃气旋流值班燃烧器的一种部分剖面结构示意图；
24.图3a-图3c为本技术实施例中燃料喷杆的多种结构形式；
25.图4为本技术实施例中轴向旋流器的一种结构示意图；
26.图5为本技术实施例中轴向旋流器的另一种结构示意图。
27.图中：
28.1-壳体；11-燃烧器出口；12-空气通道；2-燃料喷杆；21-燃料通道；22-燃料喷孔；3-过滤装置；4-轴向旋流器；41-安装轴；42-叶片；421-叶片前段；422-叶片后段；423-弯折线。
具体实施方式
29.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
30.请参考图1及图2，本技术实施例可提供一种燃气旋流值班燃烧器，包括壳体1、燃料喷杆2和轴向旋流器4，其中，壳体1的一端设有燃烧器出口11，燃烧器出口11可与燃烧室连通，壳体1内还设有空气通道12，燃料喷杆2内设有燃料通道21，燃料通道21内可设置用于对燃料通道21内脱落的氧化物进行过滤的过滤装置3，燃料喷杆2的第一端设有多个可与燃料通道21连通的燃料喷孔22，并且燃料喷杆2的第一端可与燃烧器出口11连通。轴向旋流器
4设置于燃料喷杆2的周侧，并且空气通道12可通过轴向旋流器4和燃烧器出口11连通。
31.上述燃烧器，通过在燃料通道21内设置过滤装置3，用于对燃料进行过滤，燃料在燃料通道21内经过过滤装置3后到达燃料喷孔22，空气通过空气通道12进入外壳内，并通过轴向旋流器4后形成一定旋流强度的空气流，然后与从燃料喷孔22喷出的燃料进行半预混混合，形成稳定的值班火焰，最后混合物可通过燃烧器出口11进入燃烧室内进行燃烧。由于在燃料通道21内设置了过滤装置3，燃料喷杆2上游燃料通道内壁脱落的氧化物在跟随燃料一起进入燃料喷杆2的燃料通道21内时，能够被过滤装置3过滤掉，而燃料能够通过过滤装置3后经由燃料喷孔22喷出，当燃烧室采用单燃烧器时，可保证燃料与空气混合均匀，从而保证各处温度一致，避免no排放增加，当燃烧室采用多个燃烧器时，可使得燃料流量均匀进入每一个燃烧器，从而避免燃烧室空间区域和出口温度冷热点的问题，进而提高了燃烧器的可靠性。此外，设置过滤装置3还可延长燃烧器维修更换的时间，并且可在发生堵塞之后直接更换过滤装置3。
32.在一些实施例中，如图2所示，燃料通道21内可设置台阶，以使得过滤装置3可安装于台阶上，并且过滤装置3的形状可为锥形，其轴线可与燃料通道21的轴线一致，还可使得过滤装置3的尖端朝向燃料喷杆2的第二端(即燃料喷杆2远离燃料喷孔22的一端)设置。燃料喷杆2上游的燃料通道脱落的铁的氧化物进入燃料喷杆2的燃料通道21内时，可堆积在过滤装置3底部与燃料通道21的侧壁之间形成的环形死角区域，过滤装置3的尖端仍可通过燃料，铁的氧化物不会移动到下游(靠近第一端)堵塞燃料喷孔22。此外，燃料喷杆2还可采用不易生锈的材料进行加工，以减少产生脱落的氧化物。
33.过滤装置3可以是采用较细的金属制成的锥形网状结构，或者，也可以是采用薄金属片加密布的打孔方式形成的结构，过滤装置3的网孔尺寸可依照燃料通道上游的压力损失和氧化物尺寸等实际情况进行设计，从而保证过滤装置3能够完成金属氧化物的筛除功能，示例性地，每一个网孔的直径可不大于燃料喷孔22的直径，以保证更好的过滤效果，避免燃料喷孔22堵塞的情况发生。
34.在一些实施例中，燃料喷孔22的数量和孔径可根据燃料成分进行选择，示例性地，燃料喷孔22的数量可在8-12个，并且多个燃料喷孔22可绕燃料喷杆2的轴线均匀分布。此外，还可将轴向旋流器4与燃料喷杆2之间设计为可拆卸式连接的结构，具体实施时，可在燃料喷杆2设置台阶结构，以使得轴向旋流器4可通过台阶结构安装于燃料喷杆2的周侧。不同组分的燃料可对应不同数量燃料喷孔22的燃料喷杆2，当选用某种组分的燃料时，可按照排放的要求选择相对应的燃料喷杆2，同时还可根据不同工况更换不同旋流强度的轴向旋流器4，这种组合式设计能够方便的针对不同燃料成分进行改进，从而保证排放达到要求。
35.每一个燃料喷孔22的开孔轴线可与来流空气方向垂直，以加强空气与燃料剪切混合，从而降低局部燃料燃烧的不均匀度，进而降低排放。
36.在一些实施例中，为形成稳定外围的火焰，还可在燃烧器出口11内形成倒角结构，使得混合气在通过燃烧器出口11进入燃烧室内进行燃烧时，能够改变气流火焰的扩张角度，从而稳定外围的火焰。
37.此外，参考图1，空气通道12的形状可以是弧形，形成圆滑的带有弧面的空气通道12，可消除空气在通道内由于流动方向骤变带来的漩涡影响燃料混合的可能性，使得空气在通道中流动均匀，并且降低了流动压损。
38.参考图3a，燃料喷杆2的头部形式可以是带倒角的圆柱结构，或者也可以是如图3b所示的圆锥结构，或者也可以是如图3c所示的钝体结构，需要说明的是，燃料喷杆2的头部形式可根据不同气体燃料的火焰速度来进行选择，从而更改火焰回流区形状，以便于更好地组织燃烧。
39.在一些实施例中，如图4所示，轴向旋流器4可包括安装轴41以及设置于安装轴41上的多个叶片42，安装轴41的中部为中空结构，用于套设于燃料喷杆2的周侧表面，叶片42可沿安装轴41的周向均匀分布，其数量可在6-12个之间。
40.结合图1和图4，每一个叶片42可包括叶片前段421和叶片后段422，叶片前段421和叶片后段422的连接方向为安装轴41的轴线方向，并且叶片前段421靠近空气通道12，叶片后段422靠近燃烧器出口11。叶片前段421的前缘(即朝向空气通道12的表面)可为半圆柱面，并且叶片前段421可为直叶片42，其轴向长度可为整个叶片42的轴向长度的20％～50％。叶片后段422可相对叶片前段421弯曲，以使得叶片后段422与叶片前段421之间具有一定的偏转角度∠α，这里的偏转角度也可理解为叶片后段422与安装轴41的轴线之间的角度，并且偏转角度∠α的范围可在30
°
～60
°
。
41.此外，参考图4和图5，叶片后段422具有弯折线423，该弯折线423可沿叶片后段422连接所述叶片前段421的一端到所述叶片后段422远离所述叶片前段421的一端延伸，并且叶片后段422位于弯折线423一侧的部分可沿弯折线423朝向叶片后段422位于弯折线423另一侧的部分弯折，从而使得叶片后段422呈“v”字型。需要说明的是，叶片后段422在弯折时，既可向叶片42吸力面(凸面)弯折，也可向叶片42压力面(凹面)弯折。
42.弯折线423可设置于叶片后段422的中部，也可理解为，叶片后段422连接安装轴41的一侧到弯折线423之间的高度h为叶片后段422整个高度h的一半。
43.叶片后段422在弯折时，可随着叶片42的轴向距离增加而弯折程度逐渐加大，也可以理解为，沿叶片后段422连接叶片前段421的一端到叶片后段422远离叶片前段421的一端的方向，叶片后段422“v”字结构的角度逐渐增大。叶片后段422连接叶片前段421的一端处的弯折角度(即叶片后段422弯折的部分与叶片前段421之间的夹角)为0，叶片后段422远离叶片前段421的一端处的弯折角度∠β范围可在15
°
～50
°
。
44.需要说明的是，通过使得叶片后段422相对叶片前段421偏转，并且使得叶片后段422弯折，能够提高半径较大的区域的轴向旋流器的切向速度和轴向速度，从而降低叶片42处的湍流气流的分离，降低流动不稳定导致燃料在空气中混合浓度波动，浓度波动降低可减少热释放率波动引起热声不稳定的情况发生。
45.显然，本领域的技术人员可以对本实用新型实施例进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。