燃气轮机燃烧室头部结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃气轮机燃烧室技术领域，特别是涉及一种燃气轮机燃烧室头部结构。
【背景技术】
[0002]对于工业重型燃气轮机而言，数十年间发展目标始终为更高的燃烧室出口平均温度(标定燃气轮机技术等级)以及更低污染物排放；上述技术指标与燃烧室紧密相关且自身互相矛盾，更高的燃烧室出口平均温度意味着更多燃料参与燃烧过程，燃烧室内平均温度更高，而作为燃烧室主要污染物的氮氧化物与燃烧室内部热力过程密切相关。燃气轮机燃烧室的基本功能为在有限空间内高强度的通过组织燃料与空气流动并发生化学反应，将燃料中化学能转化为燃气中热能从而推动透平做功。其核心为湍流混合过程与化学反应动力过程的交互作用。现有燃烧室采用旋流预混结构，随着燃烧室平均出口温度的进一步升高，该种燃烧室头部结构对于控制燃烧室氮氧化物排放作用有限。比较国际上20世纪90年代与现在最新的燃烧室产品可知，其出口平均温度增加约200°C，虽然燃烧室经过一系列优化与改进，然而其氮氧化物的排放水平持平甚至略有升高，这说明了目前燃烧室设计结构针对未来更高参数燃烧室时，其潜力有限，面临着不能满足排放标准的风险。
【发明内容】
[0003](一 )要解决的技术问题
[0004]本发明的目的是提供一种能够有效降低氮氧化物排放的燃气轮机燃烧室头部结构。
[0005]( 二)技术方案
[0006]为了解决上述技术问题，本发明提供一种燃气轮机燃烧室头部结构，包括头部端板、设置在所述头部端板的中心喷嘴以及环绕在所述中心喷嘴周围的多个射流喷嘴圈；任意相邻两个所述射流喷嘴圈之间设有一个旋流喷嘴圈；每个所述旋流喷嘴圈包括多个间隔排布的旋流喷嘴模块；所述中心喷嘴也为一个旋流喷嘴模块；每圈所述射流喷嘴圈包括一个环形射流喷嘴或者多个间隔排列的射流喷嘴模块。
[0007]其中，所述旋流喷嘴模块包括旋流筒、旋流燃料管和多个旋流叶片，所述旋流燃料管设置在所述旋流筒的中心；多个所述旋流叶片安装在所述旋流燃料管上；每个所述旋流叶片设有多个燃料旋流孔，所述燃料旋流孔与旋流燃料管连通。
[0008]其中，多个所述旋流叶片沿所述旋流燃料管的周向均匀排布。
[0009]其中，所述射流喷嘴圈的中心与所述中心喷嘴的中心相重合。
[0010]进一步的，所述射流喷嘴模块包括射流燃料管和射流筒，所述射流筒的一端与所述射流燃料管连接，另一端设有出口端板；所述射流筒中设有入口挡板，所述入口挡板将所述射流筒分隔成前腔室和后腔室，所述前腔室的侧壁设有空气入口 ；所述出口端板设有空气射流孔和燃料射流孔，所述燃料射流孔通过小射流导管与后腔室连通。
[0011]其中，所述射流筒的横截面为矩形、圆形、扇形或者椭圆形。
[0012]其中，所述空气入口、空气射流孔和燃料射流孔均为多个。
[0013]其中，所述空气射流孔和燃料射流孔的直径均为I?1.5mm。
[0014]进一步的，所述环形射流喷嘴包括内射流圆筒、外射流圆筒和射流燃料管，所述内射流圆筒和外射流圆筒同心设置；所述内射流圆筒与外射流圆筒之间构成射流腔；所述射流腔设有前挡板、中挡板和后挡板，形成前腔室和后腔室；所述射流燃料管与所述后腔室连通；所述前腔室的侧壁上设有空气入口 ；所述前挡板设有空气射流孔和燃料射流孔，所述燃料射流孔通过小射流导管与后腔室连通。
[0015](三)有益效果
[0016]本发明提供的燃气轮机燃烧室头部结构，燃烧室头部设置多个旋流喷嘴圈及射流喷嘴圈，燃烧时形成分布式火焰，得到一个抬升的整体均匀火焰，使燃烧室燃烧模式处于分布火焰区，有效降低整个燃烧室的污染物排放。
【附图说明】
[0017]图1为本发明实施例1的结构立体图；
[0018]图2为本发明实施例1的正视示意图；
[0019]图3为本发明实施例1的剖视图；
[0020]图4为本发明实施例1的射流喷嘴模块的剖视图；
[0021]图5为本发明实施例1的另一种实施方式的正视示意图；
[0022]图6为本发明实施例2的正视示意图；
[0023]图7为本发明实施例2的剖视图。
[0024]图中，1:头部端板；10:中心喷嘴；20:射流喷嘴圈；30:旋流喷嘴圈；11:旋流喷嘴模块；12:射流喷嘴模块；110:旋流筒；111:旋流燃料管；112:旋流叶片；113:燃料旋流孔；120:射流筒；121:空气入口 ；122:射流燃料管；123:入口挡板；124:小射流导管；125:出口端板；126:燃料射流孔；127:空气射流孔；128:后腔室；129:前腔室；13:环形射流模块;130:内射流圆筒；131:射流燃料管；132:前挡板；133:中挡板；134:后挡板；135:空气入口 ；136:后腔室；137:前腔室；138:小射流导管；139:外射流圆筒；1321:空气射流孔；1322:燃料射流孔。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0026]实施例1:
[0027]参照图1至4所示，本发明的燃气轮机燃烧室头部结构，包括头部端板1、中心喷嘴10、射流喷嘴圈20和旋流喷嘴圈30。头部端板I设有多个燃料进气通道，中心喷嘴10、射流喷嘴圈20和旋流喷嘴圈30均安装在头部端板I上，且与燃料进气通道连通，外部供燃料设备通过燃料进气通道提供燃料。射流喷嘴圈20为多个，多个射流喷嘴圈20环绕在中心喷嘴10周围，且射流喷嘴圈20的中心与中心喷嘴10的中心相重合。即多个射流喷嘴圈20同心设置，中心喷嘴10设置在最内圈射流喷嘴圈20的中心位置。任意相邻两个射流喷嘴圈20之间设有一个旋流喷嘴圈30，使得射流喷嘴圈20和旋流喷嘴圈30交错排布在头部端板I上，且最外圈的喷嘴圈为射流喷嘴圈20。每个旋流喷嘴圈30包括多个间隔排布的旋流喷嘴模块11。中心喷嘴10也为一个旋流喷嘴模块11。本实施例中，射流喷嘴圈20包括多个间隔排布的射流喷嘴模块12。
[0028]进一步的，旋流喷嘴模块11包括旋流筒110、旋流燃料管111和多个旋流叶片112，旋流燃料管111从旋流筒110的后端插入，且设置在旋流筒110的中心；旋流燃料管111的前端封闭，后端用于安装在头部端板I上。多个旋流叶片112安装在旋流燃料管111上，优选的，旋流叶片112安装在旋流燃料管111与旋流筒110的内壁之间。每个旋流叶片112设有多个燃料旋流孔113，燃料旋流孔113与旋流燃料管111连通。本实施例中，旋流叶片112为8个，8个旋流叶片112沿旋流燃料管111的周向均匀排布。优选的，为了控制旋流筒110中的空气流量，在旋流筒110的后端设有整流板或限流孔板。
[0029]进一步的，每个射流喷嘴模块12包括射流燃料管122和射流筒120。射流筒120的横截面为圆形。射流筒120的一端与射流燃料管122的一端连接，另一端设有出口端板125。射流燃料管122后端与头部端板I连接。本发明所使用的燃料为天然气或者天然气掺氢燃料。射流筒120中设有入口挡板123。入口挡板123将射流筒120分隔成前腔室129和后腔室128，前腔室129的侧壁设有空气入口 121 ;出口端板125设有空气射流孔127和燃料射流孔126，燃料射流孔126通过小射流导管124与后腔室128连通。燃料从射流燃料管122向后腔室128供入，并通过小射流导管124从燃料射流孔126射出，空气从空气入口 121进入前腔室129，并从空气射流孔127射出。燃料喷射与空气喷射在每个射流喷嘴模块中分开，需要在离喷嘴头