一种微型掺氢燃料燃气轮机的九旋流器进气头部结构

本发明涉及地面燃气轮机领域，特别地，涉及一种微型掺氢燃料燃气轮机的九旋流器进气头部结构。

背景技术：

1、地面用燃气轮机发电功率大，能源转化效率高，燃料燃烧较火力发电充分得多，对环境影响也小得多，是未来几十年内改善国内电力供应格局的可靠选择。当前发电用地面燃气轮机主要使用燃料为甲烷或天然气，也有使用煤气合成气作燃料的。燃气轮机燃烧室燃烧温度可达1800k甚至更高，高温导致其污染物排放以nox为主，尤其是热力型no。

2、氢气作为一种清洁能源，氢气燃烧无排放，而且氢的单位质量热值较高。在天然气或甲烷中掺混氢气，再以掺混后的燃料供给燃烧室能有效减少甲烷使用量，缓解化石燃料短缺问题，同时可以减少co2和nox的排放量。但氢的燃烧火焰传播速度非常高，燃烧时有很高的回火风险。如何改进燃气轮机燃烧室结构与燃烧组织形式使掺氢燃料在燃烧时能保持良好的稳定性与安全性，这对于燃气轮机的未来前景具有重要意义，因此对于燃气轮机掺氢燃料燃烧研究具有重要的理论与工程价值。

3、本发明提供了一种微型掺氢燃料燃气轮机的九旋流器进气头部结构：所述九旋流器进气头部含一大八小共九个旋流器；所述头部中心有一个大旋流器，其后有收扩通道出口；所述头部外周有八个完全相同的小旋流器，其后有收缩通道出口。旨在通过部分预混燃烧形式和预混燃烧形式配合来达到降低nox排放和有效抑制回火的目的。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提出一种微型掺氢燃料燃气轮机的九旋流器进气头部结构，通过部分预混燃烧形式和预混燃烧形式配合来达到降低nox排放和有效抑制回火的目的。

2、技术方案

3、本发明的目的在于提供一种微型掺氢燃料燃气轮机的九旋流器进气头部结构。

4、本发明技术方案如下：

5、一种微型掺氢燃料燃气轮机的九旋流器进气头部结构，其特征在于：所述九旋流器进气头部含一大八小共九个旋流器；所述头部中心有一个大旋流器，其后有收扩通道出口；所述头部外周有八个环形分布的完全相同的小旋流器，其后有收缩通道出口。

6、所述的一种微型掺氢燃料燃气轮机的九旋流器进气头部结构，其特征在于：头部中心大旋流器空气从旋流器叶片通道流入，掺氢燃料从旋流器中心空心直通道流入，空气与掺氢燃料在收扩通道中不充分混合，在出口流出供给燃烧室燃烧为部分预混燃烧形式。

7、所述的一种微型掺氢燃料燃气轮机的九旋流器进气头部结构，其特征在于：头部外周八个环形分布的完全相同的小旋流器空气从旋流器叶片通道流入，掺氢燃料从旋流器中心带孔空心直通道流入，空气与掺氢燃料在收缩通道中充分混合，在出口流出供给燃烧室燃烧为预混燃烧形式。

8、所述的一种微型掺氢燃料燃气轮机的九旋流器进气头部结构，其特征在于：所述九旋流器进气头部通过中心大旋流器部分预混合燃烧形式稳定火焰，并通过收扩通道扩大回流区体积；所述九旋流器进气头部通过外周八个环形分布的完全相同的小旋流器预混合燃烧形式降低燃烧室温升水平，有效降低燃烧室nox生成水平。

9、本发明具有以下有益效果：

10、与现有的微型燃气轮机头部相比，本发明优点突出，主要表现在：利用中心大旋流器及收扩通道组织部分预混燃烧形式，利用部分预混燃烧特点稳定火焰并极大扩大回流区体积，有效抑制回火；利用外周八个环形分布的完全相同的小旋流器及收缩通道组织预混燃烧形式，利用预混燃烧特点降低燃烧室温升水平，有效降低燃烧室nox生成水平。

技术特征：

1.一种微型掺氢燃料燃气轮机的九旋流器进气头部结构，其特征在于：所述九旋流器进气头部含一大八小共九个旋流器；所述头部中心有一个大旋流器，其后有收扩通道出口；所述头部外周有八个环形分布的完全相同的小旋流器，其后有收缩通道出口。

2.根据权利要求1所述的一种微型掺氢燃料燃气轮机的九旋流器进气头部结构，其特征在于：头部中心大旋流器空气从旋流器叶片通道流入，掺氢燃料从旋流器中心空心直通道流入，空气与掺氢燃料在收扩通道中不充分混合，在出口流出供给燃烧室燃烧为部分预混燃烧形式。

3.根据权利要求1所述的一种微型掺氢燃料燃气轮机的九旋流器进气头部结构，其特征在于：头部外周八个环形分布的完全相同的小旋流器空气从旋流器叶片通道流入，掺氢燃料从旋流器中心带孔空心直通道流入，空气与掺氢燃料在收缩通道中充分混合，在出口流出供给燃烧室燃烧为预混燃烧形式。

4.根据权利要求1所述的一种微型掺氢燃料燃气轮机的九旋流器进气头部结构，其特征在于：所述九旋流器进气头部通过中心大旋流器部分预混合燃烧形式稳定火焰，并通过收扩通道扩大回流区体积；所述九旋流器进气头部通过外圈八个环形分布的完全相同的小旋流器预混合燃烧形式降低燃烧室温升水平，有效降低燃烧室氮氧化物生成水平。

技术总结
本发明提供了一种微型掺氢燃料燃气轮机的九旋流器进气头部结构。压气机后气流一部分经中心大旋流器流入，掺氢燃料一部分经燃料直通道流入，两股气流在收扩通道中不完全预混，供给燃烧室实现部分预混燃烧形式稳定火焰，同时收扩通道出口可以有效扩大回流区体积。另一部分压气机后气流经八个环形分布的小旋流器流入，另一部分掺氢燃料经燃料带孔直通道流入，每一小旋流器中掺氢燃料通过燃料带孔直通道上直孔和收缩通道与旋流气流混合，供给燃烧室实现预混燃烧形式降低燃烧室温升水平，从而降低NO<subgt;X</subgt;生成水平。本发明同时利用部分预混燃烧形式和预混燃烧形式的特点，极大减小了燃气轮机燃烧掺氢燃料时NO<subgt;X</subgt;等污染物排放水平和燃烧室发生回火的风险。

技术研发人员：张群,王霄,钟玉莲,赵欢
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14