预混燃烧器制造技术

本公开提供了一种预混燃烧器，包括：燃料室，设置于预混燃烧器内的一侧；燃料进口，设置于燃料室的一侧，与燃料室相连通，用于向燃烧器内输入燃料；空气室，设置于预混燃烧器内的另一侧；空气进口，设置于所述空气室的一侧，用于向空气室内输入空气；以及M个相对独立的单元喷嘴，一端设置于燃料室，另一端设置于空气室，用于将燃料和空气混合并喷出，其中，M≥1。相比传统燃烧器，该燃烧器各个单元喷嘴相对独立，根据负荷需求进行模块化阵列扩展，因此有较好的扩展性；并且该燃烧器的燃料和空气的进气孔均毫米级，使得单元喷嘴内燃料和空气混合更均匀，因此能够降低燃烧过程中峰值火焰温度和高温烟气停留时间，实现降低氮氧化物排放的效果。

【技术实现步骤摘要】
预混燃烧器
本公开涉及燃气轮机燃烧室
，尤其涉及一种预混燃烧器，用于降低氮氧化物排放。
技术介绍
燃气轮机是一种高效洁净的动力机械，基于燃气轮机及其联合循环的发电量已占到全球发电总量的22％，未来还将继续攀升。为了提高燃气轮机的循环效率，燃气初温和增压比也在不断提高。以重型燃机为例，F级燃机燃气初温在1650K左右，联合循环效率为57％；H级和J级燃机燃气初温则在1750K和1850K左右，联合循环效率分别为60％和61％；下一代燃机的燃气初温将达到1950K，联合循环效率为64％。而与此矛盾的是，氮氧化物的生成量随温度的升高而剧烈升高。如何解决提高温度和降低氮氧化物间的矛盾，使排放满足环保法规要求，是燃机燃烧技术未来发展面临的主要挑战之一。目前燃机的主流是使用干式低氮氧化物(DryLowNOx，DLN)燃烧技术的燃烧器。它利用旋流喷嘴将过量空气和燃料混合成贫预混气体，以此抑制氮氧化物的生成，但由于喷嘴数量，分布类型，以及喷嘴上燃料和空气进气孔尺寸设置等问题，目前的燃机减排效果受到掺混均匀性和旋流喷嘴回流区的影响。燃机发展到J级，其温度水平已经接近DLN有效工作范围(1670-1900K)的临界值。若温度进一步提高，氮氧化物排放将会大幅度提升。针对这些问题，使用其他燃烧技术的燃烧器被不断推出。但目前这些燃烧器还不足以完全解决未来1850-1950K温度下燃机的燃烧及排放问题，使用清洁高效的新型低氮氧化物燃烧技术的燃机，是发展的重要方向。其中以富氢气体为燃料的低排放燃烧器的开发是当前实施燃烧前碳捕集的关键技术之一。与使用常规燃料(例如天然气等)的燃机相比，使用富氢燃料的燃机，由于氢的燃料活性强，特别是其高火焰速度、低点火能量和宽可燃性极限增加了回火、自燃和振荡的风险。而且，氢的绝热火焰温度较高，这对低氮氧化物生成是一个挑战。而对普通燃料加氢，会使燃料点火延迟时间减少，燃烧速度增加。这将导致局部温度容易较高使氮氧化物升高，火焰传播速度较快而易回火、振荡。这些性质对用于富氢燃料的先进燃烧技术和燃烧器的开发提出了挑战。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题基于上述问题，本公开提供一种预混燃烧器，以缓解现有技术中燃烧器单元喷嘴可扩展性低，燃料与空气混合不均匀，运行时时出现回火、自燃和振荡等问题，同时还缓解氮氧化物排放高的问题。(二)技术方案根据本公开的一个方面，提供一种预混燃烧器，包括：燃料室，设置于预混燃烧器内的一侧；燃料进口，设置于燃料室的一侧，与燃料室相连通，其向燃烧器内输入燃料；空气室，设置于预混燃烧器内的另一侧；空气进口，设置于所述空气室的一侧，其向空气室内输入空气；以及M个相对独立的单元喷嘴，一端设置于燃料室，另一端设置于空气室，其用于将燃料和空气混合并喷出，其中，M≥1。在本公开的一些实施例中，所述预混燃烧器的单元喷嘴包括：顶盖，设置于单元喷嘴处于燃料室内的一侧；燃料进气孔，环所述顶盖壁面设置，其将燃料室中的燃料通过该燃料进气孔输入单元喷嘴内部；空气进气孔，环单元喷嘴处于空气室内的主体壁面设置，其将空气通过该孔输入单元喷嘴的内部。在本公开的一些实施例中，所述预混燃烧器的单元喷嘴的通道横截面为圆形或椭圆形，内径为5～12mm，长为15～120mm。在本公开的一些实施例中，所述预混燃烧器，其中，单元喷嘴50的空气进气孔的孔宽0.5～6mm，长2.5～36mm，形状为长条状孔，设置数量为2～8个，采用直喷进气方式或旋流进气方式设置。在本公开的一些实施例中，所述燃料进气孔形状为圆形或椭圆形孔，孔径为0.25～2.5mm，设置数量为2～10个，采用直喷进气方式或旋流进气方式设置。在本公开的一些实施例中，其中，所述旋流进气方式，气流旋流角度为5～45°。在本公开的一些实施例中，所述单元喷嘴的燃料进气孔和空气进气孔的间距为5～60mm。在本公开的一些实施例中，所述单元喷嘴的空气进气孔距离单元喷嘴的出口截面为5～108mm。在本公开的一些实施例中，相邻单元喷嘴间的距离为5.5～60mm，单元喷嘴的阵列排布方式为正交阵列、方形阵列或圆形阵列。在本公开的一些实施例中，所述单元喷嘴布置方向与燃烧器轴向夹角为θ，其中，0°≤θ≤60°。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开的一种降低氮氧化物排放的预混燃烧器至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：(1)相比传统燃烧器，该燃烧器各个单元喷嘴相对独立，根据负荷需求进行模块化阵列扩展，因此有较好的扩展性。(2)燃料进气孔和空气进气孔均毫米级设置，通过将燃料和空气在毫米尺度混合，有效地提高燃料-空气的掺混均匀性。(3)相对传统旋流预混燃烧器，该燃烧器单元喷嘴内燃料和空气混合更均匀，因此能够降低燃烧过程中的峰值火焰温度，降低高温烟气停留时间，从而实现相比传统干式低氮氧化物贫预混喷嘴降低氮氧化物排放的效果。(4)由于多个单元喷嘴以阵列形式分布，因此喷出的火焰在径向相对分散，放热相对均匀，减小了热声耦合几率，可有效避免燃烧不稳定问题。(5)单元喷嘴结构、间距和阵列方式可根据需要调整扩展，保证燃料和空气在燃烧前掺混均匀，并稳定低排燃烧。附图说明图1为本公开预混燃烧器的结构示意图；图2为燃烧器内燃料与空气的流动及燃烧区示意图；图3A为单元喷嘴四空气进气孔直喷进气示意图；图3B为单元喷嘴六空气进气孔直喷进气示意图；图3C为单元喷嘴六空气进气孔旋流进气示意图；图4A为单元喷嘴顶盖四燃料进气孔直喷进气示意图；图4B为单元喷嘴顶盖四燃料进气孔旋流进气示意图；图5A为单元喷嘴以正交阵列方式分布的燃烧器示意图；图5B为单元喷嘴以方形阵列方式分布的燃烧器示意图；图5C为单元喷嘴以圆形阵列方式分布的燃烧器示意图；图5D为单元喷嘴以多圈圆形阵列方式分布的燃烧器示意图。【附图中本公开实施例主要元件符号说明】10-燃料室；20-燃料进口；30-空气室；40-空气进口；50-单元喷嘴51-顶盖；52-燃料进气孔；53-空气进气孔；具体实施方式为使本公开的目的、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，对本公开进一步详细说明，本公开提供了一种预混燃烧器。该燃烧器适用于以体积分数为60％H2-40％CH4的合成气等富氢燃料。在本公开的实施例中，图1为根据本公开实施例预混燃烧器的结构示意图；如图1所示，本实施例所述预混燃烧器包括：燃料室10；燃料进口20；空气室30；空气进口40；以及单元喷嘴50。其中，所述燃料室10，设置于预混燃烧器内的一侧；所述燃料进口20设置于燃料室10的一侧，与燃料室10相连通，其向燃烧器内输入燃料；所述空气室30，设置于预混燃烧器内的另一侧；所述空气进口40，设置于所述空气室30的一侧，其向空气室30内输入空气。以及M个相对独立的单元喷嘴(50)，一端设置于燃料室，另一端设置于空气室，其将燃料和空气混合并喷出，其中，M≥1。所述单元喷嘴50的通道内径为5～12mm，长为15～120mm，该单元喷嘴50包括：顶盖51，设置于单元喷嘴50处于燃料室10内的一侧；燃料进气孔52，环所述顶盖51壁面设置，其将燃料室10中的燃料通过该燃料进气孔52输入单元喷嘴50内部。空气进气孔53，环单元喷嘴50处于空气室30内的主体壁面设置，其将空气通过该孔输入单元喷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预混燃烧器，其特征在于，包括：燃料室(10)，设置于预混燃烧器内的一侧；燃料进口(20)，设置于燃料室(10)的一侧，与燃料室(10)相连通，其向燃烧器内输入燃料；空气室(30)，设置于预混燃烧器内的另一侧；空气进口(40)，设置于所述空气室(30)的一侧，向空气室(30)内输入空气；以及M个相对独立的单元喷嘴(50)，一端设置于燃料室，另一端设置于空气室，其将燃料和空气混合并喷出，其中，M≥1。

【技术特征摘要】
1.一种预混燃烧器，其特征在于，包括：燃料室(10)，设置于预混燃烧器内的一侧；燃料进口(20)，设置于燃料室(10)的一侧，与燃料室(10)相连通，其向燃烧器内输入燃料；空气室(30)，设置于预混燃烧器内的另一侧；空气进口(40)，设置于所述空气室(30)的一侧，向空气室(30)内输入空气；以及M个相对独立的单元喷嘴(50)，一端设置于燃料室，另一端设置于空气室，其将燃料和空气混合并喷出，其中，M≥1。2.根据权利要求1所述的预混燃烧器，其特征在于，所述单元喷嘴(50)包括：顶盖(51)，设置于单元喷嘴(50)处于燃料室(10)内的一侧；燃料进气孔(52)，环所述顶盖(51)壁面设置，将燃料室(10)中的燃料通过该燃料进气孔(52)输入单元喷嘴(50)内部；以及空气进气孔(53)，环单元喷嘴(50)处于空气室(30)内的主体壁面设置，将空气通过该孔输入单元喷嘴(50)的内部。3.根据权利要求2所述的预混燃烧器，其特征在于，所述空气进气孔(53)的孔宽0.5～6mm，长2.5～36mm，形状为长条状孔，设置数量为2～8个，采用直喷进气方式或旋流进气方式设置。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵卫卫，刘勋伟，张哲巅，俞镔，肖云汉，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：新型
国别省市：北京,11