一种燃烧室及燃气轮机制造技术

本发明专利技术涉及动力设备技术领域，公开一种燃烧室及燃气轮机，其中的燃烧室包括：机匣；设置于机匣内的火焰筒，自火焰筒的头部至尾部的方向依次间隔设有主燃孔组和掺混孔组；设置于火焰筒的进气口的旋流器和燃料喷嘴；燃料喷嘴、旋流器、主燃孔组和掺混孔组的有效开口面积之比满足：使主燃区内的当量比大于1，且补燃区内的当量比小于1。上述燃烧室，主燃区内当量比大于1，氧气少，不利于氮氧化物生成，补燃区氧气富裕，在非高温状态下将燃料烧尽，不易产生氮氧化物，从而，减少氮氧化物排放。

A Combustor and Gas Turbine

【技术实现步骤摘要】
一种燃烧室及燃气轮机
本专利技术涉及动力设备
，特别涉及一种燃烧室及燃气轮机。
技术介绍
燃气轮机可以通过燃烧把燃料蕴含的化学能转化为机械功输出，燃料适应范围广，具有清洁高效、结构紧凑、重量轻、维护费用低等特点，可以广泛用于分布式能源系统以提供电力、热量和蒸汽等，还可以用作辅助动力，特别是在航空领域，其作为发动机有着不可替代的作用。燃烧室是燃气轮机的关键部件，对于燃烧中低热值燃料的扩散式燃烧室容易造成氮氧化物排放超标。
技术实现思路
本专利技术公开了一种燃烧室及燃气轮机，用于降低燃气轮机中氮氧化物的排放量。为达到上述目的，本专利技术提供以下技术方案：一种燃烧室，包括：机匣；设置于所述机匣内的火焰筒，自所述火焰筒的头部至尾部的方向依次间隔设有主燃孔组和掺混孔组；设置于所述火焰筒的进气口的旋流器和燃料喷嘴；所述燃料喷嘴、所述旋流器、所述主燃孔组和所述掺混孔组的有效开口面积之比满足：使主燃区内的当量比大于1，且补燃区内的当量比小于1。上述燃烧室中，旋流器的进气速度和燃料喷嘴的燃料喷入速度使得主燃区内的当量比大于1，即主燃区内燃料多余，呈富燃状态，主燃区内虽然温度较高，但是缺少氧气，不利于氮氧化物的生成，因此，在主燃区部分有效遏制了氮氧化物的生成；当主燃区内的混合气体进入补燃区内时，外界燃烧室与火焰筒之间的空气流通过主燃孔进入补燃区，旋流器的进气速度、燃料喷嘴的燃料喷入速度和主燃孔的进气速度使得补燃区内的当量比小于1，即呈贫燃状态，空气富裕，以使燃料能够充分燃烧尽再排出，避免浪费和污染空气，补燃区内虽然空气量较富裕，但是，由于燃料已经消耗殆尽，故温度较低，不利于生成氮氧化物。优选地，所述补燃区内的当量比为0.5-0.8。优选地，所述燃料喷嘴贯穿所述旋流器，且燃料喷嘴的喷射端面相对于所述旋流器内侧端面向所述火焰筒的尾部方向凸出。优选地，沿所述火焰筒的轴向，所述燃料喷嘴的喷射端面至所述旋流器的内侧端面距离大于等于5mm且小于等于20mm。优选地，所述燃料喷嘴的末端分布有多个燃料喷孔。优选地，所述燃料喷嘴的喷射端面和周向侧面均分布有所述燃料喷孔。优选地，沿所述火焰筒的轴线方向，所述主燃孔组距离所述火焰筒的头部端面的距离为0.5D-2D，其中D为所述火焰筒的外径。优选地，沿所述火焰筒的轴线方向，所述掺混孔组距离所述火焰筒的尾部端面的距离为D-2D，其中D为所述火焰筒的外径。优选地，沿所述火焰筒的轴向，自所述火焰筒的头部端面至尾部方向3D范围内的侧壁上均匀分布有多个冷却孔，其中D为所述火焰筒的外径。为了达到降低燃气轮机中氮氧化物的排放量的目的，本专利技术还提供以下技术方案：一种燃气轮机，包括上述技术方案所述的燃烧室。所述的燃气轮机与上述的燃烧室相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。附图说明图1为本专利技术燃烧室的结构示意图；图2为图1中A处局部放大图。图标：1-机匣；2-火焰筒；3-燃料喷嘴；4-燃料喷嘴；5-冷却孔；6-燃料喷嘴；7-燃料喷孔。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。实施例一如图1所示，本实施例提供的燃烧室，包括：机匣1；设置于机匣1内的火焰筒2，自火焰筒2的头部至尾部的方向依次间隔设有主燃孔组4和掺混孔组6；设置于火焰筒2的进气口的旋流器和燃料喷嘴3；燃料喷嘴3、旋流器、主燃孔组4和掺混孔组6的有效开口面积之比满足：使主燃区D内的当量比大于1，且补燃区W内的当量比小于1。本实施例提供的燃烧室中，旋流器的进气速度和燃料喷嘴3的燃料喷入速度使得主燃区D内的当量比大于1，即主燃区D内燃料多余，呈富燃状态，主燃区D内虽然温度较高，但是缺少氧气，不利于氮氧化物的生成，因此，在主燃区D部分有效遏制了氮氧化物的生成；当主燃区D内的混合气体进入补燃区W内时，外界燃烧室与火焰筒2之间的空气流通过主燃孔4进入补燃区W，旋流器的进气速度、燃料喷嘴3的燃料喷入速度和主燃孔4的进气速度使得补燃区W内的当量比小于1，即呈贫燃状态，空气富裕，以使燃料能够充分燃烧尽再排出，避免浪费和污染空气，补燃区W内虽然空气量较富裕，但是，由于燃料已经消耗殆尽，故温度较低，不利于生成氮氧化物。例如，当燃料喷嘴3为具有下列组份的生物质气时，燃料喷嘴3、旋流器、主燃孔组4和掺混孔组6的有效开口面积之比为10:16:22:50。组分COH2CH4不饱和烃体积百分比24.5％19.5％6％0.6％组分O2CO2N2LHV(MJ/Nm3)体积百分比0.5％14％34.9％7.599具体的，补燃区W内的当量比为0.5-0.8，例如，可以是0.5、0.6、0.7、0.8。优选地，燃料喷嘴贯穿旋流器，且燃料喷嘴3的喷射端面相对于旋流器内侧端面向火焰筒2的尾部方向凸出，以便于形成扩散式燃烧室结构。优选地，沿火焰筒2的轴向，燃料喷嘴3的喷射端面至旋流器的内侧端面距离大于等于5mm且小于等于20mm，例如，可以是5mm、10mm、15mm、20mm，当小于5mm时，燃料喷嘴3凸出的部分难以满足有效地开孔面积，若大于20mm，燃料喷嘴3容易被烧坏。优选地，燃料喷嘴3的末端分布有多个燃料喷孔7，多个燃料喷孔7有利于避免燃料集中喷射，进而避免主燃区D内出现局部高温，弱化氮氧化物的生成条件。具体如图2所示，燃料喷嘴3的喷射端面和周向侧面均分布有燃料喷孔7。优选地，沿火焰筒2的轴线方向，主燃孔组4距离火焰筒2的头部端面的距离为0.5D-2D，例如，可以是0.5D、0.8D、1.5D、1.8D、2D，其中D为火焰筒2的外径。优选地，沿火焰筒2的轴线方向，掺混孔组6距离火焰筒2的尾部端面的距离为D-2D，例如可以是D、1.5D、1.8D、2D,其中D为火焰筒2的外径。优选地，沿火焰筒2的轴向，自火焰筒2的头部端面至尾部方向3D范围内的侧壁上均匀分布有多个冷却孔5，其中D为火焰筒2的外径。需要说明的是，在图1中，火焰筒左侧是“头部”，右侧是“尾部”。本领域技术人员知晓的是，当量比的定义：实际的燃料与空气质量流量的比值与刚好完全反应的燃料与空气质量流量比值之比。当量比大于1，表示燃气富余，处于富燃状态；当量比小于1，表示空气富余，处于贫燃状态。实施例二本实施例提供的燃气轮机，包括实施例一提供的燃烧室。本实施例提供的燃气轮机中，其中的燃烧室，旋流器的进气速度和燃料喷嘴3的燃料喷入速度使得主燃区D内的当量比大于1，即主燃区D内燃料多余，呈富燃状态，主燃区D内虽然温度较高，但是缺少氧气，不利于氮氧化物的生成，因此，在主燃区D部分有效遏制了氮氧化物的生成；当主燃区D内的混合气体进入补燃区W内时，外界燃烧室与火焰筒2之间的空气流通过主燃孔4进入补燃区W，旋流器的进气速度、燃料喷嘴3的燃料喷入速度和主燃孔4的进气速度使得补燃区W内的当量比小于1，即呈贫燃状态，空气富裕，以使燃料能够充分燃烧尽再排出，避免浪费和污染空气，补燃区W内虽然空气量较富裕，但是，由于燃料已经消耗殆尽，故温度较低，不利于生成氮氧化物。显然，本领域的技术人员可以对本专利技术实施例进行各种改动和变型而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃烧室，其特征在于，包括：机匣；设置于所述机匣内的火焰筒，自所述火焰筒的头部至尾部的方向依次间隔设有主燃孔组和掺混孔组；设置于所述火焰筒的进气口的旋流器和燃料喷嘴；所述燃料喷嘴、所述旋流器、所述主燃孔组和所述掺混孔组的有效开口面积之比满足：使主燃区内的当量比大于1，且补燃区内的当量比小于1。

【技术特征摘要】
1.一种燃烧室，其特征在于，包括：机匣；设置于所述机匣内的火焰筒，自所述火焰筒的头部至尾部的方向依次间隔设有主燃孔组和掺混孔组；设置于所述火焰筒的进气口的旋流器和燃料喷嘴；所述燃料喷嘴、所述旋流器、所述主燃孔组和所述掺混孔组的有效开口面积之比满足：使主燃区内的当量比大于1，且补燃区内的当量比小于1。2.根据权利要求1所述的燃烧室，其特征在于，所述补燃区内的当量比为0.5-0.8。3.根据权利要求1所述的燃烧室，其特征在于，所述燃料喷嘴贯穿所述旋流器，且燃料喷嘴的喷射端面相对于所述旋流器内侧端面向所述火焰筒的尾部方向凸出。4.根据权利要求3所述的燃烧室，其特征在于，沿所述火焰筒的轴向，所述燃料喷嘴的喷射端面至所述旋流器的内侧端面距离大于等于5mm且小于等于20mm。5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新宇，李成勤，张金琦，王文奇，宋萌，董诗国，梁勇翔，
申请(专利权)人：新奥能源动力科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31