一种燃料喷嘴旋流数自适应调整的燃烧系统技术方案

本发明专利技术公开了一种燃料喷嘴旋流数自适应调整的燃烧系统，包括燃料喷嘴外壁、预混燃料外壁、值班空气外壁、值班燃料外壁、吹扫空气外壁、预混旋流叶片、值班旋流叶片、环形预混燃料隔板和环形值班燃料隔板；其中，燃料喷嘴外壁、预混燃料外壁、值班空气外壁、值班燃料外壁和吹扫空气外壁均为同心圆形截面薄壁结构。本发明专利技术结合强旋流和弱旋流燃料喷嘴各自的优点，旋流燃料喷嘴的旋流数可根据燃气轮机的负荷大小自适应调整，在低负荷时调大燃料喷嘴的旋流数，增强燃烧稳定性，而在高负荷时则调小燃料喷嘴的旋流数，降低NOx排放。降低NOx排放。降低NOx排放。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料喷嘴旋流数自适应调整的燃烧系统


[0001]本专利技术涉及一种干式低氮分级燃烧系统，尤其涉及一种燃料喷嘴旋流数自适应调整的干式低氮分级燃烧系统。

技术介绍

[0002]旋流燃料喷嘴可在下游产生旋进射流，在增强空气和燃料混合的同时，也可形成稳定的高温烟气回流区，起到稳定火焰的作用；另因旋流燃料喷嘴可实现预混燃烧，可调整火焰面当量比接近贫燃熄火极限，大幅度降低火焰面温度，进而有效控制热力型NOx污染物生成。
[0003]一般用旋流数来衡量旋流燃料喷嘴下游旋进射流的强度，旋流数的定义是指气流旋转动量通量与轴向动量通量的比值。根据旋流数的大小可将旋流燃料喷嘴分为强旋流燃料喷嘴和弱旋流燃料喷嘴。气流经强旋流燃料喷嘴后可在下游形成稳定的回流区，而经弱旋流燃料喷嘴，由于气流的旋转动量通量较小，不能在喷嘴下游形成稳定的回流区，旋转射流仅能降低中心气流的速度，形成一个中心发散的低速流场区域，使火焰稳定在当地湍流火焰传播速度等于当地气流速度的位置。相对于强旋流燃料喷嘴，由于弱旋流燃料喷嘴下游不存在高温烟气回流区，可减小烟气在燃烧室高温区的停留时间，在NOx排放性能方面更具有优势，但低负荷时弱旋流燃料喷嘴的点火稳定性交差。
[0004]弱旋流燃烧是一种兴起于上世纪90年代、新颖的贫预混燃烧技术，尚未在重型燃气轮机上得到应用，主要是由于弱旋流燃料喷嘴在燃气轮机低负荷时燃烧稳定性较差。目前在役重型燃气轮机仍普遍采用回流区稳焰的强旋流燃料喷嘴，通过对燃料进行轴向或径向分级，值班燃料采用扩散或预混燃烧、主燃料采用预混燃烧的方式控制NOx排放。但由于强旋流燃料喷嘴下游存在高温烟气回流区，这会延长部分高温烟气在燃烧室内的停留时间，增加热力型NOx的生成，进而抵消预混燃烧降低NOx排放的优势。

技术实现思路

[0005]为了进一步降低重型燃气轮机NOx排放，解决弱旋流燃料喷嘴在燃气轮机低负荷时易发生燃烧不稳定的问题，本专利技术提出了一种燃料喷嘴旋流数自适应调整的燃烧系统。本专利技术结合强旋流和弱旋流燃料喷嘴各自的优点，旋流燃料喷嘴的旋流数可根据燃气轮机的负荷大小自适应调整，在低负荷时调大燃料喷嘴的旋流数，增强燃烧稳定性，而在高负荷时则调小燃料喷嘴的旋流数，降低NOx排放。旋流燃料喷嘴旋流数自适应调整的原理是：燃气轮机负荷变化时，旋流叶片所受到的气动力会跟随变化，在低负荷时气动力较小，在高负荷时气动力较大，本专利技术将旋流叶片设计成弹簧活性铰支连接结构，则旋流叶片的角度可跟随气动力大小而变化，进而改变气流经旋流叶片后旋转动量通量与轴向动量通量的比值，达到自适应调整旋流数的目的。
[0006]本专利技术采用如下技术方案来实现的：
[0007]一种燃料喷嘴旋流数自适应调整的燃烧系统，包括燃料喷嘴外壁、预混燃料外壁、
值班空气外壁、值班燃料外壁、吹扫空气外壁、预混旋流叶片、值班旋流叶片、环形预混燃料隔板和环形值班燃料隔板；其中，燃料喷嘴外壁、预混燃料外壁、值班空气外壁、值班燃料外壁和吹扫空气外壁均为同心圆形截面薄壁结构；
[0008]预混旋流叶片位于燃料喷嘴外壁和预混燃料外壁构成的环形通道内，用于将燃料喷嘴外壁和预混燃料外壁所构成的环形通道分隔成上游的主燃空气流道和下游的主燃料预混腔；
[0009]值班旋流叶片位于值班空气外壁和值班燃料外壁构成的环形通道内，用于将值班空气外壁和值班燃料外壁所构成的环形通道分隔成上游的值班空气流道和下游的值班燃料预混腔；
[0010]环形预混燃料隔板位于预混燃料外壁和值班空气外壁之间，用于将预混燃料外壁和值班空气外壁所构成的环形通道分隔成上游预混燃料流道和下游预混燃烧冷却空气流道；
[0011]环形值班燃料隔板位于值班燃料外壁和吹扫空气外壁之间，用于将值班燃料外壁和吹扫空气外壁所构成的环形通道分隔成上游值班燃料流道和下游值班燃烧冷却空气流道；
[0012]吹扫空气外壁位于燃料喷嘴中心，吹扫空气外壁内部为吹扫空气流道。
[0013]本专利技术进一步的改进在于，预混旋流叶片由叶片直段、旋流叶片和旋转扭簧构成，叶片直段为中空结构，旋流叶片和叶片直段之间通过旋转扭簧连接。
[0014]本专利技术进一步的改进在于，叶片直段前缘开设有预混燃料喷射孔。
[0015]本专利技术进一步的改进在于，叶片直段后部开设有预混燃烧冷却空气孔。
[0016]本专利技术进一步的改进在于，根据旋流叶片所受气动力的变化情况，旋流叶片能够自由转动，自适应改变燃料喷嘴的旋流数。
[0017]本专利技术进一步的改进在于，值班旋流叶片上开设有值班燃料喷射孔和值班燃烧冷却空气孔。
[0018]本专利技术进一步的改进在于，预混燃烧冷却空气流道、值班燃烧冷却空气流道和吹扫空气流道下游断面开设有冷却空气喷射孔。
[0019]本专利技术进一步的改进在于，预混燃烧冷却空气流道、值班燃烧冷却空气流道和吹扫空气流道下游断面开设有吹扫空气喷射孔。
[0020]本专利技术至少具有如下有益的技术效果：
[0021]本专利技术提供的一种燃料喷嘴旋流数自适应调整的燃烧系统，将预混燃料喷嘴设计成叶片直段和旋流叶片两部分，旋流叶片与叶片直段间通过旋转扭簧连接。这种设计可使旋流叶片围绕扭簧中心自适应旋转，当燃气轮机负荷增加时，旋流叶片所受气动力增加，旋流叶片往叶背方向旋转，旋流叶片与叶片直段间的夹角增加，气流经旋流叶片后的旋转动量通量减小，轴向动量通量增加，因而旋流数跟随负荷自适应变小；相反，当燃气轮机负荷减小时，燃料喷嘴的旋流数会跟随负荷自适应增加。因此这种燃料喷嘴旋流数自适应调整的燃烧系统，结合了强旋流燃料喷嘴和弱旋流燃料喷嘴的优势，在燃气轮机低负荷时，燃料喷嘴的旋流数较大，具有燃气轮机点火和燃烧稳定性好的优势，在燃气轮机高负荷时，燃料喷嘴旋流数变小，可减小高温烟气在燃烧室内的停留时间，具有进一步降低NOx排放的优势。
附图说明
[0022]图1是本专利技术一种燃料喷嘴旋流数自适应调整的燃烧系统结构示意图。
[0023]图2是本专利技术一种燃料喷嘴旋流数自适应调整的燃烧系统中预混旋流叶片的结构示意图。
[0024]图3是本专利技术旋流叶片的可自适应调整的最大和最小位置示意图。
[0025]附图标记说明：
[0026]1、燃料喷嘴外壁；2、预混燃料外壁；3、值班空气外壁；4、值班燃料外壁；5、吹扫空气外壁；6、预混旋流叶片；7、值班旋流叶片；8、预混燃料喷射孔；9、预混燃烧冷却空气孔；10、值班燃料喷射孔；11、值班燃烧冷却空气孔；12、环形预混燃料隔板；13、环形值班燃料隔板；14、主燃空气流道；15、主燃料预混腔；16、预混燃料流道；17、预混燃烧冷却空气流道；18、值班燃料流道；19、值班燃烧冷却空气流道；20、值班空气流道；21、值班燃料预混腔；22、吹扫空气流道；23、预混燃烧冷却空气喷射孔；24、值班燃烧冷却空气喷射孔；25、吹扫空气喷射孔；26、叶片直段；27、扭簧；28、旋流叶片。
具体实施方式
[0027]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料喷嘴旋流数自适应调整的燃烧系统，其特征在于，包括燃料喷嘴外壁、预混燃料外壁、值班空气外壁、值班燃料外壁、吹扫空气外壁、预混旋流叶片、值班旋流叶片、环形预混燃料隔板和环形值班燃料隔板；其中，燃料喷嘴外壁、预混燃料外壁、值班空气外壁、值班燃料外壁和吹扫空气外壁均为同心圆形截面薄壁结构；预混旋流叶片位于燃料喷嘴外壁和预混燃料外壁构成的环形通道内，用于将燃料喷嘴外壁和预混燃料外壁所构成的环形通道分隔成上游的主燃空气流道和下游的主燃料预混腔；值班旋流叶片位于值班空气外壁和值班燃料外壁构成的环形通道内，用于将值班空气外壁和值班燃料外壁所构成的环形通道分隔成上游的值班空气流道和下游的值班燃料预混腔；环形预混燃料隔板位于预混燃料外壁和值班空气外壁之间，用于将预混燃料外壁和值班空气外壁所构成的环形通道分隔成上游预混燃料流道和下游预混燃烧冷却空气流道；环形值班燃料隔板位于值班燃料外壁和吹扫空气外壁之间，用于将值班燃料外壁和吹扫空气外壁所构成的环形通道分隔成上游值班燃料流道和下游值班燃烧冷却空气流道；吹扫空气外壁位于燃料喷嘴中心，吹扫空气外壁内部为吹扫空气流道。2.根据权利要求1所述的一种燃料喷嘴...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖俊峰，李晓丰，高松，王峰，王玮，王致程，夏林，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：