一种基于对冲扩散火焰的氢燃料高效稳定低排放燃烧室制造技术

本发明专利技术的目的在于提供一种基于对冲扩散火焰的氢燃料高效稳定低排放燃烧室，包括机匣、火焰筒，机匣包括外机匣、内机匣，火焰筒包括火焰筒外壁、火焰筒内壁，火焰筒外壁位于外机匣里，内机匣位于火焰筒内壁里，内机匣内部设置轴套，火焰筒里设置头部结构、第一级燃料导管、第二级燃料导管，第一级燃料导管、第二级燃料导管分别连通头部结构里不同的燃料环腔。本发明专利技术通过采用多级燃料环腔供气结构设计，极大提高了氢燃料进入燃烧室头部的均匀性，且对冲扩散火焰头部结构燃烧稳定，燃气在火焰筒内的停留时间短，降低了燃烧过程中NOx污染物的排放，使燃料能够更加清洁高效燃烧。具有结构紧凑、空间利用率高、污染物排放低、通用性好等优点。优点。优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于对冲扩散火焰的氢燃料高效稳定低排放燃烧室


[0001]本专利技术涉及的是一种燃烧室，具体地说是燃气轮机燃烧室。

技术介绍

[0002]目前，为了促进可持续发展，尽快达到全球温室气体排放的峰值，力争在本世纪中叶实现碳中和，氢作为一种清洁可持续的能源载体，被人们视为实现碳中和的强大动力。而有着零碳排放、灵活可控的氢燃气轮机将成为碳达峰和碳中和时期的重要主力，但由于氢气本身性质(较高的火焰传播速度、较高的绝热火焰温度)，容易导致氢燃机燃烧时发生回火以及高Nox排放的问题，给氢燃机发展和广泛应用带来阻碍。
[0003]目前，因为氢气的火焰传播速度比天然气高得多，所以使用天然气低排放燃烧室来燃烧纯氢气会发生回火现象，使头部结构受损，严重影响燃烧室使用。故燃烧氢气一般采用多点阵列的喷嘴结构，其特点是喷嘴较小，流速较高，可以防止回火现象的发生。
[0004]对冲火焰燃烧是燃料气体和氧化剂气体两股射流相向布置所形成的燃烧方式，两股气体相撞时会形成一个滞止面，将燃烧区内的气体点燃，其燃烧化学反应主要发生在燃料与氧化剂之间的薄层反应区内，其火焰锋面可以近似认为是一驻定的薄层，具有化学反应迅速的特点，在贫燃状态下其燃烧温度较低，同时可以迅速的在驻定的薄层内将混合物燃烧干净，燃料在火焰筒内的停留时间较短，可以降低NOx的生成量。
[0005]综上所述，为了改善氢燃气轮机的NOx污染物排放及容易回火问题，就要通过对氢微燃燃烧室头部结构进行合理设计。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供能强化燃料与氧化剂的对冲滞止效应，可以有效地消除火焰边缘的散热损失和燃烧过程中未燃气体压力、温度的变化，营造出一种类绝热、稳流状态的一种基于对冲扩散火焰的氢燃料高效稳定低排放燃烧室。
[0007]本专利技术的目的是这样实现的：
[0008]本专利技术一种基于对冲扩散火焰的氢燃料高效稳定低排放燃烧室，其特征是：包括机匣、火焰筒，机匣包括外机匣、内机匣，火焰筒包括火焰筒外壁、火焰筒内壁，火焰筒外壁位于外机匣里，内机匣位于火焰筒内壁里，内机匣内部设置轴套，轴套的两侧分别为压气机侧轴套支撑结构和涡轮侧轴套支撑结构，外机匣和内机匣形成机匣入口，火焰筒外壁和火焰筒内壁形成火焰筒入口，机匣入口与火焰筒入口相通，火焰筒里设置头部结构、第一级燃料导管、第二级燃料导管，第一级燃料导管、第二级燃料导管分别连通头部结构里不同的燃料环腔。
[0009]本专利技术还可以包括：
[0010]1、所述头部结构由内向外包括第一级燃料环腔、第一级空气环腔、第二级燃料环腔、第二级空气环腔，第一级燃料环腔与第一级空气环腔之间为第一级火焰槽，第一级空气环腔与第二级燃料环腔之间为第二级火焰槽，第二级燃料环腔与第二级空气环腔之间为第
三级火焰槽，第一级燃料导管连通第一级燃料环腔，第二级燃料导管连通第二级燃料环腔。
[0011]2、第一级燃料环腔开设与第一级火焰槽相通的燃料孔，第一级空气环腔开设与第一级火焰槽、第二级火焰槽相通的空气孔，第二级燃料环腔开设与第二级火焰槽、第三级火焰槽相通的燃料孔，第二级空气环腔开设与第三级火焰槽相通的空气孔。
[0012]3、还包括冷却空气管道，冷却空气管道分别连通第一级燃料环腔、第一级空气环腔、第二级燃料环腔、第二级空气环腔。
[0013]4、第一级燃料环腔的燃料孔为30
°
斜向燃料孔，第二级燃料环腔上表面燃料孔为45
°
斜向燃料孔，第二级燃料环腔下表面燃料孔为60
°
斜向燃料孔，第一级空气环腔、第二级空气环腔的空气孔与其对应的燃料孔的斜度保持一致。
[0014]5、第一级燃料环腔、第一级空气环腔、第二级燃料环腔、第二级空气环腔均开设与冷却空气管道相对应的头部冷却环腔，每个头部冷却环腔与其对应的冷却空气管道相通，头部冷却环腔的壁面开设冷却孔。
[0015]本专利技术的优势在于：
[0016]本专利技术采用基于对冲火焰燃烧的头部结构，利用对冲扩散火焰的燃烧特性，燃料与空气在对冲滞止区内快速燃烧，燃料在火焰筒内停留的时间极短，极大地降低了NOx污染物的排放，且对冲火焰面稳流的特性使得燃烧更加稳定。
[0017]采用多级燃料导管输送燃料，提高进入头部燃料的均匀性，且布置多级入口接多级环腔，保证燃料分布的均匀性；且燃料管道设计合理有序，提高了火焰筒的结构紧凑性，减少了燃气在火焰筒内的停留时间，降低了NOx污染物的排放。
[0018]在燃料环腔和空气环腔燃烧侧外部布置了冷却空气管道及冷却空气腔，使得冷却空气得以保护燃料环腔和空气环腔，更好的保护了头部结构。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的结构示意图；
[0020]图2为轴套及压气机侧轴套支撑结构和涡轮侧轴套支撑结构示意图；
[0021]图3为机匣示意图；
[0022]图4为火焰筒示意图；
[0023]图5为燃料导管结构示意图；
[0024]图6为燃料导管结构的纵剖示意图；
[0025]图7为头部结构前视图；
[0026]图8为头部结构后视图；
[0027]图9为头部结构的纵剖示意图；
[0028]图10为头部结构的纵剖部分结构局部放大图；
[0029]图11为头部结构的斜剖示意图；
[0030]图12为头部结构的斜剖部分结构局部放大图。
具体实施方式
[0031]下面结合附图举例对本专利技术做更详细地描述：
[0032]结合图1
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12，本专利技术一种基于对冲扩散火焰的氢燃料高效稳定低排放燃烧室，包
括轴套1、压气机侧轴套支撑结构2、机匣3、燃料导管4、基于对冲火焰的燃烧头部5、火焰筒6、涡轮侧轴套支撑结构7、压气机侧盲孔2
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1、内机匣3
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1、机匣入口3
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2、外机匣3
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3、燃料导管孔3
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4、燃料环管凹槽3
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5、第一级燃料导管接口4
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1、第二级燃料导管接口4
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2、第一级燃料导管4
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3、第一级燃料环管4
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4、第一级主燃料进口4
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5、第二级主燃料进口4
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6、第二级燃料环管4
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7、第二级燃料导管4
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8、第二级空气环腔5
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1、第三级火焰槽5
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2、第二级燃料环腔5
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3、第二级火焰槽5
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4、第一级空气环腔5
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5、第一级火焰槽5
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6、第一级燃料环腔5
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7、冷却孔5
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8、燃料环腔接口5
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9、冷却空气管道5
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10、燃料孔5
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11、空气孔5
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于对冲扩散火焰的氢燃料高效稳定低排放燃烧室，其特征是：包括机匣、火焰筒，机匣包括外机匣、内机匣，火焰筒包括火焰筒外壁、火焰筒内壁，火焰筒外壁位于外机匣里，内机匣位于火焰筒内壁里，内机匣内部设置轴套，轴套的两侧分别为压气机侧轴套支撑结构和涡轮侧轴套支撑结构，外机匣和内机匣形成机匣入口，火焰筒外壁和火焰筒内壁形成火焰筒入口，机匣入口与火焰筒入口相通，火焰筒里设置头部结构、第一级燃料导管、第二级燃料导管，第一级燃料导管、第二级燃料导管分别连通头部结构里不同的燃料环腔。2.根据权利要求1所述的一种基于对冲扩散火焰的氢燃料高效稳定低排放燃烧室，其特征是：所述头部结构由内向外包括第一级燃料环腔、第一级空气环腔、第二级燃料环腔、第二级空气环腔，第一级燃料环腔与第一级空气环腔之间为第一级火焰槽，第一级空气环腔与第二级燃料环腔之间为第二级火焰槽，第二级燃料环腔与第二级空气环腔之间为第三级火焰槽，第一级燃料导管连通第一级燃料环腔，第二级燃料导管连通第二级燃料环腔。3.根据权利要求2所述的一种基于对冲扩散火焰的氢燃料高效稳定低排放燃烧室，其特征是：第一级燃料环腔开设与第一级火焰槽相通的燃料孔，第...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘潇，杨文涛，曹子睿，王明哲，郑俊辉，吕光普，张志浩，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：