强弱旋流匹配的贫预混环形多喷嘴燃烧器及燃气轮机制造技术

本发明专利技术提供了一种强弱旋流匹配的贫预混环形多喷嘴燃烧器及燃气轮机，包括：轴向旋流喷嘴、燃料预混器以及预混套筒；所述预混套筒内侧安装所述燃料预混器，所述预混套筒和所述燃料预混器一端安装在燃烧室头部端板上，所述燃料预混器和所述预混套筒之间安装所述轴向旋流喷嘴；所述燃烧室头部端板上安装多个所述轴向旋流喷嘴，相邻所述轴向旋流喷嘴的旋流数不同，相间所述轴向旋流喷嘴的旋流数相同。本发明专利技术通过采用强旋流喷嘴和弱旋流喷嘴相间布置，使得喷嘴之间的干涉更加平衡，流动和燃烧状态稳定，从而可以有效地解决部分喷嘴出现扰动时，对整个多喷嘴燃烧器的影响，增强了多喷嘴燃烧器的稳定性。嘴燃烧器的稳定性。嘴燃烧器的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
强弱旋流匹配的贫预混环形多喷嘴燃烧器及燃气轮机


[0001]本专利技术涉及燃气轮机燃烧室上的多喷嘴燃烧器结构领域，具体地，涉及强弱旋流匹配的贫预混环形多喷嘴燃烧器及燃气轮机。

技术介绍

[0002]由于多喷嘴燃烧器热负荷高，负荷调节比大，现阶段燃气轮机常采用多个相同旋流数喷嘴布置方式。但由于喷嘴之间的流动以及火焰之间的复杂干涉作用，目前多喷嘴贫预混燃烧器的设计与运行所面临的困难之一就是燃烧稳定性差，其表现就是高幅值的压力脉动，会对燃烧室结构造成损坏。故可以从多个相同旋流数喷嘴之间流动干涉的角度出发解决燃烧稳定性差的问题。
[0003]目前，现有技术中(申请号为CN201510117660.2的中国专利，公开了一种燃气轮机低旋流多喷嘴燃烧器结构)，这种中心喷嘴与四周喷嘴旋流方向不同的多喷嘴布置方法，其虽然能够抑制燃烧不稳定性、降低排放，但是在实际应用过程中，由于不同负荷条件下流动和燃烧状态差别较大，现有技术通过调节单个喷嘴的旋向，不足以满足整个运行工况范围的技术要求。
[0004]专利文献CN104728866B公开了一种适用于燃气轮机低污染燃烧室的五喷嘴燃烧器结构，该燃烧器采用五个低旋流喷嘴组成，四周喷嘴沿中心喷嘴等距、周向均匀布置，且四周喷嘴的旋流方向相同。中心喷嘴旋流方向与四周喷嘴旋流方向相同或相反。该申请旨在采用气体燃料与空气贫预混燃烧，减少火焰的停留时间，降低火焰温度，达到低排放的目的，未能解决多个相同旋流数喷嘴之间流动干涉的问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种强弱旋流匹配的贫预混环形多喷嘴燃烧器及燃气轮机。
[0006]根据本专利技术提供的一种强弱旋流匹配的贫预混环形多喷嘴燃烧器，包括：轴向旋流喷嘴、燃料预混器以及预混套筒；
[0007]所述预混套筒内侧安装所述燃料预混器，所述预混套筒和所述燃料预混器一端安装在燃烧室的燃烧室头部端板上，所述燃料预混器和所述预混套筒之间安装所述轴向旋流喷嘴；
[0008]所述燃烧室头部端板上安装多个所述轴向旋流喷嘴，相邻所述轴向旋流喷嘴的旋流数不同，相间所述轴向旋流喷嘴的旋流数相同。
[0009]优选地，所述轴向旋流喷嘴包括：轴向旋流喷嘴外壁、轴向旋流喷嘴内壁以及轴向旋流叶片；
[0010]所述轴向旋流喷嘴外壁内侧设置所述轴向旋流喷嘴内壁，所述轴向旋流喷嘴内壁和所述轴向旋流喷嘴外壁之间安装多个所述轴向旋流叶片；
[0011]所述轴向旋流喷嘴内壁和所述轴向旋流喷嘴外壁之间的环形空间通过所述轴向
旋流叶片分割为多个轴向环形旋流流道。
[0012]优选地，相邻的三个所述轴向旋流喷嘴包括：第一喷嘴、第二喷嘴以及第三喷嘴；
[0013]所述第一喷嘴和所述第三喷嘴位于所述第二喷嘴的两侧，所述第二喷嘴的旋流数不等于所述第一喷嘴和所述第三喷嘴的旋流数，所述第一喷嘴和所述第三喷嘴的旋流数相同。
[0014]优选地，所述燃料预混器背向所述燃烧室头部端板一端设置燃料预混器入口，所述燃料预混器入口连接燃料源，所述燃料预混器侧壁上设置多排燃料射流孔，所述燃料射流孔连通所述燃料预混器内部空间和所述燃料预混器外部与所述预混套筒之间的空间。
[0015]优选地，所述预混套筒背向所述燃烧室头部端板一端和所述燃料预混器之间位置设置预混套筒入口，空气从所述预混套筒入口进入所述预混套筒和所述燃料预混器之间的空间。
[0016]优选地，所述燃料预混器和所述预混套筒一侧连接燃烧室头部端板，所述燃料预混器和所述预混套筒安装在所述燃烧室头部端板上。
[0017]优选地，多个所述轴向旋流喷嘴旋向相同。
[0018]优选地，所述第二喷嘴和所述第一喷嘴或所述第三喷嘴之间间距L1为1.75d
‑
2.25d；
[0019]所述燃烧室侧面由燃烧室短侧壁和燃烧室长侧壁合围形成，所述第一喷嘴、所述第二喷嘴以及所述第三喷嘴轴心所围成的圆与所述燃烧室内侧壁和燃烧室外侧壁同心；
[0020]所述第一喷嘴、所述第二喷嘴以及所述第三喷嘴轴心距所述燃烧室长侧壁距离L5与所述第一喷嘴和所述第三喷嘴轴心距所述燃烧室短侧壁距离L2相等，为1d
‑
1.5d；
[0021]d为所述轴向旋流喷嘴内壁和所述轴向旋流喷嘴外壁之间环形空间的外径。
[0022]优选地，相邻两排所述燃料射流孔之间的距离L3为0.2d
‑
0.3d；
[0023]所述预混套筒背向所述燃烧室头部端板一端和最近一排所述燃料射流孔之间的距离L4为0.15d
‑
0.3d；
[0024]所述轴向旋流喷嘴背向所述燃烧室头部端板一端和最近一排所述燃料射流孔之间的距离L6为1d
‑
1.5d；
[0025]d为所述轴向旋流喷嘴内壁和所述轴向旋流喷嘴外壁之间环形空间的外径。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0027]1、本专利技术通过采用强旋流喷嘴和弱旋流喷嘴相间布置，解决了在传统多喷嘴燃烧器各喷嘴旋流数相同情况下，由于喷嘴之间的干涉处于一种弱平衡状态，喷嘴出口的射流在干涉后会左右摇摆不稳定，诱发燃烧室内流动和热释放脉动，以及在部分喷嘴上游入口出现扰动后，会导致多喷嘴燃烧器流动和燃烧出现不稳定的现象，采用强旋流喷嘴和弱旋流喷嘴相间布置的方式可以打破喷嘴之间的弱平衡状态，强旋流的喷嘴射流能够持续稳定的挤压弱旋流喷嘴射流，导致射流始终向一侧偏转，使得喷嘴之间的干涉更加平衡稳定，流动和燃烧状态稳定，从而可以有效地解决部分喷嘴出现扰动时，对整个多喷嘴燃烧器的影响，增强了多喷嘴燃烧器的稳定性。
[0028]2、通过采用强旋流喷嘴和弱旋流喷嘴相间布置方式，能够显著提高喷嘴出口射流的湍流强度和回流区的涡量强度，射流湍流强度增大能够有效促进射流与已燃高温气体之间的传热传质，回流区涡量强度增大能够强化对已燃高温烟气的卷吸，从而实现了强化流
动掺混效果、降低燃烧室一氧化碳排放的目的。
附图说明
[0029]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0030]图1为环形多喷嘴燃烧器主视半剖视图；
[0031]图2为环形多喷嘴燃烧器侧视半剖视图；
[0032]图3为预混套筒及燃料预混器剖视图；
[0033]图4为预混套筒及燃料预混器立体结构图；
[0034]图5为轴向旋流喷嘴立体结构图；
[0035]图6为旋流喷嘴间干涉原理图；
[0036]图7为强弱相间环形12个旋流喷嘴结构示意图；
[0037]图8为三个喷嘴旋流数都是0.72和第二喷嘴旋流数增大到1.02的CO排放对比；
[0038]图9为三个喷嘴旋流数都是0.72时在当量比为0.83的试验工况下的燃烧室内压力脉动幅值对比；
[0039]图10为第二喷嘴旋流数增大到1.02时在当量比为0.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种强弱旋流匹配的贫预混环形多喷嘴燃烧器，其特征在于，包括：轴向旋流喷嘴(1)、燃料预混器(2)以及预混套筒(3)；所述预混套筒(3)内侧安装所述燃料预混器(2)，所述预混套筒(3)和所述燃料预混器(2)一端安装在燃烧室(4)的燃烧室头部端板(41)上，所述燃料预混器(2)和所述预混套筒(3)之间安装所述轴向旋流喷嘴(1)；所述燃烧室头部端板(41)上安装多个所述轴向旋流喷嘴(1)，相邻所述轴向旋流喷嘴(1)的旋流数不同，相间所述轴向旋流喷嘴(1)的旋流数相同。2.根据权利要求1所述强弱旋流匹配的贫预混环形多喷嘴燃烧器，其特征在于，所述轴向旋流喷嘴(1)包括：轴向旋流喷嘴外壁(103)、轴向旋流喷嘴内壁(104)以及轴向旋流叶片(105)；所述轴向旋流喷嘴外壁(103)内侧设置所述轴向旋流喷嘴内壁(104)，所述轴向旋流喷嘴内壁(104)和所述轴向旋流喷嘴外壁(103)之间安装多个所述轴向旋流叶片(105)；所述轴向旋流喷嘴内壁(104)和所述轴向旋流喷嘴外壁(103)之间的环形空间通过所述轴向旋流叶片(105)分割为多个轴向环形旋流流道(106)。3.根据权利要求2所述强弱旋流匹配的贫预混环形多喷嘴燃烧器，其特征在于，相邻的三个所述轴向旋流喷嘴(1)包括：第一喷嘴(11)、第二喷嘴(12)以及第三喷嘴(13)；所述第一喷嘴(11)和所述第三喷嘴(13)位于所述第二喷嘴(12)的两侧，所述第二喷嘴(12)的旋流数不等于所述第一喷嘴(11)和所述第三喷嘴(13)的旋流数，所述第一喷嘴(11)和所述第三喷嘴(13)的旋流数相同。4.根据权利要求2所述强弱旋流匹配的贫预混环形多喷嘴燃烧器，其特征在于：所述燃料预混器(2)背向所述燃烧室头部端板(41)一端设置燃料预混器入口(21)，所述燃料预混器入口(21)连接燃料源，所述燃料预混器(2)侧壁上设置多排燃料射流孔(22)，所述燃料射流孔(22)连通所述燃料预混器(2)内部空间和所述燃料预混器(2)外部与所述预混套筒(3)之间的空间。5.根据权利要求1所述强弱旋流匹配的贫预混环形多喷...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛冰，金明，迟重然，仲兴华，臧树升，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：