(10)申请公布号
(43)申请公布日 (21)申请号 201610016396.8
(22)申请日 2016.01.12
F23R 3/42(2006.01)
F23R 3/34(2006.01)
F23R 3/38(2006.01)
(71)申请人西北工业大学
地址710072 陕西省西安市碑林区友谊西路
127号
(72)发明人张 邢力 汪玉明 杨省喆
黎超超 闫东博 李逸飞
(54)发明名称
(57)摘要
其分级燃烧组织方法，值班燃烧区单独在前部采
用末端带有收敛段的小火焰筒，后部主燃烧区采
用带有火焰稳定器的大火焰筒，能避免主燃烧区
和值班燃烧区的气流、火焰干扰，使值班级形成稳
出口处翼型叶片设计，使得主旋流筒内燃料与空
气进行第二次旋流混合，同时主旋流筒的向内扩
张以及下游的火焰稳定器，使燃烧室能够很稳定
的进行柔和燃烧，提高燃烧的均匀性，极大的减少
NOx 的排放，提高燃烧效率以及防止回火的发生。(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书3页 附图1页CN 105674333 A 2016.06.15
C N 105674333
A
1.一种地面燃机燃烧室结构，其特征在于，值班燃烧区单独在前部采用末端带有收敛段的小火焰筒，后部主燃烧区采用带有火焰稳定器的大火焰筒，主旋流筒出口前装有微角度的旋流叶片，且主旋流器轴向
上位于值班旋流器下游。
2.根据权利要求1所述的一种地面燃机的燃烧室结构，其特征在于，所述燃烧室前段的小火焰筒与值班旋流筒的扩张段出口相连，与其直径相等，小火焰筒末端设计有收敛角度为15～25°的收敛段，收敛段轴向长度为40～55mm，此火焰筒轴向总长度(包括收敛段)为200～210mm。
3.根据权利要求1所述的一种地面燃机的燃烧室结构，其特征在于，所述主火焰筒的起始位置在轴向上位于小火焰筒的末端。
4.根据权利要求1所述的一种地面燃机的燃烧室结构，其特征在于，所述微角度的旋流叶片位于主旋流筒的环形通道内，其横截面为翼型，方向与气流方向平行，距离主旋流器的轴向距离为90～110mm。
5.根据权利要求1、4所述的一种地面燃机的燃烧室结构，其特征在于，所述微角度的旋流叶片横截面的翼型长度为20～22mm，宽度按为4～6mm，
6.根据权利要求1、4所述的一种地面燃机的燃烧室结构，其特征在于，所述微角度的旋流叶片数量为34～38个，周向上绕燃烧室轴心均匀分布。
7.根据权利要求1所述的一种地面燃机的燃烧室结构，其特征在于，所述火焰稳定器由横截面为槽状的环形部分和沿径向部分组成，其位于值班旋流筒收敛段出口，且与其相连接。
8.根据权利要求1所述的一种地面燃机的燃烧室结构，其特征在于，所述主旋流器位于值班旋流器的下游，且其轴向距离为155～175mm。
9.一种使用权利要求1至8任一项所述的地面燃机燃烧室结构的分级燃烧方法，其特征在于，向中心值班燃烧区喷入燃料，建立旋流稳定火焰；向外围主燃烧区喷入燃料，通过主旋流器和主旋流筒出口处的微角度旋流叶片预混合，同时燃料-空气混合物被中心小火焰筒内火焰所传递的热量加热。值班燃烧区燃烧完全后的高温气流再点燃主旋流筒出来的预混燃料，同时通过槽状稳焰器建立了稳定的火焰。
权 利 要 求 书1/1页CN 105674333 A
地面燃机燃烧室结构及其分级燃烧组织方法
技术领域
[0001]本发明涉及燃气轮机领域，具体而言，涉及一种地面燃机燃烧室结构及其分级燃烧组织方法
背景技术
[0002]对于工业重型燃气轮机而言，数十年间发展目标始终为更高的燃烧室出口平均温度(标定燃气轮机技术等级)以及更低污染物排放；上述技术指标与燃烧室紧密相关且自身互相矛盾，更高的燃烧室出口平
均温度意味着更多燃料参与燃烧过程，燃烧室内平均温度更高，而作为燃烧室主要污染物的氮氧化物与燃烧室内部热力过程密切相关。燃气轮机燃烧室的基本功能为在有限空间内高强度的通过组织燃料与空气流动并发生化学反应，将燃料中化学能转化为燃气中热能从而推动透平做功。其核心为湍流混合过程与化学反应动力过程的交互作用。
[0003]干式低NOx(dry low NOx，DLN)燃烧技术是根据热力型NOx的Zeldovich生成原理，将燃烧室主燃烧区温度约束在1 670～1 900K的狭窄范围内以减少NOx排放，因此必须采用预混燃烧方式，通过调节主燃烧区的燃料/空气当量比来控制火焰温度。但仅控制平均当量比还不能满足要求，所有DLN燃烧室都要求燃料/空气均匀预混干式低NOx(dry low NOx，DLN)燃烧技术的关键是在控制燃烧室主燃区总燃料/空气当量比的前提下，实现燃料空气的均匀预混，国际上先进DLN燃烧室的研发都在预混均匀性问题上花费了很大精力。[0004]现有的大多重型地面燃机的DLN燃烧室，为了加强混合度以及防止回火，主旋流筒尾部设计了收敛段，以便加速未燃气流，但是此设计会使得燃料混合不充分；同时主旋流筒流出的较高速度预混气流会对值班旋流筒下游造成冲击，破坏值班燃烧区的稳定燃烧，同时由于值班级、主燃级的相互冲击，也会影响主燃烧区的自身的当量比，造成局部的燃烧条件变差，污染排放增加。
发明内容
[0005]本发明要解决的技术问题是提供一种地面燃机燃烧室结构及其分级燃烧方法，该结构使得值班燃
烧区与主燃烧区在径向和轴向上分开组织燃烧，提高了燃烧室燃烧的稳定性，有效控制了主燃烧区和值班燃烧区的当量比，提高预混燃料的预混度，降低了NOx的排放。
[0006]本发明通过如下技术手段解决上述技术问题：值班燃烧区单独在前部采用末端带有收敛段的小火焰筒，后部主燃烧区采用带有火焰稳定器的大火焰筒，小火焰筒后部采用收敛段，主旋流筒出口前装有开口垂直于轴线的月牙状的旋流叶片。
[0007]所述主旋流器位于值班旋流器的下游，且其轴向距离为155～175mm。
[0008]其中，所述燃烧室前段的小火焰筒与值班旋流筒的扩张段出口相连，与其直径相等，小火焰筒末端设计有收敛角度为15～25°的收敛段，收敛段轴向长度为40～55mm，此小火焰筒轴向总长度(包括收敛段)为200～210mm。
[0009]其中，所述主火焰筒的起始位置与主旋流筒出口端相连，在轴向上位于小火焰筒的末端。
[0010]其中，所述主旋流筒出口处的旋流叶片位于主旋流筒的环形通道内，其横截面为月牙状，方向与气流方向平行，距离主旋流器的轴向距离为90～110mm；旋流叶片横截面的翼型长度为20～22mm，宽度按为4～6mm；旋流叶片数量为34～38个，周向上绕燃烧室轴心均匀分布。
[0011]其中，所述火焰稳定器由横截面为槽状的环形部分和沿径向部分组成，其位于值班旋流筒收敛段
末端下游，且与其相连接。
[0012]本发明还提供一种使用上述所述的地面燃机燃烧室结构的分级燃烧组织方法，其特征在于，向中心值班燃烧区喷入燃料，在头部建立旋流稳定火焰；向外围主燃烧区喷入燃料，通过主旋流器和主旋流筒出口处的月牙状旋流叶片预混合，同时燃料-空气混合物被中心小火焰筒内火焰所传递的热量加热。值班燃烧区燃烧完全后的高温气流再点燃主旋流筒出来的预混燃料，同时通过槽状稳焰器建立了稳定的火焰。
[0013]采用本发明可以取得以下有益效果：
[0014]1)本发明所提供的一种地面燃机燃烧室结构及其分级燃烧组织方法，会使得值班燃烧区与主燃烧区在径向和轴向上分开组织燃烧，提高了燃烧室燃烧的稳定性，有效控制了主燃烧区和值班燃烧区的当量比，相对于现有的主燃烧区在外围、值班燃烧区在中心同时燃烧的模式，避免了主燃烧区和值班燃烧区的气流、火焰干扰，值班级能形成稳定的点火源，提高了燃烧室燃烧的稳定性。
[0015]2)主旋流筒出口处翼型叶片设计，使得主旋流筒内燃料与空气进行第二次旋流混合，同时主旋流筒的向内扩张以及下游的火焰稳定器，使燃烧室能够很稳定的进行柔和燃烧，提高了燃烧的均匀性，极大的减少了NOx的排放，提高了燃烧效率以及防止了回火的发生。
附图说明
[0016]图1：本发明的三维斜剖视图
具体实施方式
[0017]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述：
[0018]如图1所示，本实施例的基于分级燃烧组织方法的地面燃机燃烧室结构，值班燃烧区在前部采小火焰筒4，单独进行扩散燃烧。值班燃烧区燃烧充分的高温气体经过收敛段6提高速度，降低高温气体的停留时间。外侧主旋流筒内燃料在旋流器3上游喷出，进行预混合，并在主旋流筒出口处被月牙状旋流叶片5加强混合，预混均匀的燃料-空气混合物经过向内的收敛段6降低了速度，并且通过火焰稳定器7和8在大火焰筒9中建立了稳定的燃烧火焰，所述主火焰筒的起始位置与主旋流筒外壁相连，在轴向上位于小火焰筒的末端；且主旋流器3轴向上位于值班旋流器1下游。
[0019]如图1所述，小火焰筒4与值班旋流筒的扩张段2出口固定相连，与其直径相等，小火焰筒4末端设计有收敛角度为15～25°的收敛段6，收敛段6轴向长度为40～55mm，此火焰筒轴向总长度(包括收敛段)为200～210mm。主旋流器3位于值班旋流器1的下游，且其轴向
距离为155～175mm。
[0020]其中，主旋流筒出口处的旋流叶片5位于主旋流筒的环形通道内，其横截面为月牙状，月牙开口方
向与轴线垂直，距离主旋流器3的轴向距离为90～110mm；旋流叶片5横截面的翼型长度为20～22mm，宽度按为4～6mm；旋流叶片5数量为34～38个，周向上绕燃烧室轴心均匀分布，月牙开口方向都一致。
[0021]火焰稳定器由横截面为槽状的环形部分7和沿径向部分8组成，其位于值班旋流筒收敛段6末端下游，且与其相连接。槽状的开口方向朝向下游。
[0022]本发明还提供一种使用上述所述的地面燃机燃烧室结构的分级燃烧组织方法，其特征在于，向中心值班燃烧区喷入燃料，在头部建立旋流稳定火焰；向外围主燃烧区喷入燃料，通过主旋流器3和主旋流筒出口处的月牙状旋流叶片5预混合，同时燃料-空气混合物被中心小火焰筒4内火焰所传递的热量加热。值班燃烧区燃烧完全后的高温气流再点燃主旋流筒出来的预混燃料，同时通过槽状稳焰器7和8建立了稳定的火焰。
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