一种径向分级低排放燃烧器及燃烧室的制作方法-k8凯发

本发明涉及燃烧器，具体涉及一种径向分级低排放燃烧器及燃烧室。

背景技术：

1、目前，各国对污染物排放的要求日益严苛。燃气轮机是舰船动力、能源电力、天然气管道增压和海上油气平台动力等领域的核心装备。燃气轮机的主要燃料是碳氢燃料，产生的排放物主要为氮氧化物(nox)和碳氧化物(co、co2)等，其中nox被定义为污染物，是燃气轮机污染物排放的重要考核指标，各国制定的污染物排放标准中均明确限制了nox的排放量。此外，目前的排放标准中对更宽的运行范围作了限值要求：不仅要求燃气轮机在满负荷工况下达到nox排放限值，也对低负荷工况的污染物排放做了限制，该要求对燃烧室设计提出了更高的挑战。

2、而传统降低nox的方式主要有降低燃烧区温度和缩短热烟气在高温区的停留时间这两种。现代主流燃烧室几乎都应用了干式低排放dln燃烧技术，该技术通过提前将空气和燃料预混，增强混合过程来降低反应区的最高温度。近年来，微混燃烧技术的研究逐渐成熟，微混合燃烧技术的原理是设计多组燃料喷孔将燃烧反应区小型化，使燃烧区温度更均匀，减少高温火焰区以显著减少热力型nox的排放。

3、目前市场上的燃气轮机大多只能保证在中等以上负荷时nox排放达标，在中等以下的低负荷时排放问题仍然没法解决。因此，需要设计一种径向分级低排放燃烧器及燃烧室，应用dln燃烧技术和微混合燃烧技术，让燃烧室实现在0-100％负荷排放达标，同时提高燃烧室的燃烧稳定性。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种径向分级低排放燃烧器及燃烧室。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种径向分级低排放燃烧器，包括预混燃烧器、微混燃烧器和值班燃烧器，微混燃烧器设于预混燃烧器和值班燃烧器之间，且预混燃烧器、微混燃烧器和值班燃烧器形成不同燃烧形式的径向三级燃烧器；预混燃烧器设有预混燃料通道，微混燃烧器设有微混燃料通道，值班燃烧器设有值班燃料通道，且三路燃料单独控制。

4、基于上述技术方案，更进一步地，所述预混燃烧器包括预混旋流器叶片，预混旋流器叶片上开设有第一燃料射流孔。

5、基于上述技术方案，更进一步地，所述预混燃烧器包括内层壁和外层壁，内层壁和外层壁之间形成第一出口流道，第一出口流道外部围设有预混燃料通道；所述预混旋流器叶片设于第一出口流道内，且第一出口流道内壁设有第二燃料射流孔。主预混燃料通过预混旋流器叶片上的第一燃料射流孔以及第一出口流道内的第二燃料射流孔喷入第一出口流道进行混合，由预混燃烧器的第一出口流道进入火焰筒内，形成主预混火焰。

6、基于上述技术方案，更进一步地，所述外层壁上开设有空气掺混孔，空气掺混孔位于预混旋流器叶片的下游位置，且空气掺混孔与第一出口流道内部连通。通过设置空气掺混孔可以起到加强第一出口流道中空气与燃料的混合效果。

7、基于上述技术方案，更进一步地，所述微混燃烧器包括罩体和中心喷杆，罩体上开设有若干个间隔排布的限位孔，每个限位孔内设有一个中心喷杆，中心喷杆底部连通微混燃料通道，且中心喷杆和限位孔内壁之间形成第二出口流道，而中心喷杆和限位孔构成燃烧单元体，相邻燃烧单元体之间的间距小于每个燃烧单元体的直径。

8、基于上述技术方案，更进一步地，所述中心喷杆上设有喷杆叶片，相邻喷杆叶片之间设有第三燃料射流孔，其中，第三燃料射流孔的轴向位置在喷杆叶片长度内即可；中心喷杆端部为锥形结构，设置锥形结构是为了防止出口位置回火烧坏微混燃烧器的中心喷杆。而喷杆叶片可以设若干个，优选数量为3-6个，喷杆叶片的叶型为三角形结构，角度为30-60度，旋流数不大于0.5。

9、基于上述技术方案，更进一步地，所述内层壁和罩体之间安装有浮动密封环，值班燃烧器与微混燃烧器组成一个整体，通过浮动密封环插入外层的预混燃烧器，形成径向三层燃料分级，便于中心值班燃烧器与中间微混燃烧器的检查及更换。具体的，内层壁上设有安装槽，浮动密封环一部分结构安装在安装槽内，浮动密封环的一部分结构浮动设于内层壁和罩体之间的空隙内。

10、基于上述技术方案，更进一步地，所述值班燃烧器包括法兰和中心体，法兰上设有值班燃料通道和微混燃料通道，罩体上开设有安装孔，中心体安装于安装孔内，且中心体与安装孔内壁之间形成第三出口流道。

11、基于上述技术方案，更进一步地，所述第三出口流道内设有值班旋流器叶片，且值班旋流器叶片的下游设有第四燃料射流孔，第四燃料射流孔开设于中心体上。其中，值班旋流器叶片和第四燃料射流孔组合用于扩散燃烧。

12、一种燃烧室，包括一种径向分级低排放燃烧器，还包括火焰筒和机匣，机匣安装在火焰筒外部，空气由燃烧室入口通道进入，流经火焰筒外壁和机匣内壁之间形成的空气通道进入径向分级低排放燃烧器，通过控制不同的燃料通道将燃料送入火焰筒内。

13、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

14、(1)本发明提供了一种径向分级低排放燃烧器及燃烧室，在燃烧器头部将燃料分为三路，在不同的燃机负荷工况下，供给不同通道的燃料，在火焰筒内形成局部的稳定的火焰，拓宽污染物低排放运行区间。在低负荷时，主要由中间的微混燃烧器工作，由于热烟气温度均匀，且不会出现温度过高的火焰区，实现最终nox污染物排放不超过25ppm@15％o2的排放标准以内的效果；高负荷时，由外层的预混燃烧器工作，中心值班燃料可以完全关闭。中间微混燃烧器的燃料降低，主要用于维持外层预混燃烧器燃烧稳定，此时可将污染物nox排放降低到个位数。

15、(2)本发明的值班燃烧器与微混燃烧器组成一个整体，通过浮动密封环插入外层的预混燃烧器中心，形成径向三层燃料分级，便于中心值班燃烧器与中间微混燃烧器的检查及更换。并且，预混燃烧器、微混燃烧器和值班燃烧器布置于燃烧室头部，径向分布，值班燃烧器位于中心位置，预混燃烧器位于外层，微混燃烧器位于中间，优选将三个燃烧器出口在同一平面进行设置。而将微混燃烧器设置于预混燃烧器与值班燃烧器中间，主要用于实现燃烧室在低负荷工况nox低排放以及在高负荷工况替代值班燃烧器稳定预混燃烧火焰，带来更低的污染物nox排放。具体的，微混燃烧器的作用是在低负荷工况推负荷至30％负荷，此时微混燃烧状态，能够保证污染物排放达标。在预混燃烧器切入燃烧之后，微混燃烧器的作用主要是稳定预混燃烧器，并且能够带来更低的污染物排放。

技术特征：

1.一种径向分级低排放燃烧器，其特征在于，包括预混燃烧器、微混燃烧器和值班燃烧器，微混燃烧器设于预混燃烧器和值班燃烧器之间，且预混燃烧器、微混燃烧器和值班燃烧器径向分布并形成不同燃烧形式的径向三级燃烧器；

2.根据权利要求1所述的一种径向分级低排放燃烧器，其特征在于，所述微混燃烧器包括罩体和中心喷杆，罩体上开设有若干个间隔排布的限位孔，每个限位孔内设有一个中心喷杆，中心喷杆底部连通微混燃料通道，且中心喷杆和限位孔内壁之间形成第二出口流道，而中心喷杆和限位孔构成燃烧单元体，相邻燃烧单元体之间的间距小于每个燃烧单元体的直径。

3.根据权利要求2所述的一种径向分级低排放燃烧器，其特征在于，所述中心喷杆上设有喷杆叶片，相邻喷杆叶片之间设有第三燃料射流孔，且中心喷杆端部为锥形结构。

4.根据权利要求2所述的一种径向分级低排放燃烧器，其特征在于，所述值班燃烧器包括法兰和中心体，法兰上设有值班燃料通道和微混燃料通道，罩体上开设有安装孔，中心体安装于安装孔内，且中心体与安装孔内壁之间形成第三出口流道。

5.根据权利要求4所述的一种径向分级低排放燃烧器，其特征在于，所述第三出口流道内设有值班旋流器叶片，且值班旋流器叶片的下游设有第四燃料射流孔，第四燃料射流孔开设于中心体上。

6.根据权利要求2所述的一种径向分级低排放燃烧器，其特征在于，所述预混燃烧器包括预混旋流器叶片，预混旋流器叶片上开设有第一燃料射流孔。

7.根据权利要求6所述的一种径向分级低排放燃烧器，其特征在于，所述预混燃烧器包括内层壁和外层壁，内层壁和外层壁之间形成第一出口流道，第一出口流道外部围设有预混燃料通道；所述预混旋流器叶片设于第一出口流道内，且第一出口流道内壁设有第二燃料射流孔。

8.根据权利要求7所述的一种径向分级低排放燃烧器，其特征在于，所述外层壁上开设有空气掺混孔，空气掺混孔位于预混旋流器叶片的下游位置，且空气掺混孔与第一出口流道内部连通。

9.根据权利要求7所述的一种径向分级低排放燃烧器，其特征在于，所述内层壁和罩体之间安装有浮动密封环，值班燃烧器与微混燃烧器组成一个整体，通过浮动密封环插入外层的预混燃烧器，形成径向三层燃料分级。

10.一种燃烧室，包括权利要求1-9任一项所述的一种径向分级低排放燃烧器，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种径向分级低排放燃烧器及燃烧室，涉及燃烧器技术领域，燃烧器包括预混燃烧器、微混燃烧器和值班燃烧器，微混燃烧器设于预混燃烧器和值班燃烧器之间，且形成不同燃烧形式的径向三级燃烧器；预混燃烧器设有预混燃料通道，微混燃烧器设有微混燃料通道，值班燃烧器设有值班燃料通道，且三路燃料单独控制。燃烧室包括径向分级低排放燃烧器、火焰筒和机匣。本发明提供了一种径向分级低排放燃烧器及燃烧室，在燃烧器头部将燃料分为三路，在不同的燃机负荷工况下，供给不同通道的燃料，在火焰筒内形成局部的稳定的火焰，拓宽污染物低排放运行区间。

技术研发人员：臧鹏,彭志胜,傅燕妮,贾玉良,徐睿,张宇明,邹朋津,隋永枫
受保护的技术使用者：浙江燃创透平机械有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8