[发明专利]一种燃气轮机燃烧室气流回流装置

说明书

技术领域

本发明涉及使用液体燃料或气体燃料工作的燃气轮机领域，特别提供了一种燃气轮机燃烧室气流回流装置。

背景技术

随着环保标准的提高，对燃气轮机的一氧化碳(CO)、氮氧化物(NO_X)等污染物的排放标准要求越来越严格。燃气轮机燃烧室是燃料与空气发生燃烧化学反应的部件，直接决定着燃气轮机一氧化碳(CO)、氮氧化物(NO_X)等污染物的排放水平。

燃烧室的工作温度很高，为了保证长寿命工作要求，燃烧室火焰筒的金属壁面温度需控制在一定范围内。控制燃烧室火焰筒壁面温度的方法主要有气膜冷却、发散冷却和对流冲击冷却等冷却方式，通过在火焰筒内侧金属壁面附近形成温度较低的冷却气膜区，实现降低壁面温度的目的。

由于火焰筒壁面内侧冷却气膜区的存在，使得燃烧过程中产生的一氧化碳以及气体燃料中所含有的一氧化碳(CO)将不可避免地扩散到冷却气膜区，由于一氧化碳的化学反应时间相对较长，并且冷却气膜区的温度较低，因此这部分一氧化碳将不再参与燃烧反应，而是直接随气流流出燃烧室，这将造成燃烧室的燃烧效率下降和一氧化碳排放指标超过环保要求。工业用燃气轮机燃烧室一氧化碳排放较高的难题，是迫切需要解决的。

发明内容

本发明的目的是为了解决工业用燃气轮机燃烧室一氧化碳排放较高的问题，提供一种燃气轮机燃烧室气流回流装置。

气流回流装置的内侧为锥形结构，燃烧室中的高温气流流过回流装置后，在锥形段后形成回流区，主气流中的高温燃气将回流到金属壁面处，使得冷却气膜区的一氧化碳能够参与燃烧反应，降低燃烧室出口的一氧化碳排放量。

为了增加回流装置后的高温气流回流量，降低一氧化碳排放量，可在回流装置上加工周向分布的开口槽。为了进一步降低一氧化碳排放量，可使用1～5个气流回流装置。

设计的新型气流回流装置结构如图1所示。燃烧室中的高温气流流过回流装置后，在导流锥壁后形成回流区，气流中的高温燃气回流到火焰筒金属壁面处，使得冷却气膜区的一氧化碳能够参与燃烧反应，保证一氧化碳的燃烧更完全，排放水平更低。

气流回流装置为环形件结构形式，与火焰筒的壁面通过焊接连接在一起，共同组成完整的火焰筒结构，图中虚线所示为与之相连接的火焰筒前、后段壁面。

气流回流装置的内侧为导流锥壁，用于在锥壁后产生回流，导流锥壁与旋转中心线的夹角α的范围为10～80°，具体的夹角需根据火焰筒结构尺寸、一氧化碳排放指标等确定。

为了使更多的热气流进入导流锥壁后的回流区，导流锥壁上可以加工开口槽，开口槽的数量和大小根据燃烧室喷嘴数量、结构形式确定，开口槽的数量范围为0～20个。

气流回流装置的外径φD和内径φd尺寸根据燃烧室空气流量、结构尺寸限制确定，外径φD的范围为150mm～3000mm。

气流回流装置的外侧加工了两排冷却孔，用于通过冷却空气，在导流锥壁及锥壁后回流区形成气膜冷却层，防止气流回流装置的金属壁面温度超过材料允许的水平。冷却孔的尺寸和数量根据气流回流装置的工作温度以及材料允许的工作温度等方面的要求确定，冷却孔的孔径范围为0.5～5mm。

整个燃烧室火焰筒上可使用的气流回流装置数量根据燃烧室一氧化碳排放水平以及火焰筒结构尺寸确定，可使用的气流回流装置的数量范围为1～5个。

本发明的优点：

结构简单，易于加工，降低燃烧室一氧化碳排放量的效果明显。已经完成的燃烧室模拟试验表明，燃气轮机基本负荷状态下，使用两个气流回流装置的燃烧室的一氧化碳的排放指标为16.1ppm@15％O₂，满足燃气轮机一氧化碳的环保排放标准。适用范围广，能够应用在各型功率档次的燃气轮机环形、环管型和单管型燃烧室上。气流回流装置的流动损失小，已经完成的燃烧室模拟试验表明，使用两个气流回流装置的燃烧室的总压恢复系数σ＝0.945，能够满足燃气轮机燃烧室总压损失的指标要求。该气流回流装置能广泛应用在燃气轮机环形、环管型和单管型燃烧室中，能够提高燃烧室的燃烧效率和降低一氧化碳的排放量，具有良好的市场应用前景。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为气流回流装置结构图；

图2为气流回流装置应用实例图；

图3为燃烧室气流回流装置应用实例立体图。

具体实施方式

实施例1