[发明专利]一种燃用乙醇燃料的燃气轮机预蒸发燃烧室

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机燃烧室，特别涉及一种燃用乙醇燃料的燃气轮机预蒸发燃烧室。

背景技术

迫于全球化石燃料储备供应有限以及环境污染问题的压力，生物质燃料如乙醇和生物柴油等的应用受到大力提倡。其中，乙醇是可再生能源，可通过发酵糖等工艺来生产，从而减少对不可再生的化石燃料的依赖，有利于人类的可持续发展。乙醇燃料的应用对于全球应对能源危机具有一定的战略意义。另外，利用生物酶技术以及农产品发酵技术可以用粮食、蔗糖、纤维等各种生物材料制取乙醇，在很大程度上可以调节粮食供需矛盾，在全球能源经济体系中将占有重要地位。

目前，国内外对乙醇燃料的研究主要集中在汽车内燃机方面。在车用内燃机中，乙醇作为含氧燃料添加剂，与柴油和汽油混合形成混合燃料，在很大程度上解决了化石燃料的消耗问题，并且对提高燃烧性能和降低污染排放也具有实际意义，因此乙醇又被称为21世纪绿色能源。

而乙醇燃料在燃气轮机上的应用则不多见，这方面的研究也很少。如果乙醇燃料能在该领域成功应用，特别是配合分布式能源的核心技术——微型燃气轮机推广应用，将大大扩大其燃料适应性，无论在能源经济性方面还是在环境污染控制方面都会产生长远影响。

预蒸发管来源于低污染燃烧技术，特别是贫油预蒸发预混合燃烧技术(Lean PremixedPrevaporized Combustor简称为LPP)在降低污染排放方面具有巨大潜力，而且该技术已经进入实用阶段。预蒸发预混合燃烧技术是在燃料进入燃烧室前使用蒸发装置，使燃料在该装置中进行预蒸发并与空气预混合，形成均匀油气混合物，然后进入燃烧室进行燃烧方式。但已有的预蒸发预混合燃烧技术主要针对航空煤油，对乙醇燃料的低沸点、易挥发和高蒸发潜热特点并不完全适用，需要适当优化改进。

目前的燃气轮机大多采用煤油、柴油、天然气或合成气等为燃料，由于燃料性质的不同，采用不同燃料的燃气轮机燃烧室并不能完全通用。用现有的燃气轮机燃烧室燃用乙醇燃料，不但不能充分发挥乙醇燃料的优势，还会带来燃烧不稳定、燃烧效率低、污染排放严重以及结构强度不够等问题。因此，必须根据乙醇燃料特点设计一种能充分发挥乙醇燃料特点的燃气轮机燃烧室，这正是本发明所解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种可高效燃烧乙醇燃料的燃气轮机燃烧室，采用预蒸发管结构充分发挥乙醇燃料的低沸点、易挥发、高蒸发潜热特性，允许液体乙醇燃料直接喷入，从而降低对乙醇喷嘴的苛刻要求，具有一定燃料扩展性，结构简单，乙醇蒸发率高，与空气混合均匀，从而提高燃烧效率，降低污染排放，为生物质燃料的推广应用提供了技术支持。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种燃用乙醇燃料的燃气轮机预蒸发燃烧室，其特征在于：采用单管圆筒燃烧室结构，由燃烧室机匣和火焰筒构成；燃烧室进口与燃烧室机匣焊接而成，用于将空气流引入燃烧室；乙醇供应路上设置的直射孔将液体乙醇喷入预蒸发管，利用预蒸发管内气流的温度和气动力完成乙醇的雾化蒸发掺混；预蒸发管上设有喷嘴安装孔，用以与直射孔相配合，空气从预蒸发管的一次流射入孔和二次旋流孔进入预蒸发管内，并且一次流射入孔采用径向或者轴向方式分布在预蒸发管上，但一次流射入孔都不对空气产生旋流，旋流全部由从二次旋流孔进入的气流产生；经一次流和二次旋流的作用后，液体乙醇蒸发，并与空气混合，混合后的可燃气从预蒸发管出口进入火焰筒；依靠电火花点火器实现乙醇燃烧室的点火启动，整个乙醇燃烧过程都在火焰筒中完成，高温燃气由其后的出口排出。

所述的乙醇供应路的材料为不锈钢，其前端开有2～4个直径0.4～1mm的直射孔作为乙醇喷嘴，直射孔的张角为0°～180°。

所述预蒸发管用压片将预蒸发管安装边安装在火焰筒头部的预蒸发管安装座上，压片与预蒸发管安装座之间通过钢丝绑定；预蒸发管的材料为导热性良好的不锈钢，预蒸发管的预蒸发管直径与火焰筒直径之间的比例为0.15～0.4。

所述预蒸发管的一次流射入孔和二次旋流孔之间的距离与预蒸发管直径的比例为0.2～1。

所述预蒸发管的二次旋流孔分为3～10排，并且相邻两排孔交叉排列，二次流持续距离与预蒸发管直径的比例为0.3～1.6。

所述预蒸发管的二次旋流孔与出口的距离是预蒸发管直径的1～3倍。

所述预蒸发管的一次流射入孔和二次旋流孔之间的空气流量分配比例为0.5～2。

所述预蒸发管的二次旋流偏置长度与预蒸发管直径之间的比例为0～0.5。