[实用新型]带有主喷嘴和微型喷嘴组件的燃烧室及燃气轮机和锅炉

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种燃烧器，具体地是涉及一种带有主喷嘴组件和微型喷嘴组件的燃烧室及采用其的燃气轮机、航空发动机和锅炉。

背景技术

燃气轮机是一种将化学能转换为机械能的重要动力设备，在分布式能源、管道输送、应急电源、舰船动力等方面有广泛应用。燃气轮机的一种重要机型是由航空发动机经过改型而来，这种航改型燃气轮机相比于内燃机，具有重量轻、体积小、启动快、效率高等优势。航空发动机改型地面燃气轮机的技术路线一般是：涡扇发动机风扇切顶，改燃油燃烧室为燃气燃烧室，取消尾喷管增加动力涡轮输出动力，增加或改造相应的辅机系统。该技术路线在国内外都有成功的案例。目前在将航空发动机改型为地面燃气轮机过程中面临的主要的技术困难是燃烧室的低污染改造。从航空发动机向地面燃气轮机的改造，使得航空发动机由推力输出改变为电力或动力输出，使得最终产品需要满足的技术标准也发生了变化。改为地面燃气轮机后必须要满足国家为地面燃气轮机制定的相关标准，其中最主要的是要满足燃气轮机污染物排放的环境标准。

同时由于环境问题日益严重，经常出现的雾霾、酸雨等现象，严重影响了人们的生活。国家为控制产生污染物的燃烧设备如锅炉、燃气轮机和航空发动机等的排放制定了严格的标准，不符合标准的旧设备将逐渐被淘汰，新设备将不允许上市。当前燃气轮机等燃烧设备主要的污染排放物是一氧化碳(CO)、氮氧化物(NO_X)和未燃碳氢(UHC)。其中，CO和 UHC的排放通过技术进步已经符合相关国家标准，需要严格控制的排放物是NO_X。NO_X的生成机理包括：热力型、快速型和燃料型，其中热力型机理是当前燃烧设备生成NO_X的主要机理。热力型NO_X来自高温环境下空气中的氮气与氧气的反应，因此降低NO_X的主要措施是降低燃烧过程中火焰的温度，普遍措施是采用预混燃烧。

通常的预混燃烧设备如燃气轮机低排放燃烧室，为了实现燃料与空气的充分预混不得不增加燃料与空气预混段的长度；为了预混火焰的稳定还需要增加燃烧空间，导致燃烧室火焰筒的体积增大；为了控制预混燃烧振荡还需要增加谐振腔等结构，导致总的燃烧室结构笨重且复杂。同时燃烧控制和调整也很复杂，需要增加很多的调节阀和管路。这样的燃烧技术不论是对锅炉、还是燃气轮机都有很多弊端。尤其对于从航空发动机改型而来的燃气轮机，由于航空发动机本身的结构紧凑、燃烧室空间有限，应用现有技术所需要的改造工作量巨大，而且仍面临控制复杂、调节困难等问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种燃烧室及采用其的燃气轮机、航空发动机和锅炉，以解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本实用新型的一个方面，本实用新型公开了一种带有主喷嘴组件和微型喷嘴组件的燃烧室，包括扩压器、主喷嘴组件、微型喷嘴组件、火焰筒和燃烧室机匣，其中所述扩压器设置在所述燃烧室机匣端部，将进入燃烧室的高温高压空气降速扩压；所述火焰筒设置于所述燃烧室机匣内，一部分空气经过所述火焰筒壁面上的冷却孔进入所述火焰筒内，对所述火焰筒的高温部分进行冷却；其特征在于：

所述火焰筒前端设置有所述主喷嘴组件和微型喷嘴组件，通过扩压管进入的大部分空气通过所述主喷嘴组件和微型喷嘴组件的空气通道与喷入的燃料混合后，在所述火焰筒内燃烧；

所述微型喷嘴组件包含燃料总管和N个微型喷嘴单元，其中N为自然数，且微型喷嘴单元扇形夹角β与微型喷嘴单元数量N之间满足N×β＝360；所述微型喷嘴单元包含若干个微型喷嘴，其中微型喷嘴的外径为 3～15mm，相邻微型喷嘴中心距为微型喷嘴外径的1.1～2倍；以及

所述微型喷嘴单元内包含若干个配合环，且配合环的数量与主喷嘴组件的主喷嘴数量相等，所述主喷嘴组件的主喷嘴装配在所述配合环内。

作为本实用新型的另一个方面，本实用新型还公开了一种采用如上所述的燃烧室的燃气轮机、航空发动机以及锅炉。

基于上述技术方案可知，本实用新型相对于现有的预混燃烧技术具有如下优点：(1)对燃气轮机的主体结构改动小，尤其适用于航改型燃气轮机；(2)采用微型喷嘴喷注燃料，燃料与空气混合充分，容易达到更低的燃烧排放，该燃烧室的排放物CO、NO_X均可低于25ppm@15％O₂，符合 GB13223等国家标准要求；(3)多路燃料分级可以实现灵活的燃烧调整； (4)采用前置燃料喷射有效抑制了预混燃烧面临的燃烧振荡问题。

附图说明