[发明专利]一种用于燃气轮机低污染燃烧室的多点直接喷射头结构

说明书

本发明公开了一种用于燃气轮机低污染燃烧室的多点直接喷射头结构，采用多个相同结构的副燃级旋流喷嘴模和主燃级旋流喷嘴模依燃烧室头部法兰中心周向均布固连，主燃级旋流喷嘴模沿周向位于副燃级旋流喷嘴模外围；空气进口、旋流通道、环形旋流空气平直通道、环形旋流空气收敛通道和旋流空气出口组成旋流喷嘴模的空气流路，在旋流空气出口形成沿径向内侧低外侧高的速度分布。燃油进口、喷嘴和喷嘴出口组成燃油流路；喷嘴出口与旋流空气出口平齐，喷嘴模以非预混燃烧方式工作，避免自燃和回火现象的发生，降低振荡燃烧的风险；燃烧区温度较低、燃烧稳定，有效降低热力型氮氧化物的生成。污染物排放少，适用于燃气轮机低污染燃烧室。

技术领域

本发明涉及燃气轮机燃烧室技术领域，具体地说，涉及一种用于燃气轮机低污染燃烧室的多点直接喷射头结构。

背景技术

燃气轮机污染物排放的源头来自燃烧室，因此发展低污染燃烧技术是降低燃气轮机污染排放的关键。燃烧室的主要污染物包括氮氧化物、一氧化碳和未燃碳氢，其中最重要的是减少氮氧化物的生成量。在燃烧室中，热力型氮氧化物生成机理起到主导作用，因此降低燃烧区燃烧温度是降低氮氧化物生成量的有效手段之一。贫油燃烧技术可有效降低燃烧区燃烧温度，从而减少氮氧化物的生成量。

针对贫油燃烧技术，国外研究者们提出了贫油预混预蒸发燃烧技术，并对其开展了广泛研究，该技术可有效控制主燃区燃烧温度，在降低氮氧化物方面具有很大的潜力。但是，该技术研发过程中遇到自燃、回火和严重的燃烧不稳定性等技术障碍，这些问题严重制约了该技术的实际应用。针对预混燃烧遇到的问题，又提出了贫油直接喷射燃烧技术，该技术中燃油不经过预混而是直接喷射到主燃区内与空气快速混合并充分燃烧，同样可以有效降低氮氧化物的生成量，并且完全避免了自燃和回火的问题，同时降低了燃烧不稳定性的程度。因此贫油直接喷射燃烧技术是低污染燃烧技术发展的重要方向之一。

国内近年也有许多关于低污染燃烧室的文献发表。专利201510673156.0、201510674145.4公开了两种低污染燃烧室，其中副燃级采用旋流稳定的扩散燃烧与旋流预混燃烧相结合的方式，可在小状态下稳定燃烧的同时降低污染物；主燃级采用预混预蒸发的燃烧方式，可在大状态下实现均匀燃烧以降低NO_x排放。专利201410643105.9公开了一种主燃级贫预混的分层部分预混低污染燃烧室，值班级采用扩散燃烧，主燃级采用贫油预混燃烧，在大工况时，值班级和主燃级同时工作，主燃区处于贫油状态，能够显著降低NOx的排放。但是主燃级采用预混预蒸发的方式有可能产生燃烧不稳定现象，严重影响燃烧性能，甚至导致结构性的破坏。专利CN104791847A提出了“一种适用于燃气轮机低污染燃烧室的低旋流多喷嘴燃烧室结构”，该燃烧室由六个外侧低旋流喷嘴和一个中心低旋流喷嘴组成，采用气态燃料和预混燃烧方式，可有效降低污染物排放。气态燃料可直接快速与空气混合，但是液态燃料必须经过良好雾化并和空气混合后才能形成可燃混气，因此该燃烧器不适用于液态燃料，不能解决使用液态燃料燃气轮机的低污染燃烧问题。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种用于燃气轮机低污染燃烧室的多点直接喷射头结构，该喷射头结构能使燃烧室在全工况范围内稳定高效工作，有效抑制燃烧不稳定性的发生，同时降低污染物排放。