[发明专利]一种燃气轮机低污染燃烧室的贫油直接喷射旋流喷嘴模

说明书

本发明公开了一种燃气轮机低污染燃烧室的贫油直接喷射旋流喷嘴模，由轴流式旋流器、环形旋流空气平直流道、环形旋流空气收敛流道和喷嘴组成。采用贫油直接喷射燃烧技术，喷嘴出口和旋流空气出口位于同一平面，喷嘴形成的锥形油雾在旋流空气作用下快速破碎并与空气充分混合。喷嘴模以非预混燃烧方式工作，有效地避免自燃和回火现象的发生，并且降低振荡燃烧出现的风险；喷嘴模燃烧当量比在0.6～0.8之间，保证燃烧区温度较低，从而有效降低热力型氮氧化物的生成。在实际燃气轮机燃烧室中，通过合理布置多个旋流喷嘴模形成多点直接喷射结构，实现分区燃烧功能，既保证宽工作状态下稳定工作，又能有效地降低污染物生成。

技术领域

本发明涉及燃气轮机燃烧室技术领域，具体地说，涉及一种燃气轮机低污染燃烧室的贫油直接喷射旋流喷嘴模。

背景技术

近年来，随着人们环保意识越来越强，无论对于航空发动机或是地面燃气轮机，其污染物排放要求日益严格。例如国际民航组织(ICAO)下属环境保护委员会(CAEP)制定的一系列标准对一氧化碳、未燃碳氢和氮氧化物的排放做出了严格规定，只有符合排放要求的发动机才能取得适航认证。因此必须大力发展低污染燃烧技术以降低燃气轮机污染物排放水平，从而满足现在和未来更高的排放要求。

目前，燃气轮机低污染燃烧技术主要包括:富油燃烧-快速淬熄-贫油燃烧技术(Rich burn-Quick quench-Lean burn，RQL)、贫油预混预蒸发燃烧技术(Lean PremixedPrevaporised，LPP)、贫油直接喷射燃烧技术(Lean Direct Injection，LDI)。PW公司低污染燃烧室TALONⅡ采用RQL技术，其NO_x排放水平刚能满足CAEP6的要求，但由于RQL技术中，淬熄过程有可能产生接近化学恰当比的反应条件，从而生成大量NO_x，因此RQL技术降低污染排放的潜力有限，很难满足未来ICAO更为严格的排放标准。GE公司将LPP技术应用到TAPS系列低污染燃烧室中，TAPSⅠ和TAPSⅡ的NO_x排放比CAEP6的规定再降低50％和60％，而用于GE9X的TAPSⅢ的NO_x排放比CAEP8的规定还低30％。LDI技术是将燃油直接喷射到燃烧室中与空气混合发生扩散燃烧，由于没有燃油和空气预混，因此不存在自燃和回火的问题，且其燃烧不稳定性问题也没有LPP那样严重。因而近年来许多研究机构开展了关于LDI技术的研究，在NASA ERA项目支持下，Goodrich公司设计了阵列式LDI燃烧室，该方案的NO_x排放比CAEP6的规定低75％。Parker公司在NASA UEET项目支持下，提出了多级分区LDI燃烧方案，其污染物排放水平可以满足降低CAEP6规定NO_x排放70％的要求。国内也有许多关于低污染燃烧室的研发。

发明专利201510673156.0、201510674145.4公开了两种低污染燃烧室，其中预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。发明专利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NO_x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。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种燃气轮机低污染燃烧室的贫油直接喷射旋流喷嘴模，采用贫油非预混燃烧方式，避免自燃和回火的发生，降低燃烧不稳定性出现的风险，在保证燃烧稳定的同时降低污染物排放。