[发明专利]一种燃料从叶片喷射的贫预混模喷嘴及全环燃烧室

说明书

本发明涉及一种燃料从叶片喷射的贫预混模喷嘴及全环燃烧室，采用贫预混燃烧技术，燃料喷射口沿径向均匀分布在轴向旋流器叶片上，提高燃料/空气比在径向分布的均匀性，另外旋流喷嘴的燃烧当量比为0.55‑0.75，保证燃烧区温度较低且均匀分布无热点，有效减少热力型氮氧化物的生成；轴向旋流器为低旋流，既能缩短高温燃气的停留时间，减少氮氧化物生成，又能降低旋转气流湍流脉动，降低发生回火和振荡燃烧风险；旋流器外壁上壁面发散孔能降低壁温和附面层燃料/空气比，降低发生自燃和回火风险；在实际燃烧室中，通过合理布置一定数量的相同尺寸的旋流喷嘴形成多点贫预混燃烧室头部，并采用主模燃料分级供应，可实现燃烧室在全工况范围内的低污染排放水平。

技术领域

本发明属于燃气轮机燃烧室领域，涉及一种燃料从叶片喷射的贫预混模喷嘴及全环燃烧室，具体是一种适用于低污染燃烧室并基于贫预混燃烧技术的低旋流喷嘴方案。

背景技术

近年来，随着环境污染问题的愈加严峻，人们环保意识也越来越强，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；而针对地面燃气轮机，虽然没有统一的污染排放标准，但由于其长时间在地面工作的特点，各地也相继制定了本地区的污染物排放准则，并且其排放准则相比航空发动机更加苛刻，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，地面燃气轮机低污染燃烧技术主要包括：“湿”低排放燃烧技术、催化燃烧超低排放技术及“干”低排放燃烧技术。由于“湿”低排放燃烧技术对CO排放和部件寿命的负面影响以及催化燃烧技术所遇到的技术瓶颈，因此干式低排放燃烧技术仍是以后燃气轮机的主要发展方向。由于苛刻的污染物排放要求，目前“干”低排放燃烧技术主要是采用预混燃烧方式，燃料与过量空气充分混合之后再进入燃烧区燃烧，通过调节燃料-空气混合物的当量比来控制燃烧区火焰温度，并避免局部热点，从而达到降低NOx排放的目的。

旋流器是燃气轮机燃烧室的重要组成部件，其作用是用来稳定火焰和促进燃料/空气混合。以前为了追求燃料/空气掺混均匀度和燃烧稳定的效果，通常采用高旋流强度的旋流器。但经过近些年的理论和试验研究，高旋流强度旋流器一方面会增大高温燃气在燃烧室内的停留时间，增大氮氧化物的生成量，另一方面会增大燃烧室内的气体湍流脉动，增加贫预混方式发生回火和振荡燃烧的风险，因此采用低旋流喷嘴是低污染燃烧室的发展趋势。

国内近年有许多关于贫预混低污染燃烧室的专利申请。专利201410697493.9公开了一种燃气轮机燃烧室旋射流喷嘴，包括射流喷嘴组件和旋流喷嘴组件，其通过增加射流喷嘴组件混合物的比例来降低燃烧室气体的旋流强度，降低火焰温度和燃气停留时间，从而减少氮氧化物排放；专利2011510117272.4公开了一种燃气轮机低污染燃烧室的低旋流预混喷嘴，其采用弱旋流强度的径向旋流器，降低高温燃气停留时间，并采用旋流器流道和中心流道共同喷射燃料的方式来提高燃料/空气混合均匀度。通过分析发现上述燃烧室喷嘴结构均采用燃料组合喷射方式来增强燃料/空气混合，结构复杂，再者旋流器均采用直叶片，易发生流动分离，流动损失大，且无明确的防止回火和自燃的措施。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种燃料从叶片喷射的贫预混模喷嘴及全环燃烧室，适用于燃气轮机低污染燃烧室的燃料从叶片喷射的贫预混模喷嘴，该方案结构简单，既能保证燃料/空气的充分混合，还能减少流动分离，降低流阻损失，同时采取措施降低发生回火、自燃和振荡燃烧的风险。该方案通过合理的排布方式和分级方式能应用在大、中、小功率的燃气轮机燃烧室上。

技术方案