[发明专利]轴向分级燃烧器

说明书

一种轴向分级燃烧器，该轴向分级燃烧器(10)包括：燃烧室，包括主燃区(17)及二级燃烧区(18)；主燃区(17)设置于燃烧室的上游区段，二级燃烧区(18)设置于燃烧室的下游区段，与主燃区(17)轴向相连；主燃区(17)远离二级燃烧区(18)的一端设有主喷嘴(16)，主喷嘴(16)朝向主燃区(17)，主喷嘴(16)连接一级燃料‑空气混合通道(15)；二级燃烧区(18)壁面上沿径向方向设置有至少一个微混喷嘴结构的二级喷嘴(23)，二级喷嘴(23)连接二级空气管路(24)及二级燃料管路(25)；其中，保持二级燃烧区(18)二级当量比的变化趋势与二级负荷比的变化趋势相反。该轴向分级燃烧器实现了高负荷下低NO_x的排放，提高了负荷调节的灵活性。

技术领域

本发明涉及燃气轮机燃烧室高负荷下低污染燃烧技术领域，尤其涉及一种轴向分级燃烧器。

背景技术

燃气轮机作为消耗天然气能源的主要装置，是工业生产中不可缺少的动力来源。随着燃气轮机级别越来越高，燃气轮机不断朝着高效率以及宽负荷调节范围方向发展，而提高循环效率的方法主要是通过提高燃烧温度和压力实现，因此，在宽负荷工况范围内实现稳定低排放燃烧是燃气轮机燃烧室的重要性能目标。以天然气为燃料的燃气轮机产生的污染物中NO_x为污染物重要组成成分，如何解决或者平衡燃烧温度和NOx排放之间的矛盾，是当前燃气轮机燃烧室发展的关键问题。

干式低NO_x(Dry Low NOx，DLN)燃烧技术由于具有排放低，成本低和可靠性高的优点，已经广泛应用于燃气轮机燃烧室中。喷嘴结构优化是DLN燃烧室的重要发展特征，其通过提升燃空预混均匀度、降低峰值火焰温度以实现低NOx排放是主流。针对更高级别燃气轮机，燃烧室出口温度已接近1700℃，此时，以热力型为主的NO_x排放急剧增加，常规DLN燃烧技术仅通过提高燃空预混均匀性已经无法使NO_x排放达标。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对于现有的技术问题，本发明提出一种轴向分级燃烧器，用于至少部分解决上述技术问题之一。

(二)技术方案

本发明一方面提供一种轴向分级燃烧器，该轴向分级燃烧器10包括：燃烧室，包括主燃区17及二级燃烧区18，二级燃烧区18的二级当量比的变化趋势与二级负荷比的变化趋势相反；主燃区17设置于燃烧室的上游区段，二级燃烧区18设置于燃烧室的下游区段，与主燃区17轴向相连；主燃区17远离二级燃烧区18的一端设有主喷嘴16，主喷嘴16朝向主燃区17，主喷嘴16连接一级燃料-空气混合通道15；二级燃烧区18壁面上沿径向方向设置有至少一个二级喷嘴23，二级喷嘴23连接二级空气管路24及二级燃料管路25，其中，二级喷嘴23为微混喷嘴结构。

可选地，二级燃烧区18的二级负荷比FS满足0％≤FS≤30％。

可选地，二级喷嘴23与燃烧室中心线的夹角θ满足30°≤θ≤120°，二级喷嘴23的直径满足条件6≤J≤60，其中，J为二级预混气与主流高温烟气的射流动量通量比J。

可选地，二级喷嘴23朝向二级燃烧区18开设有喷嘴结构出口26，二级喷嘴23的长度L与喷嘴结构出口26的直径D满足3D≤L≤15D。