微预混值班喷嘴组件及燃气轮机微预混燃烧室制造技术

一种微预混值班喷嘴组件及燃气轮机微预混燃烧室，燃气轮机微预混燃烧室包括火焰筒和燃烧器；燃烧器，设置于火焰筒端部；燃烧器包括多个燃烧器主喷嘴区；一燃烧器值班喷嘴区，所述燃烧器值班喷嘴区结构与所述的微预混值班喷嘴组件结构相同；其中，所述多个燃烧器主喷嘴区围绕所述燃烧器值班喷嘴区圆周设置。相比传统燃气轮机燃烧室，本发明专利技术中心值班喷嘴通过空间角度设置，使值班喷嘴出口附近形成一定的回流区，从而实现稳焰效果。同时值班喷嘴内外圈燃料输运管长度不同，各主喷嘴微预混管可采用不同结构方案，实现固有频率差异，减小了热声耦合几率，可有效避免燃烧不稳定问题。

Micro premixed duty nozzle assembly and micro premixed combustor of gas turbine

【技术实现步骤摘要】
微预混值班喷嘴组件及燃气轮机微预混燃烧室
本专利技术涉及燃气轮机燃烧室
，尤其涉及一种微预混值班喷嘴组件及燃气轮机微预混燃烧室。
技术介绍
燃气轮机是一种高效洁净的动力机械，基于燃气轮机及其联合循环的发电量已占到全球发电总量的22％，未来还将继续攀升。为了提高燃气轮机的循环效率，燃气初温和增压比也在不断提高。以重型燃机为例，F级燃机燃气初温在1650K左右，联合循环效率为57％；H级和J级燃机燃气初温则在1750K和1850K左右，联合循环效率分别为60％和61％；下一代燃机的燃气初温将达到1950K，联合循环效率为64％。而与此矛盾的是，氮氧化物的生成量随温度的升高而剧烈升高。如何解决提高温度和降低氮氧化物间的矛盾，使排放满足环保法规要求，是燃机燃烧技术未来发展面临的主要挑战之一。目前燃机的主流是使用干式低氮氧化物(DryLowNOx，DLN)燃烧技术的燃烧器。它利用旋流喷嘴将过量空气和燃料混合成贫预混气体，以此抑制氮氧化物的生成，但由于喷嘴数量，分布类型，以及喷嘴上燃料和空气进气孔尺寸设置等问题，目前的燃机减排效果受到掺混均匀性和旋流喷嘴回流区的影响。燃机发展到J级，其温度水平已经接近DLN有效工作范围(1670-1900K)的临界值。若温度进一步提高，氮氧化物排放将会大幅度提升。针对这些问题，使用其他燃烧技术的燃烧器被不断推出。但目前这些燃烧器还不足以完全解决未来1850-1950K温度下燃机的燃烧及排放问题，使用清洁高效的新型低氮氧化物燃烧技术的燃机，是发展的重要方向。其中以富氢气体为燃料的低排放燃烧器的开发是当前实施燃烧前碳捕集的关键技术之一。与使用常规燃料(例如天然气等)的燃机相比，使用富氢燃料的燃机，由于氢的燃料活性强，特别是其高火焰速度、低点火能量和宽可燃性极限增加了回火、自燃和振荡的风险。而且，氢的绝热火焰温度较高，这对低氮氧化物生成是一个挑战。而对普通燃料加氢，会使燃料点火延迟时间减少，燃烧速度增加。这将导致局部温度容易较高使氮氧化物升高，火焰传播速度较快而易回火、振荡。这些性质对用于富氢燃料的先进燃烧技术和燃烧器的开发提出了挑战。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种微预混值班喷嘴组件及燃气轮机微预混燃烧室，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。为实现上述目的，本专利技术的技术方案包括：作为本专利技术的一个方面，提供一种微预混值班喷嘴组件，包括：喷嘴顶盖，贯穿设置多个倾斜孔；多个微预混管，所述多个微预混管的一端分别与所述喷嘴顶盖上的多个倾斜孔一一对应连通；所述微预混管的另一端设置进气孔；空气仓，所述微预混管的进气孔与所述空气仓相连通；多个燃料输运管，所述多个燃料输运管的一端分别一一对应由进气孔延伸至所述多个微预混管内，用于向所述微预混管内输送燃料；其中，在所述微预混管的内部形成燃料空气混合区；与所述微预混管相连通的倾斜孔用于输送混合后的燃料空气。作为本专利技术的另一个方面，还提供一种燃气轮机微预混燃烧室，包括火焰筒和燃烧器；其中，火焰筒，其内部形成燃烧室燃烧区；燃烧器，设置于火焰筒端部；所述燃烧器包括：多个燃烧器主喷嘴区；一燃烧器值班喷嘴区，所述燃烧器值班喷嘴区的结构与如上所述的微预混值班喷嘴组件的结构相同；其中，所述多个燃烧器主喷嘴区围绕所述燃烧器值班喷嘴区圆周设置。基于上述技术方案，本专利技术相较于现有技术至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：(1)微预混值班喷嘴组件的倾斜孔有利于拓宽燃烧器的火焰稳定性，提高值班喷嘴的点火和传焰性能；同时，通过各个混合管道的空间角度设置，使出口附近形成一定的回流区，从而实现稳焰效果；(2)由于多个微预混管以阵列形式分布，因此喷出的火焰在径向相对分散，放热相对均匀，同时值班喷嘴内外圈燃料输运管长度不同，各主喷嘴微预混管可采用不同结构方案，实现固有频率差异，减小了热声耦合几率，可有效避免燃烧不稳定问题。(3)值班喷嘴微预混管混合长度较主喷嘴微预混管的混合长度短，同时值班喷嘴微预混管和主喷嘴微预混管内流速较高，可有效避免回火问题；(4)空气整流格栅和多孔板有利于微预混管上游燃料和空气流量分配均匀，增强了不同微预混管的燃料-空气占比均匀性；(5)由于微预混管所形成火焰较为短小，且温度分布均匀，因此可大大缩短燃烧室火焰筒长度。附图说明图1为本专利技术实施例燃气轮机微预混燃烧室的布局示意图；图2为本专利技术实施例燃烧器主喷嘴区结构示意图；图3为本专利技术实施例燃烧器值班喷嘴区结构示意图；图4为本专利技术实施例主喷嘴微预混管阵列三维示意图；图5A为本专利技术实施例值班喷嘴顶盖阵列三维示意图；图5B为本专利技术实施例值班喷嘴顶盖阵列俯视图；图6A为本专利技术实施例主喷嘴微预混管方案二三维示意图；图6B为本专利技术实施例主喷嘴微预混管方案三三维示意图；图6C为本专利技术实施例主喷嘴微预混管方案四三维示意图；图7为本专利技术实施例燃烧器主体出口面俯视图。【附图中本专利技术实施例主要元件符号说明】10-燃烧器主体；11-燃烧器主喷嘴区；12-燃烧器值班喷嘴区；20-空气室；21-空气进口；22-空气流向；23-空气通道；24-燃烧器空气仓；25-燃烧器空气仓壁面；26-空气整流格栅；30-燃烧器燃料仓；31-燃烧器主燃料进口；32-燃烧器值班燃料进口；33-燃料流向；34-多孔板；40-燃气轮机机匣；41-燃烧室衬套；42-火焰筒；50-燃烧室燃烧区；51-主喷嘴燃烧区；52-值班喷嘴燃烧区；53-值班喷嘴回流区；54-燃烧室高温烟气流向；55-燃烧室出口；60-主喷嘴微预混管；61-主喷嘴微预混管燃料进气孔；62-主喷嘴微预混管空气进气孔；63-主喷嘴微预混管燃料空气混合区；64-主喷嘴微预混管预混气流向；65-主喷嘴微预混管出气口唇缘；66-主喷嘴顶盖；67-空气仓和燃料仓阻隔板；70-值班喷嘴微预混管；71-值班喷嘴微预混管燃料进气孔；72-值班喷嘴微预混管空气进气孔；73-值班喷嘴微预混管燃料空气混合区；74-值班喷嘴微预混管预混气流向；75-值班喷嘴外圈燃料输运管；76-值班喷嘴内圈燃料输运管；77-值班喷嘴微预混管底盖；80-值班喷嘴顶盖；81-值班喷嘴外圈倾斜孔；82-值班喷嘴内圈倾斜孔；83-值班喷嘴外圈倾斜孔复合角；84-值班喷嘴内圈倾斜孔复合角；85-值班喷嘴外圈倾斜孔周向角；86-值班喷嘴内圈倾斜孔周向角。具体实施方式本专利技术提供一种燃气轮机微预混燃烧室，以缓本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微预混值班喷嘴组件，其特征在于，包括：/n喷嘴顶盖，贯穿设置多个倾斜孔；/n多个微预混管，所述多个微预混管的一端分别与所述喷嘴顶盖上的多个倾斜孔一一对应连通；所述微预混管的另一端设置进气孔；/n空气仓，所述微预混管的进气孔与所述空气仓相连通；/n多个燃料输运管，所述多个燃料输运管的一端分别一一对应由进气孔延伸至所述多个微预混管内，用于向所述微预混管内输送燃料；/n其中，在所述微预混管的内部形成燃料空气混合区；与所述微预混管相连通的倾斜孔用于输送混合后的燃料空气。/n

【技术特征摘要】
1.一种微预混值班喷嘴组件，其特征在于，包括：
喷嘴顶盖，贯穿设置多个倾斜孔；
多个微预混管，所述多个微预混管的一端分别与所述喷嘴顶盖上的多个倾斜孔一一对应连通；所述微预混管的另一端设置进气孔；
空气仓，所述微预混管的进气孔与所述空气仓相连通；
多个燃料输运管，所述多个燃料输运管的一端分别一一对应由进气孔延伸至所述多个微预混管内，用于向所述微预混管内输送燃料；
其中，在所述微预混管的内部形成燃料空气混合区；与所述微预混管相连通的倾斜孔用于输送混合后的燃料空气。


2.如权利要求1所述的微预混值班喷嘴组件，其特征在于，所述倾斜孔的孔形包括圆形、矩形或者六边形；
所述多个倾斜孔在所述喷嘴顶盖上圆周阵列设置；
所述倾斜孔的复合角为15°～150°；
所述倾斜孔的圆周角为15°～150°。


3.如权利要求2所述的微预混值班喷嘴组件，其特征在于，所述倾斜孔包括外圈倾斜孔和内圈倾斜孔；其中，
所述外圈倾斜孔的孔径或者边长为4～16mm；
所述内圈倾斜孔的孔径或者边长为3～12mm。


4.如权利要求3所述的微预混值班喷嘴组件，其特征在于，所述燃料输运管对应所述倾斜孔包括外圈燃料输运管和内圈燃料输运管；
所述内圈燃料输运管的长度小于外圈燃料输运管的长度；
所述内圈燃料输运管的内径小于或等于外圈燃料输运管的内径；
所述燃料输运管伸入微预混管内部的端部设置燃料进气孔，所述燃料进气孔包括1～20个直径为0.1～2mm的平行直孔。


5.一种燃气轮机微预混燃烧室，其特征在于，包括火焰筒和燃烧器；其中，
火焰筒，其内部形成燃烧室燃烧区；
燃烧器，设置于火焰筒端部；所述燃烧器包括：
多个燃烧器主喷嘴区；
一燃烧器值班喷嘴区，所述燃烧器值班喷嘴区的结构与如权利要求1至4任一项所述的微预混值班喷嘴组件的结构相同；
其中，所述多个燃烧器主喷嘴区围绕所述燃烧器值班喷嘴区圆周设置。


6.如权利要求5所述的燃气轮机微预混燃烧室，其特征在于，
在所述火焰筒外围设置燃烧室衬套；
所述火焰筒与燃烧室衬套间隙形成空气通道；
所述空气通道与所述空气仓相连通；
在所述空气仓内设置空气整流格栅。


7.如权利要求5所述的燃气轮机微预混燃烧室，其特征在于，每个所述燃烧器主喷嘴区包括：
主喷嘴顶盖；
主喷嘴微预混管，其中，
所述主喷嘴微预混管的一端贯穿所述主喷嘴顶盖延伸至所述火焰筒内；置于所述火焰筒内的主喷嘴微预混管端部设置为主喷嘴微预混管出气口唇缘；
所述主喷嘴微预混管的另一...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵卫卫，刘勋伟，刘策，张哲巅，肖云汉，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11