一种燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室制造技术

本发明专利技术公开一种燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室，其包括燃料配气管、头部燃烧器、紧固螺栓、冷却防护端板、阵列喷嘴、火焰筒、导流衬套和外机匣。本发明专利技术采用高速射流的单元喷嘴布置方式，单元喷嘴中心形成局部回流区来增强燃烧室在高速射流下的稳定燃烧特性；阵列喷嘴采用非等距布置，增加燃烧室负荷；径向分级、改变喷嘴预混段长度和燃料孔个数，实现不同径向分区的喷嘴出口局部当量比；改变中心稳焰喷嘴壁厚形成钝体和构建局部沙丘凹槽结构，扩大局部钝体回流区，进一步增强中心稳焰喷嘴的稳定燃烧范围。多喷嘴径向阵列布置提高了燃烧室出口温度均匀性，降低了烟气停留时间，达到宽含氢燃料适用性、宽工况低排放、高效稳定运行的要求。高效稳定运行的要求。高效稳定运行的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室


[0001]本专利技术涉及燃气轮机
，尤其涉及一种燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室。

技术介绍

[0002]燃气轮机作为重要的动力设备，在进一步降低氮氧化物排放的同时，需要提升含氢燃料的适用性。对于高含氢燃料、高燃机出口参数、低碳排放和低氮氧化物排放要求，传统的旋流贫预混燃烧技术和扩散稀释燃烧技术难以满足未来不断提升的要求。多喷嘴阵列燃烧是一种极具潜力的燃烧技术之一，其在高含氢燃料下，提高射流喷嘴速度来降低喷嘴回火危险的同时，缩短整体的燃烧室的长度来达到控制污染物排放的要求。如何扩展高速射流下的燃烧室的稳定燃烧范围是多喷嘴阵列燃烧技术的一个技术重点。因此，亟需探索一种多喷嘴阵列增稳燃烧室设计方案，以实现高速射流条件下宽稳定范围燃烧，同时满足燃气轮机燃烧室不同含氢燃料适用性、低排放、高效稳定运行的要求。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室，其为可燃烧宽范围含氢燃料的燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。本专利技术通过高速射流的单元喷嘴(4个喷嘴构成一个喷嘴单元)布置方式，单元喷嘴中心形成局部回流区来增强燃烧室在高速射流下的稳定燃烧特性；充分利用燃烧室头部空间，阵列喷嘴采用非等距布置，既增加燃烧室的整体负荷，又有利于降低热声振荡的风险；通过径向分级，改变不同径向位置喷嘴的预混段长度和燃料孔的个数，来实现不同径向分区的喷嘴出口的局部当量比，有益于增强燃烧室的整体稳定燃烧特性；改变中心稳焰喷嘴壁厚形成钝体和构建局部沙丘凹槽结构，扩大局部钝体回流区范围，进一步增强中心稳焰喷嘴的稳定燃烧范围。通过单元喷嘴组合、不同预混段长度、不同燃料孔个数和局部钝体和局部沙丘凹槽造型，实现燃烧室的稳定燃烧范围向低当量比方向拓展，多喷嘴径向分级阵列布置提高了燃气轮机燃烧室出口温度均匀性，缩短燃烧室火焰筒长度降低了烟气停留时间，达到宽含氢燃料适用性、宽工况低排放、高效稳定运行的要求。
[0004]为达到上述目的，本专利技术提供了一种燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室，包括：
[0005]燃料配气管，所述的燃料配气管包括值班级燃料配气管和主燃级燃料配气管；
[0006]头部燃烧器，设置于所述的整体燃烧室的头部位置，与所述的燃料配气管一体打印；
[0007]紧固螺栓，所述的紧固螺栓用于所述的头部燃烧器和所述的外机匣的连接紧固；
[0008]冷却防护端板，所述的冷却防护端板一端与所述的头部燃烧器连接，所述的冷却防护端板的周向与所述的火焰筒卡簧连接，所述的冷却防护端板上径向非等距排布喷嘴安装孔；
[0009]阵列喷嘴，所述的阵列喷嘴沿径向非等距布置，所述的阵列喷嘴分为5级阵列喷嘴，所述阵列喷嘴的一端与所述头部燃烧器焊接，所述的阵列喷嘴与所述的冷却防护端板
的喷嘴安装孔形成环缝用于所述阵列喷嘴的冷却；
[0010]火焰筒，所述的火焰筒采用气膜冷却和肋冷却的结构，所述的火焰筒的气膜冷却区靠近火焰区采用非等距叉排布置，所述的火焰筒的肋冷却区采用等距布置；
[0011]导流衬套，所述的导流衬套由所述的头部燃烧器和所述的外机匣通过所述的紧固螺栓压紧连接；
[0012]外机匣，所述的外机匣用所述的紧固螺栓与所述的头部燃烧器的法兰连接。
[0013]进一步地，所述的头部燃烧器包括空气配气腔、燃料配气腔和喷嘴安装端板；
[0014]所述的空气配气腔采用两级布风板，有效保证空气来流的均匀性，其一级布风板均布若干一级布风孔，一级布风孔直径为D
ad1
，其二级布风板均布若干二级布风孔，二级布风孔直径为D
ad2
，且D
ad2
＜D
ad1
、二级布风孔数大于一级布风孔数；
[0015]所述的燃料配气腔通过金属板分为值班级燃料配气腔和主燃级燃料配气腔，所述的值班级燃料配气腔采用若干燃料配气支管配气，保证所述值班级燃料配气腔燃料进气的均匀性，所述的主燃级燃料配气腔采用沿周向均匀分配若干燃料配气支管来供气，保证所述主燃级燃料配气腔供给均匀性。
[0016]进一步地，所述的冷却防护端板的周向均布若干冷却防护端板进气孔，来保证配气均匀性，冷却防护端板端面径向最外沿均布若干冷却防护端板冷却孔，保证靠近火焰区的所述火焰筒安全，冷却防护端板靠近中心部分布置多区冷却防护端板冷却孔，保证冷却防护端板中心区域安全，冷却防护端板喷嘴安装孔直径为D
a
，所述喷嘴安装孔的位置和个数与所述阵列喷嘴的个数和相对位置一致。
[0017]进一步地，所述阵列喷嘴的阵列喷嘴内径为D
j
，且4mm≤D
j
≤15mm，阵列喷嘴外径为D
jw
，且(D
a
‑
2)mm＜D
jw
＜(D
a
‑
0.5)mm，其喷嘴长度为L
j
，其采用交叉射流的方式来实现空气燃料的掺混，其燃料孔直径为d
f
，且0.5mm≤d
f
≤1.5mm，包括径向一级阵列喷嘴、径向二级阵列喷嘴、径向三级阵列喷嘴、径向四级阵列喷嘴和中心稳焰喷嘴，所述的径向一级阵列喷嘴、径向二级阵列喷嘴、径向三级阵列喷嘴由所述主燃级燃料配气腔进行燃料配气，所述各级阵列喷嘴的预混段长度不同，实现不同的喷嘴出口燃料分布，所述径向四级阵列喷嘴和中心稳焰喷嘴由所述值班级配气腔进行燃料配气，低负荷工况采用所述的径向四级阵列喷嘴和中心稳焰喷嘴进行稳焰。
[0018]进一步地，所述的径向一级阵列喷嘴包含n1个射流喷嘴，且n1≥16，沿周向均匀分布，径向一级阵列喷嘴预混段长度为L
d1
；
[0019]所述的径向二级阵列喷嘴的射流喷嘴的个数与所述径向一级阵列喷嘴的个数相同，沿周向均匀分布，径向二级阵列喷嘴预混段长度为L
d2
，所述径向一级阵列喷嘴和所述径向二级阵列喷嘴相邻四个喷嘴形成一个单元喷嘴，最大径向一、二级组合单元喷嘴间距为S1，且S1≥3D
j
，在其中心形成射流回流区来实现外层火焰的稳定；
[0020]所述的径向三级阵列喷嘴包含n2个射流喷嘴，且n2≥12且n2＜n1，沿周向对称布置，径向三级阵列喷嘴预混段长度为L
d3
，保证了空气燃料充分混合，在增加负荷的同时控制污染物排放；
[0021]所述的径向四级阵列喷嘴包含n3个射流喷嘴，且n3≥8且n3＜n2，采用正方形布置，径向四级阵列喷嘴预混段长度为L
d4
，其喷嘴出口存在局部高当量比区域来保证燃烧室在低当量比下的燃烧稳定性；
[0022]所述的中心稳焰喷嘴包含包括射流喷嘴和钝体结构，钝体外径为D
b
，且2D
j
＜D
b
＜5D
j
，保证在钝体结构下游形成小的局部回流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室，其特征在于，包括：燃料配气管，所述的燃料配气管包括值班级燃料配气管和主燃级燃料配气管；头部燃烧器，设置于所述的整体燃烧室的头部位置，与所述的燃料配气管一体打印；紧固螺栓，所述的紧固螺栓用于所述的头部燃烧器和所述的外机匣的连接紧固；冷却防护端板，所述的冷却防护端板一端与所述的头部燃烧器连接，所述的冷却防护端板的周向与所述的火焰筒卡簧连接，所述的冷却防护端板上径向非等距排布喷嘴安装孔；阵列喷嘴，所述的阵列喷嘴沿径向非等距布置，所述的阵列喷嘴分为5级阵列喷嘴，所述阵列喷嘴的一端与所述头部燃烧器焊接，所述的阵列喷嘴与所述的冷却防护端板的喷嘴安装孔形成环缝用于所述阵列喷嘴的冷却；火焰筒，所述的火焰筒采用气膜冷却和肋冷却的结构，所述的火焰筒的气膜冷却区靠近火焰区采用非等距叉排布置，所述的火焰筒的肋冷却区采用等距布置；导流衬套，所述的导流衬套由所述的头部燃烧器和所述的外机匣通过所述的紧固螺栓压紧连接；外机匣，所述的外机匣用所述的紧固螺栓与所述的头部燃烧器的法兰连接。2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室，其特征在于，所述的头部燃烧器包括空气配气腔、燃料配气腔和喷嘴安装端板；所述的空气配气腔采用两级布风板，有效保证空气来流的均匀性，其一级布风板均布若干一级布风孔，一级布风孔直径为D
ad1
，其二级布风板均布若干二级布风孔，二级布风孔直径为D
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，且D
ad2
＜D
ad1
、二级布风孔数大于一级布风孔数；所述的燃料配气腔通过金属板分为值班级燃料配气腔和主燃级燃料配气腔，所述的值班级燃料配气腔采用若干燃料配气支管配气，保证所述值班级燃料配气腔燃料进气的均匀性，所述的主燃级燃料配气腔采用沿周向均匀分配若干燃料配气支管来供气，保证所述主燃级燃料配气腔供给均匀性。3.根据权利要求1所述的一种燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室，其特征在于，所述的冷却防护端板的周向均布若干冷却防护端板进气孔，来保证配气均匀性，冷却防护端板端面径向最外沿均布若干冷却防护端板冷却孔，保证靠近火焰区的所述火焰筒安全，冷却防护端板靠近中心部分布置多区冷却防护端板冷却孔，保证冷却防护端板中心区域安全，冷却防护端板喷嘴安装孔直径为D
a
，所述喷嘴安装孔的位置和个数与所述阵列喷嘴的个数和相对位置一致。4.根据权利要求3所述的一种燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室，其特征在于，所述阵列喷嘴内径为D
j
，且4mm≤D
j
≤15mm，阵列喷嘴外径为D
jw
，且(D
a
‑
2)mm＜D
jw
＜(D
a
‑
0.5)mm，其喷嘴长度为L
j
，其采用交叉射流的方式来实现空气燃料...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志刚，熊燕，杨柠菁，马也，徐祥，
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：