一种兼顾火焰筒壁面冷却的轴向分级燃烧室制造技术

本发明专利技术公开了一种兼顾火焰筒壁面冷却的轴向分级燃烧室，涉及燃气轮机技术领域，包括值班燃烧器、主级燃烧器、次级燃烧器、火焰筒和端盖；主级燃烧器安装在火焰筒上，火焰筒端部与端盖固定连接，值班燃烧器安装在端盖上；次级燃烧器轴向围设于火焰筒外表面；火焰筒包括双层壁和单层壁；值班燃烧器、主级燃烧器和次级燃烧器的设置构成轴向分级燃烧结构。本发明专利技术通过设置高比例的空气从火焰筒双层壁进入主燃烧区域后部区域，既能够保证主要燃烧区域火焰筒壁面的冷却，又能够保证低负荷工况主燃烧区域当量比的稳定，同时又提供了高负荷工况次级燃料燃烧所需的空气。级燃料燃烧所需的空气。级燃料燃烧所需的空气。

【技术实现步骤摘要】
一种兼顾火焰筒壁面冷却的轴向分级燃烧室


[0001]本专利技术涉及燃气轮机
，尤其是涉及一种兼顾火焰筒壁面冷却的轴向分级燃烧室。

技术介绍

[0002]随着人们环保意识的加强，燃气轮机的低污染排放性能在各个应用领域的要求也越来越高。燃气轮机排放标准不仅仅对满负荷工况要求越来越严苛，还对低负荷工况等更宽运行范围的污染物排放做了限制。在燃气轮机低负荷工况，既要保证燃烧稳定性，又要满足排放要求，对燃烧室设计提出了更高的要求，为此各燃气轮机制造厂商都对低污染燃烧室进行了更深入的研究。
[0003]目前，对燃气轮机燃烧室低污染物燃烧技术的研究主要集中在燃料径向分级燃烧技术的研究。燃料径向分级燃烧技术即在燃烧器头部将燃料分为几路，不同的燃气轮机负荷，供给不同通道的燃料，在火焰筒内形成局部的稳定火焰，同时控制污染物的生成。不同的燃气轮机制造厂商采用不同的燃烧室结构，所实现的稳定燃烧、控制污染物排放的目的相同。现有的燃烧室采用头部多个燃烧器的燃烧技术，在燃气轮机低负荷工况，燃料供给部分头部燃烧器，保证部分燃烧器空燃比与设计点相同。随着负荷的增加，头部供给燃料的燃烧器数量增加，直到达到满负荷。另外，也有燃烧室从环腔里引出歧管到燃气轮机外，再回注到透平前进行掺混，在歧管上设置阀门来控制空气流量实现燃烧室内空燃比的调节。现有技术中也有采用燃料轴向分级的燃烧技术来拓宽燃气轮机低负荷稳定运行范围，降低污染物排放，但只是在火焰筒后部实现燃料可调，空气流量不可调。现有技术中还有采用旁通阀结构设计，在过渡段上设置旁通阀，不需要将空气引出燃气轮机。在低负荷下打开旁通阀，维持燃烧室头部空燃比，旁通阀设置在过渡段上，靠近透平入口，不能够供给燃料。
[0004]燃气轮机燃烧室燃烧稳定性和污染物排放水平取决于主燃烧区域燃烧温度，通过燃烧室空气流量分配和燃料流量分配，维持燃烧室主燃烧区域空气和燃料比例，使燃烧室能够在更宽的工况范围内保持稳定燃烧和较低的污染物排放水平。
[0005]公开号CN111829007A的中国专利涉及一种基于火焰筒凹腔结构的轴向分级燃烧室。通过设计的辅助进料件能够实现在低负荷时旁通部分空气，降低主燃烧区域空燃比，稳定燃烧；在高负荷时，将燃料从主燃烧区域后部投入火焰筒，使得主燃烧区域当量比恒定，降低NOX排放。空气与燃料进入辅助进料件后混合充分，在火焰筒后部形成均匀的二次燃烧区域，不会增加NOX排放。并且，凹腔结构靠近火焰筒一侧逐渐收缩，防止火焰进入凹腔内部。但是该专利侧重于火焰筒的结构改进，且燃料直接从次级燃烧器中进入，会使得进入火焰筒和燃烧室壳体之间的腔体的燃料量扩散增大，造成燃料与进入次级燃烧器中的空气混合不均匀。
[0006]公告号为CN210069920U的中国专利涉及动力设备
，公开一种燃烧室及燃气轮机，其中的燃烧室包括：机匣；设置于机匣内的火焰筒，自火焰筒的头部至尾部的方向依次间隔设有主燃孔组和掺混孔组；设置于火焰筒的进气口的旋流器和燃料喷嘴；燃料喷
嘴、旋流器、主燃孔组和掺混孔组的有效开口面积之比满足：使主燃区内的当量比大于1，且补燃区内的当量比小于1。该专利技术是通过在火焰筒上设置补燃区达到燃料与空气充分混合，但是在燃料不足情况下，补燃区不能及时提供燃料，会存在产生氮氧化物且工作效率低的问题。

技术实现思路

[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种兼顾火焰筒壁面冷却的轴向分级燃烧室。
[0008]为了实现本专利技术的目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0009]一种兼顾火焰筒壁面冷却的轴向分级燃烧室，包括值班燃烧器、主级燃烧器、次级燃烧器、火焰筒和端盖；
[0010]所述主级燃烧器安装在火焰筒上，火焰筒端部与端盖固定连接，值班燃烧器安装在端盖上；
[0011]所述次级燃烧器设于火焰筒外表面，在火焰筒周向上均匀分布若干个；所述火焰筒包括双层壁和单层壁；
[0012]所述值班燃烧器、主级燃烧器和次级燃烧器的设置构成轴向分级燃烧结构。
[0013]基于上述技术方案，更进一步地，轴向分级燃烧室还设有机匣，机匣与端盖固定连接，火焰筒安装在机匣内部，且机匣内壁与火焰筒外壁之间设有入口环形通道。
[0014]基于上述技术方案，更进一步地，单层壁和双层壁的连接方式不限，可一体成型，也可焊接成型。
[0015]基于上述技术方案，更进一步地，所述火焰筒的双层壁包括平直段和倾斜段，平直段和倾斜段连接，且平直段上开设有若干冷却孔，冷却孔的空气流量超过总空气流量的30％，其中，平直段和倾斜段的连接方式可为一体成型，也可以焊接成型。
[0016]基于上述技术方案，更进一步地，所述次级燃烧器包括导向肋片和燃料喷杆，导向肋片焊接在火焰筒双层壁的倾斜段出口端内壁面上，燃料喷杆固定在机匣上，燃料喷杆端部伸入到火焰筒内设置。
[0017]基于上述技术方案，更进一步地，所述燃料喷杆上开设有燃料喷孔，燃料通过燃料喷孔进入火焰筒内。
[0018]基于上述技术方案，更进一步地，与平直段连接的倾斜段一端的横截面积大远离平直段的倾斜段的另一端的横截面积，倾斜段呈渐缩结构。
[0019]基于上述技术方案，更进一步地，所述倾斜段外侧围设有导流环，导流环一端固定在双层壁外壁，另一端悬空设置。
[0020]基于上述技术方案，更进一步地，轴向分级燃烧室还开设有整流孔，整流孔设置在火焰筒端部。
[0021]基于上述技术方案，更进一步地，所述主级燃烧器包括至少一个旋流器叶片，且旋流器叶片构成一径向旋流器，旋流器叶片上还开设有将燃料喷入径向旋流器内的主级燃料引入孔。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果具体体现在：
[0023]本专利技术通过大量空气从火焰筒双层壁进入主燃烧区域后部区域，既能够保证主要
燃烧区域火焰筒壁面的冷却，又能够保证低负荷工况主燃烧区域当量比的稳定，同时又提供了高负荷工况次级燃料燃烧所需的空气。且本专利技术还通过在次级燃烧器增加导流环形成次级预混燃烧燃烧器的技术手段，进一步降低燃烧室内次燃区的燃烧温度，达到降低整体氮氧化物排放的效果。
附图说明
[0024]图1为本专利技术轴向分级燃烧室实施例1的结构示意图；
[0025]图2为图1中A部分的放大图；
[0026]图3为图1中B
‑
B的部分剖面图；
[0027]图4为本专利技术轴向分级燃烧室实施例2中双层壁的结构示意图；
[0028]图5为本专利技术实施例3中轴向分级燃烧室的部分结构示意图；
[0029]图6为本专利技术轴向分级燃烧室实施例3增加导流环的结构示意图；
[0030]附图标记：1.主级燃烧器；2.次级燃烧器；3.值班燃烧器；4.火焰筒；5.端盖；6.机匣；7.双层壁；8.单层壁；9.平直段；10.倾斜段；11.冷却孔；12.燃料喷杆；13.导向肋片；14.燃料喷孔；15.导流环；16.整流孔；17.短管。
具体实施方式
[0031]为使本专利技术的目的和技术方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种兼顾火焰筒壁面冷却的轴向分级燃烧室，其特征在于，包括值班燃烧器、主级燃烧器、次级燃烧器、火焰筒和端盖；所述主级燃烧器安装在火焰筒上，火焰筒端部与端盖固定连接，值班燃烧器安装在端盖上；所述次级燃烧器围设于火焰筒外表面，并在火焰筒周向上均匀分布若干个；所述火焰筒包括双层壁和单层壁；所述值班燃烧器、主级燃烧器和次级燃烧器的设置构成轴向分级燃烧结构。2.根据权利要求1所述的一种兼顾火焰筒壁面冷却的轴向分级燃烧室，其特征在于，轴向分级燃烧室还设有机匣，机匣与端盖固定连接，火焰筒安装在机匣内部，且机匣内壁与火焰筒外壁之间设有入口环形通道。3.根据权利要求2所述的一种兼顾火焰筒壁面冷却的轴向分级燃烧室，其特征在于，所述火焰筒的双层壁包括平直段和倾斜段，平直段和倾斜段连接，且平直段上开设有若干冷却孔，冷却孔的空气流量超过总空气流量的30％。4.根据权利要求3所述的一种兼顾火焰筒壁面冷却的轴向分级燃烧室，其特征在于，所述次级燃烧器包括导向肋片和燃料喷杆，导向肋片焊接在火焰筒双层壁的倾斜段出口端内壁面上，燃料喷杆固定在机匣上，燃料喷杆端...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宇明，臧鹏，蒋晓明，彭志胜，衡思江，傅燕妮，任占洋，隋永枫，
申请(专利权)人：杭州汽轮控股有限公司，
类型：发明
国别省市：