[实用新型]分布式火焰的燃烧室头部结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机燃烧室技术领域，特别是涉及一种分布式火焰的燃烧室头部结构。

背景技术

燃烧室是工业燃气轮机三大核心部件之一，其直接决定了燃气轮机的污染物是否满足环保法规的强制要求。工业重型燃气轮机燃烧室有多种燃烧组织形式，其核心在于将燃料与空气在诸多限制因素下以恰当方式充分燃烧。这里所述的限制因素主要包括通过燃烧室的压降、燃烧室金属壁温、燃烧室出口温度分布以及燃烧室的振动等。就现代工业重型燃气轮机中的主流燃烧室-环管型燃烧室而言，燃烧基本发生在一个直径约为400mm、长度约为1m的环管内，燃烧室的出口平均温度在1400～1600℃，远高于高温合金的长期工作温度(约1000℃)；在该种环境下，在保证冷却的前提下追求小于10ppm的CO_X、NO_X排放是燃烧室研发的目标与任务。在工业燃气轮机燃烧室发展的不同阶段，不同燃烧技术分别成为了不同时代的代表；其基本发展趋势为从单喷嘴发展至多喷嘴，从扩散燃烧发展至贫预混燃烧。现有技术中，无论采用单喷嘴还是多喷嘴，预混燃烧还是扩散燃烧，其具有共有特征均是燃烧室内部存在一个或多个火焰面，热量集中从火焰面中释放。导致燃烧室内部各个部位热量释放不均匀，因此存在着以下几个问题：

(1)热释放不均匀过程带来热斑变化对火焰筒冷却的影响，燃烧室冷却设计需要考虑所有热斑出现位置的冷却布置，增大冷却的消耗，不利于燃烧室等级提高；

(2)热释放不均匀导致局部热释放集中，产生热声振荡。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是提供一种分布式火焰的燃烧室头部结构，建立“分布式”火焰，避免热释放不均匀所带来的缺点，有利于抑制氮氧化物生成的速率。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种分布式火焰的燃烧室头部结构，包括：主喷嘴、中心值班喷嘴、燃烧室外壁和燃烧端板，所述主喷嘴包括多个主燃料管，所述燃烧端板固定在所述燃烧室外壁的后端；所述中心值班喷嘴设置在所述燃烧端板的中心；多个主燃料管穿过所述燃烧端板，伸入所述燃烧室外壁中，且排列在所述中心值班喷嘴的外侧周围；所述主燃料管伸入所述燃烧室外壁的部分设有至少一个径向燃料管，且所述径向燃料管位于所述中心值班喷嘴前端的上游；每个所述径向燃料管上设有主燃料喷孔；所述燃烧端板设有多个主空气进口。

其中,所述中心值班喷嘴包括中心喷嘴外壁、中心燃料管和多个旋流叶片；所述中心燃料管设置在所述燃烧端板的中心；所述中心喷嘴外壁设置在中心燃料管外侧，多个所述旋流叶片安装在所述中心燃料管上；所述旋流叶片设有多个中心旋流喷孔，所述中心旋流喷孔与所述中心燃料管连通。

其中，所述主燃料喷孔的孔径为5～10mm。

其中，所述径向燃料管与中心值班喷嘴前端的轴向距离为100～200mm。

其中，每个所述主燃料管上的径向燃料管为两个。

其中，多个所述旋流叶片沿中心燃料管的周向均匀排列。

其中，所述旋流叶片固定在中心燃料管的外壁与中心喷嘴外壁的内壁之间。

其中，所述主燃料管均匀排布在所述中心值班喷嘴的周围。

其中，每个所述径向燃料管上的所述主燃料喷孔为多个。

(三)有益效果

本实用新型提供的分布式火焰的燃烧室头部结构，通过设置轴向分布的中心值班喷嘴和主喷嘴，建立“分布式”火焰，避免热释放不均匀所带来的缺点，减少因热释放不均匀过程带来的热斑变化对火焰筒冷却的影响，减少冷却气的消耗。当提高燃烧室等级时，由于此燃烧方法热释放较为均匀，可以有效抑制热声振荡的产生。同时，更多的空气参与燃烧，燃烧较为充分，有利于抑制氮氧化物生成的速率。此外，“分布式”火焰化学反应特征时间尺度与湍流混合时间尺度相近，基元反应化学路径改变，也有利于抑制氮氧化物生成速率。此头部结构可组合成多种分级方式，有更广泛的燃料适应范围。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的剖视图；

图2为本实用新型实施例2的剖视图。