[实用新型]一种燃气轮机燃烧室冷却气稳焰装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机技术领域，尤其涉及一种燃气轮机燃烧室冷却气稳焰装置。

背景技术

由于环境保护的要求越来越严格，在近年来的燃气轮机燃烧室中越来越多地使用预混燃烧的方式来降低氮氧化物(NOx)的排放。在典型的采用预混燃烧方式的燃烧室头部结构中，一般包含一个布置在中心的中心喷嘴和多个均匀地布置在中心喷嘴四周的外围喷嘴。外围喷嘴一般采用预混燃烧模式以减少污染物排放，中心喷嘴采用扩散燃烧模式或者预混燃烧模式，喷嘴下游形成稳定的火焰，作为外围喷嘴生成预混火焰的火种使用，由此维持预混燃烧。

现有燃气轮机燃烧室在中心喷嘴下游设置锥形稳焰板，以创造一个减速扩压区形成回流区来稳定火焰。然而，锥形稳焰板内部存在燃烧，锥形稳焰板的壁面温度会大幅上升，因此需要对该壁面进行冷却。专利US8113000在锥形稳焰板外侧引入冷却气对该壁面进行冷却，当燃烧室性能提升时，锥形稳焰板的冷却气量会增加，减少了燃烧用气体，同时会造成头部流量分配的变化。

因此，针对以上不足，本实用新型提供了一种燃气轮机燃烧室冷却气稳焰装置。

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可节省传统稳焰装置设置、减少冷却气消耗及提高燃烧室的态燃烧稳定性的燃气轮机燃烧室冷却气稳焰装置。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种燃气轮机燃烧室冷却气稳焰装置，其包括中心喷嘴、中心喷嘴外侧同心设置的环形外围喷嘴，以及第一冷却气引入单元，所述中心喷嘴的外壁为空心管道，所述中心喷嘴的的出口端为斜孔或斜缝，所述中心喷嘴的的进口端与第一冷却气引入单元连通。

其中，所述斜孔或斜缝向外倾斜，以喷出向外张开的锥形冷却气流。

其中，所述环形外围喷嘴包括内层环形外围喷嘴和外层环形外围喷嘴，内层环形外围喷嘴的外壁为空心管道，内层环形外围喷嘴的空心管道的出口端为斜孔或斜缝；外层环形外围喷嘴的旋流角大于内层环形外围喷嘴的旋流角。

其中，还包括第二冷却气引入单元，所述内层环形外围喷嘴进口端连接第二冷却气引入单元。

其中，所述第一冷却气引入单元的前段连通有冷却气源，中段为一个收缩喷管或拉瓦尔喷管，后段与中心喷嘴外壁的空心管道连通；所述第二冷却气引入单元的前段连通有冷却气源，中段为一个收缩喷管或拉瓦尔喷管，后段与内层环形外围喷嘴的空心管道连通。

其中，所述第一冷却气引入单元和第二冷却气引入单元的前段与中段之间还设置有加压部件；所述前段与中段内的冷却气压比为亚临界值。

其中，所述拉瓦尔喷管产生超声速气流。

其中，所述环形外围喷嘴的旋流角大于中心喷嘴的旋流角。

其中，所述斜孔或斜缝与中心喷嘴中轴线的夹角在20°～45°之间，喷嘴末端端面的开孔面积或斜缝面积占喷嘴末端端面总面积的20％～50％，斜孔孔径或斜缝宽度在2～5mm之间。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有如下优点：本实用新型提供的燃气轮机燃烧室冷却气稳焰装置中，在中心喷嘴前端设置第一冷却气引入单元，从压气机、燃压缸或者外部气源引入少量冷却气，经过第一冷却气引入单元加速，进入中心喷嘴外壁内的空心管道，最终从中心喷嘴外壁末端的斜孔或斜缝喷出，在中心喷嘴下游形成一个固定角度的锥形冷却气流，该气流代替传统的固体椎板稳焰板，可以有效分隔中心喷嘴和外围喷嘴的流动，在中心喷嘴下游形成一个扩张区，使中心喷嘴的流动减速增压，形成一个稳定的回流区，增强中心喷嘴的稳焰性能；引入的冷却气流向下游流动，最终仍参与燃烧，减少了单纯冷却气的浪费，提高了燃烧室总体性能；采用此结构还节省了传统稳焰装置的冷却设计，提高了燃烧室头部结构的寿命，增强了内外喷嘴的适应性；此燃烧模式采用周向均匀分布的多层旋流燃烧的结构，降低了燃烧室周向燃烧震荡，提高了燃烧室的动态燃烧稳定性。

附图说明

图1是包含本实用新型燃气轮机燃烧室冷却气稳焰装置的燃烧室头部结构示意图；

图2是本实用新型燃气轮机燃烧室冷却气稳焰装置的剖视图。

图中，1：中心喷嘴；2：内层环形外围喷嘴；3：外层环形外围喷嘴；4：第一冷却气引入单元；5；加压部件；6：收缩喷管；7：斜缝；101：中心喷嘴外壁；201：内层环形外围喷嘴外壁。

具体实施方式