[发明专利]一种三级旋流部分预混的地面燃机燃烧室

说明书

技术领域

本发明涉及燃气轮机领域，具体而言，涉及一种三级旋流部分预混的地面燃机燃 烧室。

背景技术

随着重型燃气轮机技术的发展，现代重型燃气轮机追求超低污染排放，同时向着 高温升的方向发展，燃气轮机总体性能的提升对主燃烧室设计提出了更高要求。数十 年间发展目标始终为更高的燃烧室出口平均温度(标定燃气轮机技术等级)以及更低 污染物排放；上述技术指标与燃烧室紧密相关且自身互相矛盾，更高的燃烧室出口平 均温度意味着更多燃料参与燃烧过程，燃烧室内平均温度更高，而作为燃烧室主要污 染物的氮氧化物与燃烧室内部热力过程密切相关。燃气轮机燃烧室的基本功能为在有 限空间内高强度的通过组织燃料与空气流动并发生化学反应，将燃料中化学能转化为 燃气中热能从而推动透平做功。其核心为湍流混合过程与化学反应动力过程的交互作 用。

干式低NOx(drylowNOx，DLN)燃烧技术是根据热力型NOx的Zeldovich生成 原理，将燃烧室主燃烧区温度约束在1670～1900K的狭窄范围内以减少NOx排放， 因此必须采用预混燃烧方式，通过调节主燃烧区的燃料/空气当量比来控制火焰温度。 但仅控制平均当量比还不能满足要求，所有DLN燃烧室都要求燃料/空气均匀预混干 式低NOx(drylowNOx，DLN)燃烧技术的关键是在控制燃烧室主燃区总燃料/空气当 量比的前提下，实现燃料空气的均匀预混，国际上先进DLN燃烧室的研发都在预混 均匀性问题上花费了很大精力。

现有的大多重型地面燃机的DLN燃烧室，为了使得燃烧室火焰稳定，将中心设计 为进行扩散燃烧的值班级，由此造成了燃料与空气的混合不均匀，容易出现局部高温 区，造成NOx的排放量较大。一般工业用的重型燃气轮机的燃烧室在降低运行负荷时， 通常会增加值班级的燃料占比来稳定燃烧室火焰，此时值班级的污染排放就占了更大 的比例。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种三级旋流部分预混的地面燃机燃烧室，能提 高燃烧的均匀度，极大的降低燃烧室在各负荷下的NOx的排放。同时还提高了地面燃 机燃烧室的燃烧效率，缩短了燃料停留时间，节省了空间。

本发明通过如下技术手段解决上述技术问题：一种三级旋流部分预混的地面燃机 燃烧室，燃烧室头部包括绕着同一轴心的三个直径递增的旋流筒，其中位于内侧的两 个旋流筒内旋流叶片绕轴心均匀排布，位于最外侧的旋流筒内的若干旋流器绕外旋流 筒内径向中心均匀排布。处于外侧两个环形旋流筒内的燃料提前预混，进行预混燃烧。

所述头部三个旋流筒的直径比为4:7:15，长度为200mm～210mm。第一层(最内 层)旋流筒内距离出口135～145mm处装有安装角度为40～50°的旋流叶片，数量为 8～10个。第二层(中间)旋流筒内距出口5～10mm处装有安装角度为0°的旋流叶片， 数量为24个，绕燃烧室轴线均匀排布；距离出口130～140mm处装有安装角度为5～8° 的旋流叶片，数量为16个，绕燃烧室轴线均匀排布。第二层旋流筒内的四个燃料喷杆 与值班级的燃料喷杆相连接，周向上均匀分布，长度为60～70mm。

采用本发明可以取得以下有益效果：

不同方式的三级旋流设计，使得头部值班级的燃烧能够带动最外层主燃级流出的 较高速的预混燃料的燃烧，能够提高主燃级的燃烧速度和值班级的燃烧均匀度，极大 的降低燃烧室在各负荷下的NOx的排放，提高了地面燃机燃烧室的燃烧效率，缩短了 燃料停留时间，节省了燃烧室空间。

附图说明

图1：本发明的轴向正视图

图2：本发明的轴向剖视图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述：

如图1所示，本实施例的一种三级旋流部分预混的地面燃机燃烧室，燃烧室头部 包括绕着同一轴心的三个直径递增的旋流筒1、2和3，其中位于内侧的两个旋流筒1 和2内旋流叶片5和4绕燃烧室轴心均匀排布，位于最外侧的旋流筒3内的若干旋流 器6绕外侧环形旋流筒3内径向中心均匀排布。所述头部三个旋流筒的直径比为 4:7:15，长度为200mm～210mm。