[发明专利]基于富燃、焠熄、贫燃技术的低排放火焰筒

说明书

本发明的一个目的是提供一种基于富燃、焠熄、贫燃技术的低排放火焰筒，其具有改善了的污染排放性能。根据本发明的基于富燃、焠熄、贫燃技术的低排放火焰筒，包括火焰筒旋流器、火焰筒筒体与火焰筒外机匣；其中一部分空气从旋流器进入火焰筒筒体形成主燃区回流区，与燃油掺混后进行富油燃烧；另一部分空气从火焰筒筒体的掺混孔进入火焰筒，对富油燃气进行快速掺混；头部高度比是火焰筒筒体的头部高度与旋流器直径之比，取值范围为1.9～2.1。

技术领域

本发明涉及基于富燃、焠熄、贫燃技术的低排放火焰筒。

背景技术

随着现代燃气轮机技术的不断发展，燃烧室的污染排放问题也日益凸显，国际民航组织也因此制定了一系列严苛的标准，严格限制燃气轮机一氧化碳(CO)、未燃碳氢(UHC)、碳烟(Smoke)以及氮氧化物(NOx)等污染物的排放，其中以NOx最为严苛。为了满足污染排放的指标要求，各大航空发动机制造公司提出了各种类型的低污染燃烧室设计概念。

从燃气轮机燃烧室污染物的生成机理和影响因素可知，随着燃气轮机功率的变化，CO与NOx的变化规律完全相反。因此针对传统的燃气轮机燃烧室而言，同时降低这四种污染物排放是不可能的，目前只能采取折中的方法，即不论燃气轮机的工作状态如何，控制燃气轮机主燃区的温度在1650～1700K左右的范围内，确保这两种污染物的生成量都保持在一个较低的水平。目前国际上主流的低污染燃烧室主要有以下几类：燃油分级燃烧室、贫油预混预蒸发燃烧室、贫油直接喷射燃烧室和富油-焠熄-贫油燃烧室，其中富油-焠熄-贫油燃烧室(Rich-quench-lean(RQL)，下文简称RQL燃烧室)是一种采用富燃、焠熄、贫燃燃烧组织形式的低排放燃烧室，其基本理念是先组织一个富油的燃烧区，然后在下游的焠熄区供入大量的新鲜空气快速掺混，迅速降低当量比，进入贫油燃烧区，燃料经过充分燃烧后排入涡轮。RQL技术发展时间最长，应用也最为广泛，具有燃烧稳定，不易发生回火及自燃的优点。

因此，常规的低排放设计思路往往是从气动设计、燃油分级等头部设计的角度进行考虑。

然而，如何进一步改善火焰筒污染排放性能仍然是本技术领域长期有待解决的一个课题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种基于富燃、焠熄、贫燃技术的低排放火焰筒，其具有改善了的污染排放性能。

根据本发明的基于富燃、焠熄、贫燃技术的低排放火焰筒，包括火焰筒旋流器、火焰筒筒体与火焰筒外机匣；其中一部分空气从旋流器进入火焰筒筒体形成主燃区回流区，与燃油掺混后进行富油燃烧；另一部分空气从火焰筒筒体的掺混孔进入火焰筒，对富油燃气进行快速掺混；头部高度比是火焰筒筒体的头部高度与旋流器直径之比，取值范围为1.9～2.1。

在一实施例中，火焰筒筒体包括双层壁浮动瓦块结构与多斜孔冷却结构。

在一实施例中，将火焰筒筒体内限定的燃烧室长高比定义为火焰筒筒体的长度与径向方向上的火焰筒筒体的头部高度之比，所述燃烧室长高比取值范围为3.5～4.0。

在一实施例中，所述旋流器由6～10片旋流器叶片组成，旋流器叶片角度为30°到60°之间。

在一实施例中，双层壁浮动瓦块结构与火焰筒筒体的外层壁内壁面之间的间距为0.5～2mm。

在一实施例中，所述多斜孔冷却结构上的冷却孔的直径范围在1～3mm，倾斜角在30°到60°之间。

在一实施例中，火焰筒筒体限定的燃烧室向下游方向依次包括富油燃烧区、快速焠熄区和贫油燃烧区，且流道是渐缩的。

在一实施例中，火焰筒筒体的头部端壁采用多孔壁面的冷却结构。

在一实施例中，所述头部高度比为2。