[发明专利]一种气体燃料低污染燃烧室贫预混旋流喷嘴及全环燃烧室

说明书

本发明涉及一种气体燃料低污染燃烧室贫预混旋流喷嘴及全环燃烧室，包括轴向旋流器、燃料管路、燃料喷射孔、预混段、出口收敛段和壁面发散小孔，多个燃料喷射孔位于燃料管路末端的燃料凸台上，其喷出的燃料与旋流空气在预混段混合均匀，旋流喷嘴的燃烧当量比为0.55‑0.75，保证燃烧区温度较低且无局部热点，从而有效减少氮氧化物的生成；燃料/空气混合物经出口收敛段加速流动，减小回火风险；壁面发散小孔能降低壁温和附面层燃料/空气比，减少发生自燃和回火风险；在实际燃烧室中，通过合理布置一定数量的相同尺寸的旋流喷嘴形成多点贫预混燃烧室头部，并采用主模燃料分级供应，可实现燃烧室在全工况范围内的低污染排放水平。

技术领域

本发明属于燃气轮机燃烧室领域，涉及一种气体燃料低污染燃烧室贫预混旋流喷嘴及全环燃烧室，具体是一种适用于气体燃料的低污染燃烧室贫预混旋流喷嘴方案。

背景技术

近年来，随着全国各地雾霾天气的频繁发生，人们已经逐渐意识到生态环境问题已然成为影响人类社会生存的重要问题。由于传统的能源燃料如煤炭和石油的主要元素为碳、氧、氢、氮和硫，燃烧后会产生大量有害气体SOx和NOx，当不完全燃烧时还会产生大量的未燃颗粒物(PM2.5，雾霾的罪魁祸首)，对环境造成很大的污染，因此寻找清洁能源刻不容缓。而天然气、页岩气等气体的主要元素为碳和氢，燃烧过程中不会产生酸性气体SOx，未完全燃烧也不会产生未燃颗粒物，因此越来越受到人们的青睐，近年来天然气等气体燃料的消耗量呈逐年上升的趋势。

然而与液体燃料相比，燃用气体燃料的燃气轮机燃烧室对污染物排放要求更为苛刻，大多数场合对天然气燃烧室的污染物排放要求为NOx<25ppm，CO<50ppm，因此对所采用的燃烧技术及燃烧组织方式提出了更高的要求。目前，燃气轮机低污染燃烧技术主要包括：“湿”低排放燃烧技术、催化燃烧超低排放技术及“干”低排放燃烧技术。但由于“湿”低排放燃烧技术对CO排放和部件寿命的负面影响以及催化燃烧技术所遇到的技术瓶颈，因此“干”低排放燃烧技术仍是以后燃气轮机的主要发展方向，需充分发掘其降低污染物排放的潜力。“干”低排放燃烧技术是采用预混燃烧方式，燃料与过量空气充分混合之后再进入燃烧区燃烧，通过调节燃料-空气混合物的当量比来控制燃烧区火焰温度，从而达到降低NOx排放的目的。

国内近年有许多关于气体燃料的贫预混低污染燃烧室的专利申请。专利201711143593.7公开了一种燃用气态燃料的燃烧室径向多级旋流喷嘴，其空气流道由内而外分为四个旋流流道，而燃料流道分为主级燃料流道和副级燃料流道，该结构能充分保证燃料/空气混合均匀；专利201420733445.6和专利201420547162.2沿轴向均采用两级旋流器，强化气体燃料/空气混合，提高喷嘴出口燃料/空气的混合均匀度。通过分析可知，上述喷嘴沿径向或轴向增加旋流通道，虽然能提高燃料/空气混合均匀性，但是结构稍嫌复杂、流阻大，且无具体的防范发生自燃、回火及振荡燃烧的措施。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种气体燃料低污染燃烧室贫预混旋流喷嘴及全环燃烧室，是一种适用于气体燃料低污染燃烧室贫预混旋流喷嘴方案，该方案结构简单可行，既能保证燃料/空气的充分混合，还能减少流动分离，降低流阻损失，同时采取措施降低发生回火和自燃的风险。

技术方案

一种气体燃料低污染燃烧室贫预混旋流喷嘴，包括旋流器外壁和轴向旋流器；其特征在于：所述轴向旋流器4中心的旋流器内壁6为燃料管路入口7，轴向旋流器4的一端设有燃料凸台9，深入至预混段10中，燃料凸台9的斜面上均匀分布多个燃料喷射孔8，燃料喷射孔8的轴心与轴向旋流器4的轴心的夹角为β；使得燃料自燃料管路入口7进入，通过燃料凸台9，经由喷射孔8进入预混段10；轴向旋流器4与出口收敛段11之间预混段2的旋流器外壁上设有多个壁面发散小孔3，出口收敛段11之后为旋流喷嘴出口12；所述轴向旋流器9的叶片为曲叶片，沿周向均匀分布；所述的旋流喷嘴出口12的内径D为25mm～40mm，预混段长度S与内径D之比为0.7～1.2。