[发明专利]一种基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室

说明书

本公开提供了一种基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室，包括：火焰筒，火焰筒包括外圈和内圈；外机匣，与火焰筒的外圈围成空气流通外通道；内机匣，固连于外机匣内部，内机匣与火焰筒的内圈围成空气流通内通道；至少两个轴向涡发生器，轴向涡发生器为一四面体空腔，轴向涡发生器分别固连于火焰筒的外圈和内圈上，适用于提供轴向涡使燃料掺混燃烧。本公开中的基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室，提出了轴向涡与微小切向射流相结合的设计方案，采用四面体结构产生轴向涡用于掺混，与采用旋流器的燃烧室相比无回流区和低速区，可有效的燃烧纯氢，克服了回火、自点火及燃烧不稳定问题。

技术领域

本公开涉及燃气轮机领域，尤其涉及一种基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室。

背景技术

随着国际和国内对能源低碳、清洁的要求逐渐提高，碳排放压力日益加剧，氢气作为未来低碳、清洁能源的代表，研究氢能热转化利用具有战略意义。氢气为低碳清洁能源，采用燃气轮机燃烧氢气是一种典型的氢能利用方式，相对于天然气燃料，氢气火焰传播速度极快且火焰面更容易发生皱曲，容易发生热声振荡和回火，进而导致现有基于贫预混加旋流的低污染燃机燃烧室难以燃用纯氢气或高浓度氢。

现有技术中的富氢燃料燃烧室主要采用贫预混低污染燃烧室局部改造以适应适量浓度的掺氢燃烧或者采用稀释扩散燃烧技术。纯氢燃烧室方面有干低微混合燃烧室，有贫油直喷燃烧室和基于混合燃料和空气的小尺寸横流冲击射流的燃烧室。其中微混合燃烧室基本原理类似液体火箭，将空气与氢气分别储藏于各自腔室中，在燃烧室中开有很多的空气“窗户”，而天然气切向射于空气中，利用剪切层进行掺混并稳定火焰，火焰稳定在下游两个回流区之间。

现有低污染燃气轮机主要采用干式低污染燃烧室，该种燃烧室采用贫预混和旋流燃烧。基于该种燃烧技术改造而来的低污染燃烧室只能掺烧部分氢气，难以燃用高浓度氢和纯氢。同时改造后的干低燃烧室，结构更加复杂，设计与试验成本高，大量修改燃烧室将会引起整机布局改变，研发成本增大。此外，现有纯氢燃烧室采用贫油直喷技术，其燃烧温度高，污染物排放高；横向射流微混合燃烧室结构复杂，加工造价成本高。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提出了一种基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室，以至少解决上述现有技术中存在的问题。

(二)技术方案

为达到上述目的，本公开提供了一种基于轴向涡对列布置掺混的氢燃烧室，包括：火焰筒，所述火焰筒包括外圈和内圈；外机匣，与所述火焰筒的所述外圈围成空气流通外通道；内机匣，固连于所述外机匣内部，所述内机匣与所述火焰筒的内圈围成空气流通内通道；至少两个轴向涡发生器，所述轴向涡发生器为一四面体空腔，所述轴向涡发生器分别固连于所述火焰筒的所述外圈和所述内圈上，适用于提供轴向涡使燃料掺混燃烧。

在本公开的一些实施例中，所述轴向涡发生器包括：两个侧面；斜坡面，位于所述两个侧面之间，与所述两个侧面相连；尾缘，与所述斜坡面、所述两个侧面相连，所述尾缘为一矩形平面。

在本公开的一些实施例中，所述尾缘包括：至少一个燃料孔，所述燃料孔的轴线与所述尾缘所在平面的夹角为0°～45°，所述燃料孔轴线的倾斜方向与所述斜坡面的倾斜方向一致，所述燃料孔与所述火焰筒的空气出口端相对，所述燃料孔适用于将所述氢燃烧室内的燃料形成射流，并将所述射流输出至所述火焰筒内。

在本公开的一些实施例中，所述轴向涡发生器与所述火焰筒被构造成一体化成型，所述轴向涡发生器与所述火焰筒的所述外圈围成一腔体，所述腔体被构造成氢燃料仓，所述燃料仓连有燃料管，所述燃料管穿过外机匣至所述氢燃烧室外。

在本公开的一些实施例中，所述轴向涡发生器在火焰筒的外圈和内圈上的布置方式均为周向对列布置。

在本公开的一些实施例中，所述周向对列布置包括：正对列布置，所述正对列布置为所述火焰筒外圈上的轴向涡发生器与所述火焰筒内圈上的轴向涡发生器相对布置。