申请/专利权人：新奥能源动力科技(上海)有限公司

申请日：2018-12-04

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN109404966B

主分类号：F23R3/28

分类号：F23R3/28

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2019.03.26#实质审查的生效;2019.03.01#公开

摘要：本发明实施例提供了一种燃烧室头部装置及燃气轮机，涉及燃气轮机技术领域，主要解决燃气预混不均匀的技术问题；燃烧室头部装置，包括：主级燃料管、值班级燃料管及径向旋流器；值班级燃料管的一端具有值班级燃料喷孔，其中，主级燃料管的管壁内具有环状的主级燃料通道，主级燃料管套设在值班级燃料管的外周；本发明实施例的燃烧室头部装置可极大提高燃料与空气的预混均匀度，能有效避免局部高浓度燃料点的存在，进而能消除燃烧时局部高温现象的发生，极大降低了氮氧化物的排放量。

主权项：1.一种燃烧室头部装置，包括：主级燃料管、值班级燃料管及径向旋流器；所述值班级燃料管的一端具有值班级燃料喷孔，其特征在于，所述主级燃料管的管壁内具有环状的主级燃料通道，所述主级燃料管套设在所述值班级燃料管的外周，且靠近所述值班级燃料喷孔设置；所述燃烧室头部装置还包括径向分流器及喷管；所述径向分流器的内部具有多个分流通道，相邻的两个所述分流通道之间的夹角为90度，所述主级燃料管设置在所述径向分流器的中心，且所述主级燃料通道与所述分流通道连通；所述径向旋流器设置在所述径向分流器上，且所述径向旋流器与所述径向分流器同轴设置，多个所述喷管设置在所述径向分流器上且与所述分流通道连通；其中，所述径向旋流器包括多个叶片和壳体，多个所述叶片设置在所述壳体上，所述喷管靠近所述径向旋流器的叶片设置，且每个所述喷管与所述径向分流器的中心的距离相同；所述径向分流器构造为具有中心孔的盘状结构；所述喷管及所述径向旋流器均设置在所述径向分流器的第一侧面，所述径向旋流器与所述第一侧面围成燃气混合腔；所述主级燃料管设置在所述径向分流器的第二侧面，所述值班级燃料管穿设所述中心孔，且所述值班级燃料喷孔位于所述燃气混合腔内；所述喷管位于所述径向旋流器的外围；所述主级燃料管包括内管壁和外管壁，所述内管壁与所述外管壁之间具有一定间隙，并形成所述主级燃料通道，所述值班级燃料管设置在所述内管壁的管内；所述径向分流器包括盘状的底板和盘状的盖板，所述底板的一侧面上具有凸缘，所述盖板扣设在所述底板具有所述凸缘的一侧面上，所述底板和所述盖板的中部均设有通孔；所述主级燃料管穿设在所述盖板的所述通孔及所述底板的所述通孔内；其中，所述主级燃料管的所述外管壁设置在所述盖板的所述通孔的孔壁内，并与所述盖板连接；所述主级燃料管的内壁设置在所述底板的所述通孔的孔壁内，并与所述底板连接。

全文数据：燃烧室头部装置及燃气轮机技术领域本发明涉及燃气轮机技术领域，尤其涉及一种燃烧室头部装置及燃气轮机。背景技术低污染物排放是燃气轮机燃烧室设计的重要指标，如今，随着全社会低污染、低排放的大力倡导，燃气轮机的低污染物排放指标变得更为严格；燃料预混燃烧技术广泛应用于低污染的燃气轮机燃烧室设计中，其中空气与燃料的预混均匀程度对污染物的排放量起着决定性的作用；但是现有的燃料预混技术仍有很大的不足，预混不够均匀，造成燃烧时有局部高温现象，造成氮氧化物的排放量较高。发明内容本发明提供了一种能够有效防止局部高温现象，极大降低氮氧化物排放量的燃烧室头部装置及燃气轮机。一种燃烧室头部装置，包括：主级燃料管、值班级燃料管及径向旋流器；所述值班级燃料管的一端具有值班级燃料喷孔，其中，所述主级燃料管的管壁内具有环状的主级燃料通道，所述主级燃料管套设在所述值班级燃料管的外周，且靠近所述值班级燃料喷孔设置；所述燃烧室头部装置还包括径向分流器及喷管；所述径向分流器的内部具有分流通道，所述主级燃料管设置在所述径向分流器的中心，且所述主级燃料通道与所述分流通道连通；所述径向旋流器设置在所述径向分流器上，且所述径向旋流器与所述径向分流器同轴设置，多个所述喷管设置在所述径向分流器上且与所述分流通道连通；其中，所述喷管靠近所述径向旋流器的叶片设置，且每个所述喷管与所述径向分流器的中心的距离相同。作为示例，所述径向分流器构造为具有中心孔的盘状结构；所述喷管及所述径向旋流器均设置在所述径向分流器的第一侧面，所述径向旋流器与所述第一侧面围成燃气混合腔；所述主级燃料管设置在所述径向分流器的第二侧面，所述值班级燃料管穿设所述中心孔，且所述值班级燃料喷孔位于所述燃气混合腔内。作为示例，所述主级燃料管的管壁构造为中空结构，该中空部形成所述主级燃料通道。作为示例，所述主级燃料管的一端的外管壁具有隆起部，所述隆起部上具有与所述主级燃料通道连通的接嘴。作为示例，所述径向分流器构造为中空结构，该中空部形成所述分流通道；多个所述喷管均与所述分流通道连通。作为示例，所述径向分流器内具有多个径向设置的分流通道，多个所述喷管分别与多个所述分流通道一一对应连通。作为示例，相邻两个所述分流通道之间的夹角均相同。作为示例，所述喷管的管壁上具有多个所述主级燃料喷孔，多个所述主级燃料喷孔的开口方向相同。作为示例，所述喷管位于所述径向旋流器的外围。一种燃气轮机，包括燃烧室、涡轮及辅助系统，所述燃烧室内具有火焰筒，其中，所述燃气轮机还包括如上任意一种所述的燃烧室头部装置，所述燃烧室头部装置的燃气混合腔与所述火焰筒对接。本发明实施例的燃烧室头部装置及燃气轮机的有益效果在于：本发明实施例的燃烧室头部装置可极大提高燃料与空气的预混均匀度，能有效避免局部高浓度燃料点的存在，进而能消除燃烧时局部高温现象的发生，极大降低了氮氧化物的排放量。附图说明图1为本发明第一实施例的燃烧室头部装置的剖面结构示意图；图2为本发明第一实施例的燃烧室头部装置的底板的结构示意图；图3为本发明第二实施例的燃烧室头部装置的剖面结构示意图；图4为本发明第二实施例的燃烧室头部装置的底板的结构示意图；图5为本发明实施例的燃烧室头部装置的主级燃料喷管的剖面结构示意图。附图标记：1-主级燃料管；11-主级燃料通道；12-外管壁；121-隆起部；1211-接嘴；13-内管壁；2-值班级燃料管；21-值班级燃料喷孔；3-径向旋流器；31-壳体；32-燃气混合腔；4-径向分流器；41-分流通道；42-底板；421-隔板；422-凸缘；43-盖板；5-喷管；51-主级燃料喷孔。具体实施方式为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合说明书附图对本发明实施例进行详细的描述。如图1至图4所示，本发明实施例提供的一种燃烧室头部装置，包括：主级燃料管1、值班级燃料管2及径向旋流器3；值班级燃料管2的一端具有值班级燃料喷孔21；其中，主级燃料管1的管壁内具有环状的主级燃料通道11，主级燃料管1套设在值班级燃料管2的外周，且靠近值班级燃料喷孔21设置；燃烧室头部装置还包括径向分流器4及喷管5；径向分流器4的内部具有分流通道41，主级燃料管1设置在径向分流器4的中心，且主级燃料通道11与分流通道41连通；径向旋流器3设置在径向分流器4上，且径向旋流器3与径向分流器4同轴设置，多个喷管5设置在径向分流器4上且与分流通道41连通；其中，喷管5靠近径向旋流器3的叶片设置，且每个喷管5与径向分流器4的中心的距离相同。在本发明提供的实施例中，燃料被注入到主级燃料管1的主级燃料通道11内，然后流经径向分流器4的分流通道41到达喷管5，最后燃料从各个喷管5均匀喷出，与流经径向旋流器3的空气进行充分均匀的混合。其中，环形的主级燃料通道11保证通道内燃料在径向上的均匀分布，进一步的，在径向分流器4的作用下，燃料能够在径向上均匀分流至各个喷管5内，从而可保证每个喷管5所喷出燃料的量是一致的，进而极大提高了燃料与空气的预混均匀度，避免了局部高浓度燃料的存在，消除了燃料燃烧时局部高温现象的发生并降低了氮氧化物的排放量。进一步的，如图1及图2所示，在本发明提供燃烧室头部装置的第一实施例中，径向分流器4构造为具有中心孔的盘状结构；喷管5及径向旋流器3均设置在径向分流器4的第一侧面，径向旋流器3与第一侧面围成燃气混合腔32；主级燃料管1设置在径向分流器4的第二侧面，值班级燃料管2穿设中心孔，且值班级燃料喷孔21位于燃气混合腔32内。主级燃料管1的管壁构造为中空结构，该中空部形成主级燃料通道11。具体的，如图1所示，主级燃料管1包括内管壁13和外管壁12，内管壁13与外管壁12之间具有一定间隙，并形成该主级燃料通道11，值班级燃料管2设置在内管壁13的管内。径向分流器4包括盘状的底板42和盘状的盖板43，底板42的一侧面上具有凸缘422，底板42和盖板43的中部均设有通孔图中未标示出，其中，盖板43的通孔的直径大于底板42的通孔的直径，盖板43扣设在盖板43的具有凸缘422的一侧面上；主级燃料管1穿设在盖板43通孔及底板42的通孔内；其中，主级燃料管1的外管壁12设置在盖板43的通孔的孔壁内，并与盖板43连接；主级燃料管1的内壁设置在底板42的通孔的孔壁内，并与底板42连接，从而使得主级燃料通道11与分流通道41连通。底板42上设有多个孔，多个喷管5一一对应插接在底板42的孔内，即实现了喷管5与分流器底板42的连接，还实现了分流通道41与喷管5的连通。进一步的，在本发明提供的实施例中，径向旋流器3包括叶片和壳体31，多个叶片设置在壳体31上，叶片、壳体31及底板42之间围成燃气混合腔32；进一步的多个喷管5布设在径向旋流器3的外围，已在空气进入燃气混合腔32之间将喷管5所喷出的燃料经径向旋流器3带入到燃气混合腔32内，实现燃料与气体的混合；另外，在其他实施中，多个喷管5还可以布设在径向旋流器3的内部，本实施例在此不作具体限定；其中，本实施例的这种结构设置不仅能够保证主级燃料通道11和分流通道41内的燃料在径向上均匀分布，还使得结构布局更为紧凑，降低了对空间的占用；另外主级燃料管1与径向分流器4之间可以采用焊接的连接方式进行固定，以及，径向分流器4与径向旋流器3之间也可以采用焊接的连接方式进行固定，当然，本领域技术人员可根据实际情况采用其他的连接方式，或采用其他的连接件进行连接。进一步的，如图5所示，喷管5的管壁上具有多个主级燃料喷孔51，多个主级燃料喷孔51的开口方向相同；其中，主级燃料喷孔51的数量及孔径可根据实际需求做相应调整。进一步的，主级燃料管1的一端的外管壁12具有隆起部121，隆起部121上具有与主级燃料通道11连通的接嘴1211；其中，接嘴1211用于与外部的燃料供给管路进行有效便捷的对接。考虑到燃料在进入主级燃料管1时具有一定的速度及压力，隆起部121的设置不仅能够对燃料起到一定的缓冲作用，还能进一步保证燃料在主级燃料管1内径向上的均匀性。另外，本发明提供了燃烧室头部装置的第二实施例，如图3及图4所示，与第一实施有所不同的是，径向分流器4内具有多个径向设置的分流通道41；具体的，底板42上具有多个径向设置的隔板421，特定相邻两个隔板421之间形成分流通道41，多个分流通道41与多个喷管5一一对应连通；如图可知，在本实施例中，径向分流器4内具有四个分流通道41及四个一一相对应的喷管5，相邻两个分流通道41之间的夹角为90度。这种结构设置能有效降低燃料在径向分流器4中的积累和储存，从而能够提升燃料的相应速度。另一方面，本发明实施例还提供了一种燃气轮机，包括燃烧室、涡轮及辅助系统，燃烧室内具有火焰筒，其中，燃气轮机还包括上述的燃烧室头部装置，燃烧室头部装置的燃气混合腔32径向旋流器3的壳体31与火焰筒对接。其中，辅助系统例如可以包括：润滑系统，为燃气轮机的运动部件提供可靠的润滑，以保证运动部件的正常运转；燃料供给系统，为燃气轮机的正常工作提供动力燃料。当然，辅助系统并不仅限于包括上述的两类系统，在此不作过多赘述。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

权利要求：1.一种燃烧室头部装置，包括：主级燃料管、值班级燃料管及径向旋流器；所述值班级燃料管的一端具有值班级燃料喷孔，其特征在于，所述主级燃料管的管壁内具有环状的主级燃料通道，所述主级燃料管套设在所述值班级燃料管的外周，且靠近所述值班级燃料喷孔设置；所述燃烧室头部装置还包括径向分流器及喷管；所述径向分流器的内部具有分流通道，所述主级燃料管设置在所述径向分流器的中心，且所述主级燃料通道与所述分流通道连通；所述径向旋流器设置在所述径向分流器上，且所述径向旋流器与所述径向分流器同轴设置，多个所述喷管设置在所述径向分流器上且与所述分流通道连通；其中，所述喷管靠近所述径向旋流器的叶片设置，且每个所述喷管与所述径向分流器的中心的距离相同。2.根据权利要求1所述的燃烧室头部装置，其特征在于，所述径向分流器构造为具有中心孔的盘状结构；所述喷管及所述径向旋流器均设置在所述径向分流器的第一侧面，所述径向旋流器与所述第一侧面围成燃气混合腔；所述主级燃料管设置在所述径向分流器的第二侧面，所述值班级燃料管穿设所述中心孔，且所述值班级燃料喷孔位于所述燃气混合腔内。3.根据权利要求1所述的燃烧室头部装置，其特征在于，所述主级燃料管的管壁构造为中空结构，该中空部形成所述主级燃料通道。4.根据权利要求3所述的燃烧室头部装置，其特征在于，所述主级燃料管的一端的外管壁具有隆起部，所述隆起部上具有与所述主级燃料通道连通的接嘴。5.根据权利要求1所述的燃烧室头部装置，其特征在于，所述径向分流器构造为中空结构，该中空部形成所述分流通道；多个所述喷管均与所述分流通道连通。6.根据权利要求1所述的燃烧室头部装置，其特征在于，所述径向分流器内具有多个径向设置的分流通道，多个所述喷管分别与多个所述分流通道一一对应连通。7.根据权利要求6所述的燃烧室头部装置，其特征在于，相邻两个所述分流通道之间的夹角均相同。8.根据权利要求1所述的燃烧室头部装置，其特征在于，所述喷管的管壁上具有多个所述主级燃料喷孔，多个所述主级燃料喷孔的开口方向相同。9.根据权利要求1所述的燃烧室头部装置，其特征在于，所述喷管位于所述径向旋流器的外围。10.一种燃气轮机，包括燃烧室、涡轮及辅助系统，所述燃烧室内具有火焰筒，其特征在于，所述燃气轮机还包括如权利要求1至9中任意一项所述的燃烧室头部装置，所述燃烧室头部装置的燃气混合腔与所述火焰筒对接。

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