申请/专利权人：永能动力(北京)科技有限公司

申请日：2019-05-27

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN110207147B

主分类号：F23R3/38

分类号：F23R3/38

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2024.03.29#专利申请权的转移;2019.10.08#实质审查的生效;2019.09.06#公开

摘要：本发明提供一种干式低氮燃烧室，包括机匣、端盖、燃烧喷嘴组件、火焰筒以及主燃料气路；机匣为两端开口的筒形结构，端盖连接于机匣的一端，燃烧喷嘴组件设于机匣内并与端盖连接；火焰筒的头部与燃烧喷嘴组件的另一端连接，火焰筒与机匣同轴设置，以形成气流的环形二股通道；主燃料气路穿过端盖与燃烧喷嘴组件连通，值班燃料通过燃烧喷嘴组件进行喷射进入火焰筒；燃烧喷嘴组件包括中心体和熔断保险，中心体沿轴向设于端盖和火焰筒之间，中心体的端部位于火焰筒的颈部内，熔断保险设于中心体的端部；本发明提供的技术案，提高中心值班喷嘴的稳焰作用，保证中心体的安全，降低热力型NOx的生成，改善燃气轮机的排放性能，可靠性高，稳定性强。

主权项：1.一种干式低氮燃烧室，其特征在于，包括机匣（1）、端盖（2）、燃烧喷嘴组件（3）、火焰筒（4）以及主燃料气路（5）；所述机匣（1）为两端开口的筒形结构，所述端盖（2）连接于所述机匣（1）的一端，所述燃烧喷嘴组件（3）设于所述机匣（1）内；所述火焰筒（4）的头部与所述燃烧喷嘴组件（3）的一端连接，所述火焰筒（4）与所述机匣（1）同轴设置，以形成气流的环形二股通道（17）；所述燃烧喷嘴组件（3）的另一端与所述端盖（2）连接，所述主燃料气路（5）穿过所述端盖（2）与所述燃烧喷嘴组件（3）连通；所述燃烧喷嘴组件（3）包括中心体（6）和熔断保险（7），所述中心体（6）沿轴向设于所述端盖（2）和所述火焰筒（4）之间，所述中心体（6）的端部位于所述火焰筒（4）的颈部内，所述熔断保险（7）设于所述中心体（6）的端部，当所述中心体（6）温度超过所述熔断保险（7）的金属熔点时，所述熔断保险（7）熔断以对预混燃料进行导流作用；所述熔断保险（7）为熔点是500~600℃的金属；所述燃烧喷嘴组件（3）还包括径向旋流器（8）和预混燃料喷射杆（9）；所述预混燃料喷射杆（9）正对设于所述径向旋流器（8）的外端，所述径向旋流器（8）抵接于所述火焰筒（4）的端部，以使所述径向旋流器（8）和所述火焰筒（4）的颈部与所述中心体（6）形成预混区（15）；所述火焰筒（4）的颈部与所述预混区（15）之间的配合为间隙配合，所述火焰筒（4）的锥顶和筒壁上设有冷却气膜；所述中心体（6）包括中心值班喷嘴（20）、预混燃料回流通道（10）以及预混燃料均压室（11）；所述预混燃料回流通道（10）设于所述预混区（15）与所述中心值班喷嘴（20）之间，所述预混燃料回流通道（10）的一端与所述径向旋流器（8）连接；所述预混燃料均压室（11）设于所述预混燃料回流通道（10）的前端，所述主燃料气路（5）与所述预混燃料均压室（11）连通；还包括联接件（14），所述联接件（14）的一端连接于所述端盖（2），所述联接件（14）的另一端抵接于所述预混燃料喷射杆（9），所述联接件（14）位于所述预混燃料均压室（11）的端口；所述联接件（14）上均布设有多个细孔。

全文数据：一种干式低氮燃烧室技术领域本发明属于燃气轮机技术领域，具体涉及一种干式低氮燃烧室。背景技术中小型燃气轮机作为分布式供能的核心单元得到了越来越广泛的应用；为了降低燃气轮机的NOx排放，近几十年来在干式低NOx燃烧技术方面开展大量研发，主要包括稀态预混燃烧技术、富燃－焠熄－稀态燃烧技术、催化燃烧技术和无焰燃烧技术等，其中稀态预混燃烧技术已在工业燃气轮机上得到成功应用，在中小型燃气轮机上多为回流筒型燃烧室结构，特别适于采用径向旋流稳定的预混燃烧方式，此外为了拓展运行工况边界，通常带有扩散燃烧的中心值班喷嘴。稀态预混燃烧主要是通过控制火焰面温度而控制热力型NOx的生成，与燃料种类、当量比和进气温度有关；稀态预混燃烧过程中容易出现燃烧不稳定问题，主要表现为自点燃、回火和稀态吹熄；中心扩散燃烧的中心值班喷嘴可以极大拓展预混燃烧的稳定边界，一般径向旋流稳定的预混火焰带有中心值班喷嘴；然而，由于径向旋流器的回流区容易向上游移动，进入预混区后对中心值班喷嘴的辐射和对流换热加强，使得中心值班喷嘴的工作环境变差，若中心值班喷嘴的部件因高温损坏脱落，将严重威胁涡轮等后端部件；且现有技术的中心值班喷嘴大多设计的非常短，有的甚至与径向旋流器的顶部端面齐平，这样使得中心值班喷嘴的稳焰作用大大降低。发明内容本发明的目的是针对上述技术中存在的不足之处，提出一种干式低氮燃烧室，旨在解决上述燃烧室的中心值班喷嘴的部件因高温易损坏脱落的问题。本发明提供一种干式低氮燃烧室，包括机匣、端盖、燃烧喷嘴组件、火焰筒以及主燃料气路；机匣为两端开口的筒形结构，端盖连接于机匣的一端，燃烧喷嘴组件设于机匣内；火焰筒的头部与燃烧喷嘴组件的一端连接，火焰筒与机匣同轴设置，以形成气流的环形二股通道；燃烧喷嘴组件的另一端与端盖连接，主燃料气路穿过端盖与燃烧喷嘴组件连通；燃烧喷嘴组件包括中心体和熔断保险，中心体沿轴向设于端盖和火焰筒之间，中心体的端部位于火焰筒的颈部内，熔断保险设于中心体的端部，当中心体温度超过熔断保险的金属熔点时，熔断保险熔断以对预混燃料进行导流作用。进一步地，燃烧喷嘴组件还包括径向旋流器和预混燃料喷射杆；预混燃料喷射杆正对设于径向旋流器的外端，径向旋流器抵接于火焰筒的端部，以使径向旋流器和火焰筒的颈部与中心体形成预混区。进一步地，中心体包括中心值班喷嘴、预混燃料回流通道以及预混燃料均压室；预混燃料回流通道设于预混区与中心值班喷嘴之间，预混燃料回流通道的一端与径向旋流器连接；预混燃料均压室设于预混燃料回流通道的前端，主燃料气路与预混燃料均压室连通。进一步地，中心值班喷嘴包括值班燃料气喷管和轴向旋流器；值班燃料气喷管设于中心体的中部，值班燃料气喷管的一端穿过端盖，值班燃料气喷管的另一端与轴向旋流器连接。进一步地，熔断保险为熔点是500~600℃的金属。进一步地，预混燃料回流通道的端部周向均匀设有多个小孔，熔断保险填堵于小孔内。进一步地，火焰筒的颈部与预混区之间的配合为间隙配合，火焰筒的锥顶和筒壁上设有冷却气膜。进一步地，还包括联接件，联接件的一端连接于端盖，联接件的另一端抵接于预混燃料喷射杆，联接件位于预混燃料均压室的端口；联接件上均布设有多个细孔。进一步地，预混燃料喷射杆在向心侧布置单排燃料喷射孔，燃料喷射孔的喷射方向正对径向旋流器的流动通道；预混燃料喷射杆为多个。进一步地，预混燃料回流通道内设有隔板，隔板将预混燃料回流通道分隔为内通道和外通道，隔板在预混燃料回流通道的端部处设有通孔，以使内通道与外通道连通，外通道与预混燃料喷射杆连通，以使预混燃在预混燃料回流通道内折返，以对预混区的内环壁面进行冷却。采用上述技术方案，具有以下有益效果：提高中心值班喷嘴的稳焰作用，在中心体上设计预混燃料的回流通道和防回火的熔断保险，保证中心体的安全；在相同的燃气轮机工况下，中心值班喷嘴稳焰作用的提高，降低扩散燃料占总燃料量的比例，从而降低热力型NOx的生成，改善燃气轮机的排放性能，稳定性强，可靠性高，有效保障燃气轮机的使用环境，同时提高燃气轮机的使用寿命。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。以下将结合附图对本发明作进一步说明：图1为本发明一种干式低氮燃烧室示意图；图2为本发明一种干式低氮燃烧室的中心值班喷嘴示意图。图中：1-机匣；2-端盖；3-燃烧喷嘴组件；4-火焰筒；5-主燃料气路；6-中心体；7-熔断保险；8-径向旋流器；9-预混燃料喷射杆；10-预混燃料回流通道；11-预混燃料均压室；12-值班燃料气喷管；13-轴向旋流器；14-联接件；15-预混区；16-隔板；17-气流二股通道；20-中心值班喷嘴。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。如图1至图2所示，本发明提供一种干式低氮燃烧室，包括机匣1、端盖2、燃烧喷嘴组件3、火焰筒4以及主燃料气路5；其中，机匣1为中小型燃气轮机常用的回流式筒型燃烧室，机匣1为两端开口的筒形结构，端盖2连接于机匣1的一端，燃烧喷嘴组件3设于机匣1内；火焰筒4的头部与燃烧喷嘴组件3的一端连接，火焰筒4与机匣1同轴设置，以形成气流的环形二股通道17，以使空气通过二股通道17进入燃烧室；燃烧喷嘴组件3的另一端与端盖2连接，主燃料气路5穿过端盖2与燃烧喷嘴组件3连通；燃烧喷嘴组件3包括中心体6和熔断保险7，中心体6沿轴向设于端盖2和火焰筒4之间，中心体6的端部位于火焰筒4的颈部内，熔断保险7设于中心体6的端部，当中心体6温度超过熔断保险7的金属熔点时，熔断保险7熔断以对预混燃料进行导流作用；进一步地，燃烧喷嘴组件3还包括径向旋流器8和预混燃料喷射杆9；预混燃料喷射杆9正对设于径向旋流器8的外端，径向旋流器8抵接于火焰筒4的端部，以使径向旋流器8和火焰筒4的颈部与中心体6形成预混区15；具体地，中心体6长度经过优化，最前端位于火焰筒4锥顶的顶点处，该位置既能阻止高温回流区进入预混区15，又保证扩散中心值班喷嘴20的稳焰作用最强；进一步地，中心体6包括中心值班喷嘴20、预混燃料回流通道10以及预混燃料均压室11；预混燃料回流通道10设于预混区15与中心值班喷嘴20之间，预混燃料回流通道10的一端与径向旋流器8连接；预混燃料均压室11设于预混燃料回流通道10的前端，主燃料气路5与预混燃料均压室11连通；具体地，中心体6阻挡主回流区的高温燃气向燃烧室上游移动，拓宽预混燃料稳定机制的稳定运行范围；当火焰筒4的主回流区高温燃气向上游移动时，中心值班喷嘴20的工作环境变差，由于预混燃料回流通道10内燃料气的流动与换热，使得中心体6的壁面温度降低到允许使用温度；在极端情况下，当回流区移动到中心体6的上游，中心体6最前端的温度超过了许用温度，此时防回火的熔断保险7在高温的作用下融化，使预混燃料直接由低熔点金属堵塞的小孔流出，不再流向下游的预混燃料喷射杆9，此时径向旋流器8的预混燃烧方式变成纯扩散燃烧方式，回火造成的中心体6烧损脱落的风险完全消除，可以保障燃气轮机安全，解决燃气轮机的非计划停机事故，提高燃气轮机的可靠性和效率；进一步地，熔断保险7为熔点是500~600℃的金属；进一步地，中心值班喷嘴20包括值班燃料气喷管12和轴向旋流器13；值班燃料气喷管12设于中心体6的中部，值班燃料气喷管12的一端穿过端盖2，值班燃料气喷管12的另一端与轴向旋流器13连接，以使值班燃料通过值班燃料气喷管12向轴向旋流器13喷射进入火焰筒4；具体地，预混燃料回流通道10的端部设有折返结构，中心值班喷嘴20的外围是预混燃料的回流通道，在折返位置的上游，内壁面对预混燃料加热，在折返位置下游，外壁面也对预混燃料加热，外壁面另一侧由于受到火焰辐射和对流换热的双重作用，金属壁面的热流比较大，预混燃料的温升达到几十到近百度，尽管预混燃料的体积膨胀稍微增加流动阻力，但是对流冷却作用对保障中心值班喷嘴20的金属部件的安全至关重要；在预混燃料回流通道10的折返位置，设计有防回火的熔断保险7；当温度达到熔断保险7的金属熔点时，金属熔化以使预混燃料直接流出进入燃烧室的主回流区，燃烧方式变成纯扩散燃烧，火焰不再向预混区15内传播，中心值班喷嘴20的温度下降，燃气轮机的安全得到保障；采用上述技术方案，提高中心值班喷嘴20的稳焰作用，有效的保证中心体6的安全，中心值班喷嘴20稳焰作用提高，降低扩散燃料占总燃料量的比例，从而降低热力型NOx的生成，改善燃气轮机的排放性能，中心体6的防回火的熔断保险7极大降低涡轮等部件面临的燃烧室部件高温损坏造成脱落的风险，稳定性强，可靠性高，有效保障燃气轮机的使用环境，同时提高燃气轮机的使用寿命。优选地，结合上述技术方案，如图1至图2所示，本实施例中，预混燃料回流通道10的端部周向均匀设有多个小孔（未示出），熔断保险7填堵于小孔内；具体地，熔断保险7实际为低熔点金属堵塞小孔的结构，在中心值班喷嘴20达到一定温度，防回火的熔断保险7的金属熔化，堵塞的小孔打开，预混燃料直接从小孔流出进入燃烧室的主回流区，有效避免中心体6因温度过高损坏脱落的问题，保障燃气轮机的安全运行。优选地，结合上述技术方案，如图1至图2所示，本实施例中，火焰筒4的颈部与预混区15之间的配合为间隙配合，允许定量空气流动，通过火焰筒4锥顶的间隙进入火焰筒4；火焰筒4的锥顶和筒壁上设有冷却气膜（未示出）；具体地，火焰筒4与传统火焰筒4相比，取消主燃区的主燃孔与补燃孔，取消调节燃气温度的掺混孔，不能参与燃烧的空气主要通过火焰筒4的锥顶和壁面上的冷却气膜进入火焰筒4，结构简单，适用性强，可用于高温升的燃气轮机。优选地，结合上述技术方案，如图1至图2所示，本实施例中，干式低氮燃烧室还包括联接件14，联接件14的一端连接于端盖2，联接件14的另一端抵接于预混燃料喷射杆9，联接件14位于预混燃料均压室11的端口，以提供中心值班喷嘴20所需空气的通道；联接件14上均布设有多个细孔以使空气能够通过细孔快速进入预混燃料均压室11。优选地，结合上述技术方案，如图1至图2所示，本实施例中，预混燃料喷射杆9在向心侧布置单排燃料喷射孔（未示出），燃料喷射孔的喷射方向正对径向旋流器8的流动通道；预混燃料喷射杆9为多个，多个预混燃料喷射杆9可有效提升燃料喷射的效率，从而提升燃气轮机的性能。优选地，结合上述技术方案，如图1至图2所示，本实施例中，预混燃料回流通道10内设有隔板16，隔板16将预混燃料回流通道10分隔为内通道（未示出）和外通道（未示出），隔板16在预混燃料回流通道10的端部处设有通孔，以使内通道与外通道连通，外通道与预混燃料喷射杆9连通，以使预混燃在预混燃料回流通道10内折返，通过对流方式冷却预混区15的内环壁面，以避免金属部件温度过高，有效降低金属部件因温度过高造成烧损脱落的问题出现。以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。

权利要求：1.一种干式低氮燃烧室，其特征在于，包括机匣（1）、端盖（2）、燃烧喷嘴组件（3）、火焰筒（4）以及主燃料气路（5）；所述机匣（1）为两端开口的筒形结构，所述端盖（2）连接于所述机匣（1）的一端，所述燃烧喷嘴组件（3）设于所述机匣（1）内；所述火焰筒（4）的头部与所述燃烧喷嘴组件（3）的一端连接，所述火焰筒（4）与所述机匣（1）同轴设置，以形成气流的环形二股通道（17）；所述燃烧喷嘴组件（3）的另一端与所述端盖（2）连接，所述主燃料气路（5）穿过所述端盖（2）与所述燃烧喷嘴组件（3）连通；所述燃烧喷嘴组件（3）包括中心体（6）和熔断保险（7），所述中心体（6）沿轴向设于所述端盖（2）和所述火焰筒（4）之间，所述中心体（6）的端部位于所述火焰筒（4）的颈部内，所述熔断保险（7）设于所述中心体（6）的端部，当所述中心体（6）温度超过所述熔断保险（7）的金属熔点时，所述熔断保险（7）熔断以对预混燃料进行导流作用。2.根据权利要求1所述的干式低氮燃烧室，其特征在于，所述燃烧喷嘴组件（3）还包括径向旋流器（8）和预混燃料喷射杆（9）；所述预混燃料喷射杆（9）正对设于所述径向旋流器（8）的外端，所述径向旋流器（8）抵接于所述火焰筒（4）的端部，以使所述径向旋流器（8）和所述火焰筒（4）的颈部与所述中心体（6）形成预混区（15）。3.根据权利要求2所述的干式低氮燃烧室，其特征在于，所述中心体（6）包括中心值班喷嘴（20）、预混燃料回流通道（10）以及预混燃料均压室（11）；所述预混燃料回流通道（10）设于所述预混区（15）与所述中心值班喷嘴（20）之间，所述预混燃料回流通道（10）的一端与所述径向旋流器（8）连接；所述预混燃料均压室（11）设于所述预混燃料回流通道（10）的前端，所述主燃料气路（5）与所述预混燃料均压室（11）连通。4.根据权利要求3所述的干式低氮燃烧室，其特征在于，所述中心值班喷嘴（20）包括值班燃料气喷管（12）和轴向旋流器（13）；所述值班燃料气喷管（12）设于所述中心体（6）的中部，所述值班燃料气喷管（12）的一端穿过所述端盖（2），所述值班燃料气喷管（12）的另一端与所述轴向旋流器（13）连接。5.根据权利要求1所述的干式低氮燃烧室，其特征在于，所述熔断保险（7）为熔点是500~600℃的金属。6.根据权利要求2所述的干式低氮燃烧室，其特征在于，所述预混燃料回流通道（10）的端部周向均匀设有多个小孔，所述熔断保险（7）填堵于所述小孔内。7.根据权利要求2所述的干式低氮燃烧室，其特征在于，所述火焰筒（4）的颈部与所述预混区（15）之间的配合为间隙配合，所述火焰筒（4）的锥顶和筒壁上设有冷却气膜。8.根据权利要求3所述的干式低氮燃烧室，其特征在于，还包括联接件（14），所述联接件（14）的一端连接于所述端盖（2），所述联接件（14）的另一端抵接于所述预混燃料喷射杆（9），所述联接件（14）位于所述预混燃料均压室（11）的端口；所述联接件（14）上均布设有多个细孔。9.根据权利要求2所述的干式低氮燃烧室，其特征在于，所述预混燃料喷射杆（9）在向心侧布置单排燃料喷射孔，所述燃料喷射孔的喷射方向正对所述径向旋流器（8）的流动通道；所述预混燃料喷射杆（9）为多个。10.根据权利要求3所述的干式低氮燃烧室，其特征在于，所述预混燃料回流通道（10）内设有隔板（16），所述隔板（16）将所述预混燃料回流通道（10）分隔为内通道和外通道，所述隔板（16）在所述预混燃料回流通道（10）的端部处设有通孔，以使所述内通道与所述外通道连通，所述外通道与所述预混燃料喷射杆（9）连通，以使预混燃在所述预混燃料回流通道（10）内折返，以对所述预混区（15）的内环壁面进行冷却。

百度查询： 永能动力(北京)科技有限公司 一种干式低氮燃烧室

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