CN105465831A - 带有双火焰筒及稳焰器的燃气轮机燃烧室 - Google Patents

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张群
邢力
杨省喆
汪玉明
闫东博
黎超超
李逸飞
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Abstract

本发明所提供的一种带有双火焰筒及稳焰器的燃气轮机燃烧室，包括内部值班燃烧区的小火焰筒和外部的主燃烧区的大火焰筒，稳焰器被设置在内火焰筒和外火焰筒之间的头部区域。双火焰筒的设计可以减少主、副(值班级)燃烧区气流以及火焰的干扰，极大提高燃烧室燃烧的稳定性以及减少燃烧室的振荡，同时也可实现对燃烧室的主、副级燃料燃烧量的单独控制。主燃烧区的火焰稳定器使得主燃级在较高气流速度的情况下能够高效、稳定的燃烧。

Description

带有双火焰筒及稳焰器的燃气轮机燃烧室
技术领域
本发明涉及燃气轮机领域，具体而言，涉及一种地面燃机的带有双火焰筒及稳焰器的燃气轮机燃烧室。
背景技术
燃气轮机是现代工业成果的结晶，燃烧室是燃气轮机的重要部件，燃烧室的主要功能是使燃料的化学能转化为热能。燃烧室在燃料燃烧的过程中，常会产生一些问题，燃烧室火焰筒是用来控制燃油和空气燃烧，控制空气流量分配，组织燃烧及冷却空气膜的腔体。
图1是现有的一般干式低氮氧化物排放燃烧室的结构示意图，燃烧筒设于燃烧室内，燃烧筒的进气端设有端板，端板上固定有值班旋流器和围绕值班旋流器的8个主旋流器。旋流器由旋流筒5、6和叶片2、7组成，叶片2、7围绕中部的中心孔设置。主燃级喷管从主旋流器叶片中部的中心孔穿入主旋流筒中，值班级喷管3从值班旋流器叶片中部的中心孔穿入值班旋流筒中。主旋流筒尾部收敛，值班旋流筒尾部扩张。
为了加强混合度以及防止回火，主旋流筒尾部设计了收敛段，以便加速未燃气流。但是燃烧室在低负荷运行时，在主旋流筒收敛段出口较高气流速度没变的情况下，减少主燃烧区的燃料流量，会使得主燃烧区的着火条件变差，燃烧效率降低。由于主旋流筒出口气流量较大，且速度较高，这样会对值班燃烧区产生较大的冲击，不利于值班燃烧区的火焰稳定，而且值班燃烧区、主燃烧区的燃烧量不能单独控制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种带有双火焰筒及稳焰器的地面燃机燃烧室，该结构使得值班燃烧区与主燃烧区分开进行燃烧，大大提高了火焰的稳定性，降低了燃烧室的振荡，也可以实现对值班级、主燃级燃烧量的单独控制。同时，主燃烧区的火焰稳定器使得主燃级在较高气流速度的情况下能够高效、稳定的燃烧。
本发明通过如下技术手段解决上述技术问题：双火焰筒结构，其特征在于，火焰筒由内部值班燃烧区的火焰筒以及外部包围环形主燃烧区域的火焰筒，内部火焰筒轴向起始端与值班级扩压器的末端相连，且其直径与扩压器出口直径相等，轴向长度150～200mm。外部火焰筒位于主旋流筒外侧，起始端距离主旋流器140～160mm，长度360～400mm。
作为本发明的改进：带有双火焰筒及稳焰器的地面燃机燃烧室，其特征在于，所述外燃烧筒与内燃烧筒的环形区域内部还设置有月牙状的火焰稳定器，所述火焰稳定器通过其径向月牙状支柱或连接环固定在所述旋流器的下游，所述径向支柱的数量与所述主旋流器的数量对应。
所述主燃烧区火焰稳定器，其特征在于，火焰稳定器距离值班扩压器末端的轴向距离为30mm～50mm。环形月牙状结构稳焰器的开口朝向下游，且其中心线的直径等于内、外火焰筒直径的平均值；与之相连的径向的月牙状稳焰器分别位于旋流器的正下方，且在周向上均匀分布。
采用本发明可以取得以下有益效果：
1)大小火焰筒的配合设计，使得燃烧室在低负荷运行时，可以单独调节主燃烧区和值班燃烧区的燃烧量，减少了主、副(值班级)级气流以及火焰的相互干扰，大大提高了燃烧室火焰的稳定燃烧。本发明的内火焰筒与火焰稳定器相连，其阻隔了值班火焰与主燃烧火焰，而且阻断了声波的传播，有效的减少燃烧室的振荡。
2)由于火焰稳定器本身的结构特点，即使在旋流器下游高速气流的冲击下，燃气也能在火焰稳定器上稳定燃烧，从而使燃气能在燃烧筒头部燃烧，缩短燃气着火点离旋流器的距离，有利于充分的利用燃烧筒的内部空间，降低燃气在燃烧筒内的停留时间，达到减少污染物的排放量的目的。本发明稳焰器的设计，使得燃气能充分的反应，极大的提高了燃烧室的燃烧效率。
附图说明
图1：现有的一般干式低氮氧化物排放燃烧室；
图2：本发明燃烧室三维剖视图；
图3：本发明燃烧室沿轴横向后视图；
图4：本发明燃烧室所用火焰稳定器的横截面图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述：
如图2、图3所示，本实施例的带有双火焰筒及稳焰器的地面燃机燃烧室包括内火焰筒4和外火焰筒10以及与之相连的火焰稳定器，火焰稳定器由中心环9、八个径向支柱8(径向支柱的数量与燃烧筒内主旋流器的数量对应)组成。
如图2所示，内火焰筒4与值班旋流筒扩张段6出口相连，直径相等，同时与火焰稳定器的径向支柱8相连接，内火焰筒轴向长度150～200mm。外火焰筒10包括四段直径渐增的环形段，每段长度为90～100mm，其外壁与机匣11采取铆钉连接，其前段内壁与火焰稳定器的径向支柱8相连接。该结构可以单独调节主燃烧区和值班燃烧区的燃烧量，减少了主、副(值班级)级气流以及火焰的相互干扰，大大提高了燃烧室燃烧的稳定性，减少了燃烧室的振荡。
地面燃机燃烧室包括若干个燃烧器，燃烧器沿机组圆周方向均匀布置，斜插入燃烧室外壳里燃烧室外壳与燃烧室兼压气机缸连接成一整体。燃烧器由燃料喷管组包括主燃级喷管和值班级喷管、燃烧筒、过渡段和旁路阀及附件组成。
火焰稳定器8、9的横截面如图4所示，为月牙状，月牙的开口方向朝向下游；火焰稳定器8、9的轴向位置如图2所示，距离值班扩压器6末端的轴向距离为30mm～50mm，其周向位置如图3所示，火焰稳定器中的环形稳焰器9的直径等于内火焰筒与外火焰筒直径的平均值。八个径向支柱8位于主旋流器2的正下游。该结构使燃气能在燃烧筒头部燃烧，有利于充分的利用燃烧筒的内部空间，同时极大的提高了低负荷运行时的燃烧效率。

Claims (4)

1.带有双火焰筒及稳焰器的燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述双火焰筒包括内部副燃级的火焰筒以及外部包围环形主燃区域的火焰筒；所述稳焰器由一个环形月牙状结构及与之相连的8个沿径向与内、外火焰筒相连的月牙状结构组成。
2.根据权利要求1所述的带有双火焰筒及稳焰器的燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述燃烧室包括燃烧筒，所述燃烧筒的进气端设有值班旋流器和围绕所述值班旋流器的若干个主旋流器，其特征在于，所述外燃烧筒与内燃烧筒的环形区域内部还设置有所述火焰稳定器，所述火焰稳定器通过其径向支柱或连接环固定在所述旋流器的下游，所述径向支柱的数量与所述主旋流器的数量对应，每个所述主旋流器中心与每个径向支柱相对。
3.根据权利要求2所述的带有双火焰筒及稳焰器的燃气轮机燃烧室，其特征在于，双火焰筒结构的内部火焰筒轴向起始端与值班级扩压器的末端相连，且其直径与扩压器出口直径相等，轴向长度150～200mm。外部火焰筒位于主燃级旋流筒外侧，与外机匣相连接。
4.根据权利要求1、2所述的带有双火焰筒及稳焰器的燃气轮机燃烧室，其特征在于，稳焰器距离值班级扩压器末端的轴向距离为30mm～50mm。环形月牙状结构稳焰器的中心线的直径等于内、外火焰筒直径的平均值，与之相连的8个径向的月牙状稳焰器位于8个旋流器的正下方，且在周向上均匀分布。
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