CN107023855A - 一种燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械设备领域，公开了一种燃气轮机，该燃气轮机包括机匣以及设置在机匣内的预混燃烧装置和火焰筒，其中，预混燃烧装置包括燃料喷射器，燃料喷射器上设有多个预燃级燃料喷孔以及围绕多个预燃级燃料喷孔的多个主燃级燃料喷孔，且预燃级燃料喷孔的个数小于主燃级燃料喷孔的个数；预燃级燃料喷孔与火焰筒连通；预混燃烧装置还包括旋流器，旋流器的进风口与机匣上的进风口连通，主燃级燃料喷孔通过旋流器与火焰筒连通。上述实施例中，主燃级和预燃级通过燃料喷射器实现了燃料的分配，简化了燃烧室的结构以及燃料控制系统。

Description

一种燃气轮机

技术领域

本发明涉及机械设备领域，尤其涉及一种燃气轮机。

背景技术

目前排放低浓度氮氧化物的燃烧室主要采用燃油分级和贫油预混预蒸发相结合的技术，燃烧分为主燃级和预燃级，其中，预燃级占少量燃料，为扩散燃烧，起到稳定的点火源的作用，点燃主燃级使其稳定燃烧，主燃级占大部分燃料，为贫燃预混燃烧，燃烧温度低，有利于降低氮氧化物的排放。现有的燃气轮机中由两根燃料管道分别给主燃级和预燃级供应燃料，燃料的输送量需要分别控制，结构和控制系统复杂。

发明内容

本发明提出了一种燃气轮机，主燃级和预燃级的燃料从一个燃料管进入，不用分别控制，简化了燃烧室的结构以及燃料控制系统。

本发明提供了一种燃气轮机，包括机匣以及设置在所述机匣内的预混燃烧装置和火焰筒，其中，

所述预混燃烧装置包括燃料喷射器，所述燃料喷射器上设有多个预燃级燃料喷孔以及围绕所述多个预燃级燃料喷孔的多个主燃级燃料喷孔，且所述多个预燃级燃料喷孔的个数小于所述多个主燃级燃料喷孔的个数；

所述多个预燃级燃料喷孔与所述火焰筒连通；

所述预混燃烧装置还包括旋流器，所述旋流器的进风口与所述机匣上的进风口连通，所述多个主燃级燃料喷孔通过所述旋流器与所述火焰筒连通。

上述实施例中，燃料进入燃料喷射器后大部分由主燃级燃料喷孔射出，为主燃级提供燃料，一小部分由预燃级燃料喷孔射出，为预燃级提供燃料，主燃级和预燃级通过燃料喷射器实现了燃料的分配，简化了燃烧室的结构以及燃料控制系统。

具体设置时，所述多个预燃级燃料喷孔与所述多个主燃级燃料喷孔的个数比介于1:3～1:10之间，如预燃级燃料喷孔的个数与主燃级燃料喷孔的个数比为1:3、1:6、1:8、1:10，设置合理的比例关系有助于主燃级燃料的充分燃烧。

在一个具体的实施例中，所述燃料喷射器包括进料管以及与所述进料管连通的主燃级燃料喷头，还包括与所述主燃级燃料喷头连通的预燃级燃料喷头；所述多个主燃级燃料喷孔设置在所述主燃级燃料喷头上，所述多个预燃级燃料喷孔设置在所述预燃级燃料喷头上。

优选的，所述多个主燃级燃料喷孔绕所述主燃级燃料喷头的轴线围成圆形。

优选的，所述多个预燃级燃料喷孔绕所述预燃级燃料喷头的轴线围成圆形。

优选的，每个预燃级燃料喷孔的轴线与所述预燃级燃料喷头的轴线之间具有设定的夹角。这样设置使得预燃级燃料以发散的形式经预燃级燃料喷头射出，增大了预燃级火焰与混合气的接触面积，有助于混合气的充分燃烧。

优选的，所述夹角介于30°～60°之间，如每个预燃级燃料喷孔的轴线与预燃级燃料喷头的轴线之间的夹角取30°、45°、60°。

具体设置时，所述旋流器包括套装在所述预燃级燃料喷头上的套筒以及设置在所述套筒上并与所述主燃级燃料喷头平行的底板，所述套筒与所述火焰筒连通；

还包括设置在所述底板与所述主燃级燃料喷头之间的多个叶片，所述多个叶片倾斜设置并围成圆形，且相邻的两个叶片之间至少有一个主燃级燃料喷孔。

优选的，所述相邻的两个叶片之间有一个主燃级燃料喷孔。

优选的，所述套筒与所述预燃级燃料喷头设置有预燃级燃料喷孔的一端平齐。

附图说明

图1为本发明实施例提供的燃气轮机的剖面图；

图2为图1中预混燃烧装置的剖面图；

图3为图1中预混燃烧装置的半剖图；

图4为图3中燃料喷射器的结构示意图；

图5为图3中旋流器的结构示意图。

附图标记：

10-机匣

20-燃料喷射器 21-进料管

22-主燃级燃料喷头 221-主燃级燃料喷孔

23-预燃级燃料喷头 231-预燃级燃料喷孔

30-旋流器 31-套筒 32-底板 33-叶片

40-火焰筒

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种燃气轮机，该燃气轮机包括机匣以及设置在机匣内的预混燃烧装置和火焰筒，其中，

预混燃烧装置包括燃料喷射器，燃料喷射器上设有多个预燃级燃料喷孔以及围绕多个预燃级燃料喷孔的多个主燃级燃料喷孔，且多个预燃级燃料喷孔的个数小于多个主燃级燃料喷孔的个数；

多个预燃级燃料喷孔与火焰筒连通；

预混燃烧装置还包括旋流器，旋流器的进风口与机匣上的进风口连通，多个主燃级燃料喷孔通过旋流器与火焰筒连通。

上述实施例中，燃料喷射器通过预燃级燃料喷射孔为预燃级提供燃料，预燃级占少量燃料，预燃级燃料进入火焰筒后与空气边扩散混合边燃料，形成稳定的火焰；燃料喷射器通过主燃级燃料喷射孔为主燃级提供燃料，主燃级占大部分燃料，主燃级燃料与空气在旋流器中充分混合形成混合气，混合气进入火焰筒后被预燃级火焰点燃；主燃级和预燃级共用一个燃料喷射器进行燃料的分配，简化了燃烧室的结构和燃料控制系统。

为了更加清楚的了解本发明实施例提供的燃气轮机的结构，现结合附图进行详细的描述。

如图1所示，该燃气轮机包括机匣10以及设置在机匣10内的预混燃烧装置和火焰筒40，机匣10上设有通风口，高压空气由通风口进入机匣10内为燃料的燃烧提供充足的氧气。为了降低氮氧化物的排放，燃料在火焰筒40中的燃烧分为主燃级和预燃级，主燃级和预燃级所需的燃料分别由预混燃烧装置供应，其中，预燃级采用扩散燃烧的组织型式，预燃级燃料进入火焰筒40后与空气边扩散混合边燃烧，形成稳定的火焰；主燃级采用预混燃烧的组织型式，燃料与空气混合均匀后进入火焰筒40，在预燃级火焰的引燃下进行燃烧。预燃级占少量燃料，主燃级占大部分燃料，本实施例中预燃级和主燃级共用一个燃料管进行燃料的分配，简化了燃烧室的结构以及整个燃料控制系统。

一并参考图1、图2，该预混燃烧装置包括燃料喷射器20以及旋流器30，其中，燃料喷射器20上设有多个预燃级燃料喷孔231以及围绕多个预燃级燃料喷孔231的多个主燃级燃料喷孔221，且预燃级燃料喷孔231的个数小于主燃级燃料喷孔221的个数，具体的，预燃级燃料喷孔231与主燃级燃料喷孔221的个数比介于1:3～1:10之间，如预燃级燃料喷孔231的个数与主燃级燃料喷孔221的个数比为1:3、1:6、1:8、1:10，设置合理的比例关系有助于主燃级燃料的充分燃烧。具体连接时，预燃级燃料喷孔231与火焰筒40连通，燃料由预燃级燃料喷孔231射出后直接进入火焰筒40，与火焰筒40中的空气边扩散混合边燃料，形成稳定的火焰；主燃级燃料喷孔221通过旋流器30与火焰筒40连通，其中，旋流器30的进风口与机匣10上的进风口连通，主燃级燃料由主燃级燃料喷孔221射出后在旋流器30中与空气形成均匀的混合气，混合气进入火焰筒40后被预燃级火焰引燃。

在一个具体的实施例中，燃料喷射器20包括进料管21以及与进料管21连通的主燃级燃料喷头22，如4图所示，主燃级燃料喷头22呈盘形，且主燃级燃料喷头22的轴线与进料管21的轴线重合；主燃级燃料喷孔221设置在主燃级燃料喷头22上，并绕主燃级燃料喷头22的轴线围成圆形。具体的，主燃级燃料喷孔221可沿圆周均匀分布16～24个，如4图所示，主燃级燃料喷头22上沿圆周均匀分布有22个主燃级燃料喷孔221，且主燃级燃料喷孔221的轴线与主燃级燃料喷头22的轴线平行设置，另外，还可以根据主燃级燃料喷孔221的数量以及主燃级燃料喷头22的大小，设置成一圈、两圈或多圈。

继续参考图4，燃料喷射器20还包括与主燃级燃料喷头22连通的预燃级燃料喷头23，预燃级燃料喷头23呈圆柱形，且预燃级燃料喷头23的轴线与主燃级燃料喷头22的轴线重合；预燃级燃料喷孔231设置在预燃级燃料喷头23上，并绕预燃级燃料喷头23的轴线围成圆形，图3中，预燃级燃料喷孔231的轴线与预燃级燃料喷头23的轴线之间具有设定的夹角，这样设置使得预燃级燃料以发散的形式经预燃级燃料喷头23射出，增大了预燃级火焰与混合气的接触面积，有助于混合气的充分燃烧。具体的，预燃级燃料喷孔231可沿圆周均匀分布3～6个，如图4所示，预燃级燃料喷头23上沿圆周均匀分布有6个预燃级燃料喷孔231；预燃级燃料喷孔231的轴线与预燃级燃料喷头23的轴线之间的夹角介于30°～60°之间，如每个预燃级燃料喷孔231的轴线与预燃级燃料喷头23的轴线之间的夹角取30°、45°、60°。

上述实施例中，进料管21、主燃级燃料喷头22、预燃级燃料喷头23依次连通且轴线相互重合，主燃级燃料喷头22的直径大于预燃级燃料喷头23的直径，预燃级燃料喷头23的直径与进料管21的直径相等；预燃级燃料喷头23与火焰筒40连通，燃料由预燃级燃料喷孔231射出后直接进入火焰筒40，主燃级燃料喷头22通过旋流器30与火焰筒40连通，主燃级燃料由主燃级燃料喷孔221射出后在旋流器30中与空气混合形成均匀的混合气。

一并参考图3、图5，旋流器30包括套装在预燃级燃料喷头23上的套筒31以及设置在套筒31上并与主燃级燃料喷头22平行的底板32，还包括设置在底板32与主燃级燃料喷头22之间的多个叶片33，多个叶片33倾斜设置并围成圆形。具体的，如图5所示，底板32呈环形，底板32与套筒31为一体结构，叶片33垂直于底板32，并与底板32的径向方向呈一定的夹角，高速流动的空气通过叶片33后形成逆时针方向或顺时针方向的旋流。具体连接时，套筒31与预燃级燃料喷头23同轴设置，并与预燃级燃料喷头23之间形成空腔，且套筒31与预燃级燃料喷头23设置有预燃级燃料喷孔231的一端平齐；套筒31一端与底板32连接，底板32上的叶片33与主燃级燃料喷头22焊接连接，且相邻的两个叶片33之间至少有一个主燃级燃料喷孔221，套筒31另一端与火焰筒40连通，火焰筒40在连接处的截面面积逐渐变大，这使得混合气在旋流器30喷出后由于截面面积的增加，流速降低，有助于混合气的充分燃烧。

在一个具体的实施例中，如图5所示，底板32上设有22个叶片33，叶片33沿逆时针方向围成圆形，且相邻的两个叶片33之间有一个主燃级燃料喷孔221，高压空气由机匣10上的进风口进入后，高速流动的空气在叶片33间形成逆时针方向的旋流，主燃级燃料由叶片33间的主燃级燃料喷孔221射出后，被流动的空气旋流剪切破碎，形成混合气，并由套筒31进入火焰筒40内，混合气在旋流器30出口形成高速旋转射流，由于空气的粘性作用，旋转扩张气流带走火焰筒40中心气体，在射流中心形成低压区，保证预燃级火焰的稳定燃烧，并且轴向逆压梯度的存在使高温烟气回流至低压区，不断点燃来流混合物，保证燃料燃烧完全。

由上述实施例中，主燃级燃料喷头22和预燃级燃料喷头23设置在进料管21上，实现了主燃级和预燃级燃料的共同控制，简化了燃烧室的结构以及整个燃料控制系统；主燃级燃料喷头22和预燃级燃料喷头23分别采用在同一圆周上设置多个喷孔的多点喷射方式，有助于燃料的充分燃烧。

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。

Claims (10)

1.一种燃气轮机，其特征在于，包括机匣以及设置在所述机匣内的预混燃烧装置和火焰筒，其中，

所述预混燃烧装置包括燃料喷射器，所述燃料喷射器上设有多个预燃级燃料喷孔以及围绕所述多个预燃级燃料喷孔的多个主燃级燃料喷孔，且所述多个预燃级燃料喷孔的个数小于所述多个主燃级燃料喷孔的个数；

所述多个预燃级燃料喷孔与所述火焰筒连通；

所述预混燃烧装置还包括旋流器，所述旋流器的进风口与所述机匣上的进风口连通，且所述多个主燃级燃料喷孔通过所述旋流器与所述火焰筒连通。

2.如权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于，所述多个预燃级燃料喷孔与所述多个主燃级燃料喷孔的个数比介于1:3～1:10之间。

3.如权利要求1所述的燃气轮机，其特征在于，所述燃料喷射器包括进料管以及与所述进料管连通的主燃级燃料喷头，还包括与所述主燃级燃料喷头连通的预燃级燃料喷头；所述多个主燃级燃料喷孔设置在所述主燃级燃料喷头上，所述多个预燃级燃料喷孔设置在所述预燃级燃料喷头上。

4.如权利要求3所述的燃气轮机，其特征在于，所述多个主燃级燃料喷孔绕所述主燃级燃料喷头的轴线围成圆形。

5.如权利要求3所述的燃气轮机，其特征在于，所述多个预燃级燃料喷孔绕所述预燃级燃料喷头的轴线围成圆形。

6.如权利要求5所述的燃气轮机，其特征在于，每个预燃级燃料喷孔的轴线与所述预燃级燃料喷头的轴线之间具有设定的夹角。

7.如权利要求6所述的燃气轮机，其特征在于，所述夹角介于30°～60°之间。

8.如权利要求3所述的燃气轮机，其特征在于，所述旋流器包括套装在所述预燃级燃料喷头上的套筒以及设置在所述套筒上并与所述主燃级燃料喷头平行的底板，所述套筒与所述火焰筒连通；

还包括设置在所述底板与所述主燃级燃料喷头之间的多个叶片，所述多个叶片倾斜设置并围成圆形，且相邻的两个叶片之间至少有一个主燃级燃料喷孔。

9.如权利要求8所述的燃气轮机，其特征在于，所述相邻的两个叶片之间有一个主燃级燃料喷孔。

10.如权利要求8所述的燃气轮机，其特征在于，所述套筒与所述预燃级燃料喷头设置有预燃级燃料喷孔的一端平齐。