CN107166434B - 一种富燃自裂解燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种富燃自裂解燃烧器。富燃自裂解燃烧器包括一级气路、二级气路、一级油路、二级油路、扩张段和裂解段；一级油路作为值班级，其一级燃油通过设于其出口端中心的离心喷嘴喷出后，在扩张段与来自一级气路的空气混合而形成值班高温区；二级油路的出口端通过轮毂连接多个直射式喷嘴，使得二级油路的二级燃油通过轮毂的内部通道供给直射式喷嘴后，通过直射式喷嘴喷出后与二级气路内的空气经过预定距离的预混后分为两部分：一部分通过扩张段的筛孔进入值班高温区，另一部分沿二级气路的通道壁壁面进入裂解段，来进行蒸发和裂解。本发明的富燃自裂解燃烧器能够完成燃烧室富油燃料自裂解燃烧，降低富油区的NOx排放。

Description

一种富燃自裂解燃烧器

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术，尤其涉及一种富燃自裂解燃烧器。

背景技术

低排放燃烧技术已成为发动机燃烧技术的中心课题之一，目前研发了诸如分级燃烧，贫油预混预蒸发(LPP)、贫油多点喷射(LDI)、驻涡燃烧技术(TVC)、柔和燃烧技术、双旋预混旋流(TAPS)、富油-猝熄-贫燃(RQL)、可变几何燃烧室(VGC)、催化剂燃烧室等技术。RQL技术是众多低排放燃烧技术中的佼佼者，而富油燃烧区流场组织结构的实现是其燃烧技术的重要一环。然而，现有的工业燃气轮机燃烧室头部存在诸如燃油蒸发雾化角大以及富油区燃烧产物NOx排放量大等问题。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，本发明提供了一种富燃自裂解燃烧器，以至少解决现有的工业燃气轮机燃烧室头部存在诸如燃油蒸发雾化角大以及富油区燃烧产物NOx排放量大的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种富燃自裂解燃烧器，富燃自裂解燃烧器包括一级气路、二级气路、一级油路、二级油路、扩张段和裂解段；一级气路的出口端连接扩张段的进口端，扩张段的出口端连接裂解段；扩张段的通道壁上设有筛孔；二级气路环绕设置在一级气路外层，二级气路的出口端设置在扩张段的通道壁外侧、并与裂解段连接；一级油路设于一级气路内；一级油路作为值班级，其一级燃油通过设于其出口端中心的离心喷嘴喷出后，在扩张段与来自一级气路的空气混合而形成值班高温区；二级油路设于一级气路外；二级油路的出口端通过轮毂连接多个直射式喷嘴，使得二级油路的二级燃油通过轮毂的内部通道供给直射式喷嘴后，通过直射式喷嘴喷出后与二级气路内的空气经过预定距离的预混后分为两部分：一部分通过扩张段的筛孔进入值班高温区，另一部分沿二级气路的通道壁壁面进入裂解段，来进行蒸发和裂解。

进一步地，多个直射式喷嘴沿轴向阵列式分布在二级气路中央。

进一步地，离心喷嘴的出口处设有渐扩口结构以将离心喷嘴的一级燃油雾化角约束在预定范围内。

进一步地，一级气路通道壁上设有点火电极，点火电极布置在渐扩口结构的外侧以配合渐扩口结构来实现对裂解段的等离子点火。

进一步地，一级气路的通道壁上安装有一级旋流器。

本发明的富燃自裂解燃烧器(简称裂解器)，可应用于工业燃气轮机燃烧室头部，在不较大范围改变原型燃烧室的几何结构的情况下，将本发明的上述裂解器替代原型结构的喷嘴，进行原位换装，来达到优化原型结构燃油蒸发雾化以及燃烧排放等问题。本发明的富燃自裂解燃烧器能够完成燃烧室富油燃料自裂解燃烧，降低富油区的NOx排放。

此外，本发明的富燃自裂解燃烧器采用一级油路作为值班级，由中心的离心喷嘴喷出，使其在扩张区与一级空气混合，形成值班高温区。在离心喷嘴出口处，通过一段渐扩口结构，一方面可以约束离心喷嘴的一级燃油雾化角，防止其直接喷射到扩张段的壁面上，而另一方面还能够与点火电极配合，对裂解段进行等离子点火。此外，通过在一级气路上安装旋流器，可以强化值班区燃油和空气的掺混，同时在扩张段形成回流区，稳定值班级燃烧。

通过以下结合附图对本发明的最佳实施例的详细说明，本发明的这些以及其他优点将更加明显。

附图说明

本发明可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本发明的优选实施例和解释本发明的原理和优点。在附图中：

图1是示意性地示出本发明的富燃自裂解燃烧器的一个示例的结构图；

图2是本发明的富燃自裂解燃烧器的轮毂结构放大图；

图3是本发明裂解级与气流通道结构放大图；

图4是图2中A-A剖切位置示意图。

本领域技术人员应当理解，附图中的元件仅仅是为了简单和清楚起见而示出的，而且不一定是按比例绘制的。例如，附图中某些元件的尺寸可能相对于其他元件放大了，以便有助于提高对本发明实施例的理解。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

本发明的实施例提供了一种富燃自裂解燃烧器，富燃自裂解燃烧器包括一级气路、二级气路、一级油路、二级油路、扩张段和裂解段；一级气路的出口端连接扩张段的进口端，扩张段的出口端连接裂解段；扩张段的通道壁上设有筛孔；二级气路环绕设置在一级气路外层，二级气路的出口端设置在扩张段的通道壁外侧、并与裂解段连接；一级油路设于一级气路内；一级油路作为值班级，其一级燃油通过设于其出口端中心的离心喷嘴喷出后，在扩张段与来自一级气路的空气混合而形成值班高温区；二级油路设于一级气路外；二级油路的出口端通过轮毂连接多个直射式喷嘴，使得二级油路的二级燃油通过轮毂的内部通道供给直射式喷嘴后，通过直射式喷嘴喷出后与二级气路内的空气经过预定距离的预混后分为两部分：一部分通过扩张段的筛孔进入值班高温区，另一部分沿二级气路的通道壁壁面进入裂解段，来进行蒸发和裂解。

下面结合图1-图4来描述本发明的富燃自裂解燃烧器的一个示例结构。在该示例中，富燃自裂解燃烧器包括一级气路1、二级气路2、一级油路8、二级油路6、扩张段3和裂解段4。

一级气路1的出口端连接扩张段3的进口端，扩张段3的出口端连接裂解段4的进口端；扩张段3的通道壁上设有筛孔。

二级气路2环绕设置在一级气路1外层，二级气路2的出口端设置在扩张段3的通道壁外侧、并与裂解段4连接。

一级油路8设于一级气路1内。一级油路8作为值班级，其一级燃油通过设于其出口端中心的离心喷嘴9喷出后，在扩张段3与来自一级气路1的空气混合而形成值班高温区。

二级油路6设于一级气路外。二级油路6的出口端通过轮毂11连接多个直射式喷嘴5，使得二级油路6的二级燃油通过轮毂11的内部通道供给多个直射式喷嘴5后，通过该多个直射式喷嘴5喷出后再与二级气路2内的空气经过预定距离的预混后分为两部分：一部分通过扩张段3的筛孔进入值班高温区，另一部分沿二级气路2的通道壁壁面快速进入裂解段，来进行蒸发和裂解。其中，预定距离可根据经验值设定，或者也可以通过试验的方法确定，这里不再详述。

根据一个实现方式，如图4所示，多个直射式喷嘴5可以沿轴向阵列式分布在二级气路2中央。

此外，根据一个实现方式，离心喷嘴9的出口处可设有渐扩口结构12，通过该渐扩口结构12能够将离心喷嘴9的一级燃油雾化角约束在预定范围内。换句话说，当未设置上述渐扩口结构12时，离心喷嘴9所喷出的一级燃油的雾化角范围较大，进而容易喷射到扩张段3的通道壁的内壁面上；而当设置了上述渐扩口结构12时，离心喷嘴9所喷出的一级燃油的雾化角将会受到该渐扩口结构12的限制和约束，从而能够防止一级燃油喷射到扩张段3的通道壁内壁面上。其中，预定范围的大小可根据渐扩口结构的扩张角度有关，可根据经验值或通过试验的方法来设置渐扩口结构的扩张角度。

此外，一级气路1通道壁上设有点火电极10，点火电极10布置在渐扩口结构12的外侧以配合渐扩口结构12来实现对裂解段4的等离子点火。

根据一个实现方式，一级气路1的通道壁上安装有一级旋流器7，通过一级旋流器7，能够加强值班区燃油和空气的掺混，同时还能够在扩张段3形成回流区，以稳定值班级的燃烧。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (5)

1.一种富燃自裂解燃烧器，其特征在于，所述富燃自裂解燃烧器包括一级气路、二级气路、一级油路、二级油路、扩张段和裂解段；

所述一级气路的出口端连接所述扩张段的进口端，所述扩张段的出口端连接所述裂解段；所述扩张段的通道壁上设有筛孔；

所述二级气路环绕设置在所述一级气路外层，所述二级气路的出口端设置在所述扩张段的通道壁外侧、并与所述裂解段连接；

所述一级油路设于所述一级气路内；所述一级油路作为值班级，其一级燃油通过设于其出口端中心的离心喷嘴喷出后，在所述扩张段与来自所述一级气路的空气混合而形成值班高温区；

所述二级油路设于所述一级气路外；所述二级油路的出口端通过轮毂连接多个直射式喷嘴，使得所述二级油路的二级燃油通过所述轮毂的内部通道供给所述直射式喷嘴后，通过所述直射式喷嘴喷出后与所述二级气路内的空气经过预定距离的预混后分为两部分：一部分通过所述扩张段的筛孔进入所述值班高温区，另一部分沿所述二级气路的通道壁壁面进入所述裂解段，来进行蒸发和裂解。

2.根据权利要求1所述的富燃自裂解燃烧器，其特征在于，所述多个直射式喷嘴沿轴向阵列式分布在所述二级气路中央。

3.根据权利要求1所述的富燃自裂解燃烧器，其特征在于，所述离心喷嘴的出口处设有渐扩口结构以将所述离心喷嘴的一级燃油雾化角约束在预定范围内。

4.根据权利要求3所述的富燃自裂解燃烧器，其特征在于，所述一级气路通道壁上设有点火电极，所述点火电极布置在所述渐扩口结构的外侧以配合所述渐扩口结构来实现对所述裂解段的等离子点火。

5.根据权利要求1所述的富燃自裂解燃烧器，其特征在于，所述一级气路的通道壁上安装有一级旋流器。