CN107620982A - 一种预混装置以及微型燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及能源系统设计领域，公开一种预混装置以及微型燃气轮机，预混装置用于混合燃料和空气，燃料包括值班级燃料和主燃级燃料，包括壳体，壳体包括前板、后板以及与前板和后板相连接的多个旋流叶片，多个旋流叶片沿前板的周向均匀布置以形成空气入口，前板的中心位置设有值班级燃料入口，后板与旋流叶片相连一端的端面上的边缘位置设有主燃级燃料入口，后板的另一端形成混合气体出口，主燃级燃料沿着朝向上板的方向喷入，在壳体内部四周分布较多，中间分布较少，值班级燃料沿着朝向下板的方向喷入，在壳体内部四周分布较少，中间分布较多，因此，预混装置能够提高值班级燃料、主燃级燃料以及空气混合的均匀性，结构简单且操作方便。

Description

一种预混装置以及微型燃气轮机

技术领域

本发明涉及能源系统设计领域，特别涉及一种预混装置以及微型燃气轮机。

背景技术

在能源技术领域，微型燃气轮机以其结构紧凑、重量轻，维护费用低等特点得到广泛的应用，而随着燃烧污染物因其对人类的健康和环境造成越来越严重的危害而受到大量的关注，并且有关控制污染物排放的法律法规和相关政策不断出台，人们对于微型燃气轮机的能源利用率以及燃烧污染物的排放问题提出了越来越高的要求。

微型燃气轮机燃烧产物中含有NOx(氮氧化物)，主要包含NO(一氧化氮)和NO2(二氧化氮)其中，NO是一种无色无臭的气体，当NO浓度达到一定的程度会与血液中的血色素结合，造成血液缺氧从而引起中枢神经麻痹；NO2是一种红色有毒气体，刺激人体呼吸器官，容易引发肺气肿和肺癌，而且NO2还能破坏臭氧形成臭氧空洞。在微型燃气轮机中，燃烧室内燃料燃烧时的温度影响NOx的生成，NOx的产量和生成速度随着燃烧温度的升高呈指数增长。为了降低微型燃气轮机NOx的排放量，需要将燃烧室内的温度控制在较低水平(一般为1700K-1900K)，同时使燃烧室内温度分布均匀。目前低NOx排放的微型燃气轮机的燃烧室采用贫油预混预蒸发技术,燃烧分为分别控制的主燃级和值班级，使燃料和空气先混合再燃烧，燃料和空气混合的越均匀，燃烧最高温度会越低，越有利于降低NOx排放。但是，目前的预混合技术下燃料和空气的混合不够均匀，造成局部燃烧高温，导致NOx排放较多。另外，在主燃级燃料喷射压力不够时，燃料穿透深度小，使得预混均匀性变差，也会导致NOx排放较多。

因此，设计一种能够使燃料和空气混合均匀的预混装置以及微型燃气轮机显得尤为重要。

发明内容

本发明提供了一种预混装置以及微型燃气轮机，该预混装置能够提高值班级燃料、主燃级燃料以及空气混合的均匀性，结构简单且操作方便。

为实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：

一种预混装置，用于混合燃料和空气，所述燃料包括值班级燃料和主燃级燃料，包括壳体，所述壳体包括前板、后板以及与所述前板和后板相连接的多个旋流叶片，所述多个旋流叶片沿前板的周向均匀布置以形成空气入口，所述前板的中心位置设有值班级燃料入口，所述后板与旋流叶片相连一端的端面上的边缘位置设有主燃级燃料入口，所述后板的另一端形成混合气体出口。

在上述预混装置中，由于主燃级燃料入口设置在后板与旋流叶片相连一端的端面上的边缘位置，故当主燃级燃料通过主燃级燃料入口沿着朝向上板的方向喷入壳体内部时，主燃级燃料在壳体内部四周分布较多，中间分布较少；而由于值班级燃料入口设置在前板的中心位置，故当值班级燃料通过值班级燃料入口沿着朝向下板的方向喷入壳体内部时，值班级燃料在壳体内部四周分布较少，中间分布较多；当高压空气从空气入口经过旋流叶片进入到壳体内部时，带动壳体内部四周的主燃级燃料向着壳体中间位置流动，并与中间位置的值班级燃料相混合，使值班级燃料、主燃级燃料以及空气在到达混合气体出口时混合均匀，而由于主燃级燃料的喷射方向和值班级的喷射方向相反，故不管主燃级喷射压力是否充足，主燃级燃料在壳体内部始终是四周分布较多，中间分布较少，保证了预混的均匀性。

因此，上述预混装置能够提高值班级燃料、主燃级燃料以及空气混合的均匀性，结构简单且操作方便。

优选地，所述前板的中心位置设有连通所述壳体与值班级燃料的输入通道的多个第一通孔，所述多个第一通孔形成所述值班级燃料入口。

进一步地，所述多个第一通孔为6-15个。

更进一步地，每一个所述第一通孔的直径为1-3mm。

更进一步地，所述第一通孔的轴线与所述前板的中轴线之间的夹角为30°-60°。

优选地，所述后板与旋流叶片相连一端的端面上靠近边缘设有连通所述壳体与主燃级燃料的输入通道的多个第二通孔，所述多个第二通孔形成所述主燃级燃料入口。

进一步地，每相邻两个所述旋流叶片之间设有至少一个所述第二通孔。

更进一步地，每一个所述第二通孔的直径为1-3mm。

更进一步地，所述多个第一通孔沿壳体的周向均匀布置，每相邻两个所述旋流叶片设有一个所述第二通孔。

优选地，还包括喷嘴，所述喷嘴一端与所述值班级燃料的输入通道相连通，另一端设有多个喷孔、且安装在所述前板中间位置的通槽内，所述多个喷孔形成所述值班级燃料入口。

优选地，还包括环形腔，所述环形腔的一个开口端与所述下板上与旋流叶片相连一端的端面上靠近边缘的位置相抵接，所述环形腔的另一开口与所述主燃级燃料的输入通道相连通。

另外，本发明还提供了一种微型燃气轮机，包括机匣以及火焰筒，所述机匣上设有用于输入高压空气的进气口，所述火焰筒上设有伸出所述机匣的燃气出口，还包括如上述任一技术方案所述的预混装置，所述预混装置设置在所述机匣内，且所述预混装置的混合气体出口与所述火焰筒的燃气入口相连通。

在上述微型燃气轮机中，经压缩机压缩的高压空气从机匣上的进气口进入机匣，然后通过进入预混装置，值班级燃料和主燃级燃料分别输入预混装置，由于能够提高值班级燃料、主燃级燃料以及空气混合的均匀性，故从预混装置的混合气体出口输入火焰筒的燃气入口的混合气体具有较好的均匀性，具有较好均匀性的混合气体所需燃烧最高温度会较低，生成的NOx较少，因此，从燃气出口排处出的NOx较少，故上述微型燃气轮机能够降低NOx排放。

附图说明

图1是本发明提供的一种预混装置的结构示意图；

图2是本发明提供的一种微型燃气轮机的结构示意图；

图3是本发明提供的一种预混装置的轴侧剖视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

如图1以及图3所示，一种预混装置1，用于混合燃料和空气，燃料包括值班级燃料和主燃级燃料，包括壳体，壳体包括前板20、后板18以及与前板20和后板18相连接的多个旋流叶片14，多个旋流叶片14沿前板20的周向均匀布置以形成空气入口，前板20的中心位置设有值班级燃料入口，后板18与旋流叶片14相连一端的端面上的边缘位置设有主燃级燃料入口，后板18的另一端形成混合气体出口17。

在上述预混装置1中，由于主燃级燃料入口设置在后板18与旋流叶片14相连一端的端面上的边缘位置，故当主燃级燃料通过主燃级燃料入口沿着朝向上板的方向喷入壳体内部时，主燃级燃料在壳体内部四周分布较多，中间分布较少；而由于值班级燃料入口设置在前板20的中心位置，故当值班级燃料通过值班级燃料入口沿着朝向下板的方向喷入壳体内部时，值班级燃料在壳体内部四周分布较少，中间分布较多；当高压空气从空气入口经过旋流叶片14进入到壳体内部时，带动壳体内部四周的主燃级燃料向着壳体中间位置流动，并与中间位置的值班级燃料相混合，使值班级燃料、主燃级燃料以及空气在到达混合气体出口17时混合均匀，而由于主燃级燃料的喷射方向和值班级的喷射方向相反，故不管主燃级喷射压力是否充足，主燃级燃料在壳体内部始终是四周分布较多，中间分布较少，保证了预混的均匀性。

因此，上述预混装置1能够提高值班级燃料、主燃级燃料以及空气混合的均匀性，结构简单且操作方便。

一种优选的实施方式，如图1以及图3所示，前板20的中心位置设有连通壳体与值班级燃料的输入通道11的多个第一通孔13，多个第一通孔13形成值班级燃料入口。

在上述预混装置1中，由于多个第一通孔13设置在前板20的中心位置，且多个第一通孔13连通壳体与值班级燃料的输入通道11，即多个第一通孔13形成设置在前板20的中心位置的值班级燃料入口，因此，当值班级燃料通过值班级燃料入口沿着朝向下板的方向喷入壳体内部时，值班级燃料在壳体内部四周分布较少，中间分布较多。当高压空气从空气入口经过旋流叶片14进入到壳体内部并带动壳体内部四周的主燃级燃料向着壳体中间位置流动时，与中间位置的值班级燃料相混合，使值班级燃料、主燃级燃料以及空气在到达混合气体出口17时混合均匀。

在上述预混装置1的基础上，为了保证值班级燃料能够较为顺畅地喷入壳体内部，具体地，多个第一通孔13可以为6-15个。

多个第一通孔13沿周向方向均匀地始终在前板20的中心位置，以连通壳体与值班级燃料的输入通道11，第一通孔13的个数为可以为6个、7个、8个、9个、10个、11个、12个、13个、14个、15个。第一通孔13的个数可以根据预混装置1的具体尺寸以及值班级燃料的具体实际情况进行选择。

在上述预混装置1的基础上，更具体地，每一个第一通孔13的可以直径为1-3mm。

由于值班级燃料为气态状燃料，故每一个第一通孔13的尺寸不需要过大，每一个第一通孔13的直径可以为1mm、1、4mm、1.8mm、2、2mm、2.6mm、3mm。当然第一通孔13的直径并不限定于上述尺寸，第一通孔13的直径可以根据预混装置1的具体尺寸以及值班级燃料的具体实际情况进行选择。

在上述预混装置1的基础上，如图1以及图3所示，为了保证值班级燃料能够较大范围地喷入壳体内部，更具体地，第一通孔13的轴线与前板20的中轴线之间的夹角可以为30°-60°。

在上述预混装置1中，当第一通孔13的轴线与前板20的中轴线之间有一定的夹角时，值班级燃料的喷入轨迹与前板20的中轴线之间有一定的夹角，能够保证值班级燃料能够较大范围地喷入壳体内部，第一通孔13的轴线与前板20的中轴线之间的夹角可以为30°-60°，能够使值班级燃料的喷入范围为60°-120°，第一通孔13的轴线与前板20的中轴线之间的夹角可以为30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°。当然第一通孔13的轴线与前板20的中轴线之间的夹角并不限定于上述角度，第一通孔13的轴线与前板20的中轴线之间的夹角的角度可以根据预混装置1的具体尺寸以及值班级燃料的具体实际情况进行选择。

一种优选的实施方式，如图1以及图3所示，后板18与旋流叶片14相连一端的端面上靠近边缘设有连通壳体与主燃级燃料的输入通道19的多个第二通孔15，多个第二通孔15形成主燃级燃料入口。

在上述预混装置1中，由于多个第二通孔15设置板与旋流叶片14相连一端的端面上靠近边缘，且多个第二通孔15连通壳体与主燃级燃料的输入通道19，即多个第二通孔15形成设置在后板18与旋流叶片14相连一端的端面上的边缘位置的主燃级燃料入口，因此，当主燃级燃料通过主燃级燃料入口沿着朝向上板的方向喷入壳体内部时，主燃级燃料在壳体内部四周分布较多，中间分布较少；当高压空气从空气入口经过旋流叶片14进入到壳体内部时，带动壳体内部四周的主燃级燃料向着壳体中间位置流动，并与中间位置的值班级燃料相混合，使值班级燃料、主燃级燃料以及空气在到达混合气体出口17时混合均匀，而由于主燃级燃料的喷射方向和值班级的喷射方向相反，故不管主燃级喷射压力是否充足，主燃级燃料在壳体内部始终是四周分布较多，中间分布较少，保证了预混的均匀性。

在上述预混装置1的基础上，为了保证主燃级燃料能够较为均匀地喷入到壳体内部，具体地，每相邻两个旋流叶片14之间设有至少一个第二通孔15。

在预混装置1中，旋流叶片14的旋流叶片14数一般为20-26片，第二通孔15可以与旋流叶片14的旋流叶片14数相同，可以在每相邻两个旋流叶片14之间设有一个第二通孔15，还可以在每相邻两个旋流叶片14之间设有多个第二通孔15，第二通孔15在每相邻两个旋流叶片14之间的个数可以根据预混装置1的具体尺寸以及主燃级燃料的具体实际情况进行选择。

当主燃级燃料通过主燃级燃料入口沿着朝向上板的方向喷入壳体内部时，主燃级燃料能够均匀地分布在壳体内部四周方向；当高压空气从空气入口经过旋流叶片14进入到壳体内部时，带动壳体内部四周的主燃级燃料向着壳体中间位置流动，并与中间位置的值班级燃料相混合，使值班级燃料、主燃级燃料以及空气在到达混合气体出口17时混合均匀。

在上述预混装置1的基础上，更具体地，每一个第二通孔15的可以直径为1-3mm。

由于主燃级燃料为气态状燃料，故每一个第二通孔15的尺寸不需要过大，每一个第二通孔15的直径可以为1mm、1、4mm、1.8mm、2、2mm、2.6mm、3mm。当然第二通孔15的直径并不限定于上述尺寸，第二通孔15的直径可以根据预混装置1的具体尺寸以及主燃级燃料的具体实际情况进行选择。

在上述预混装置1的基础上，为了使主燃级燃料和值班级燃料均匀地喷入到壳体的内部，更具体地，多个第一通孔13沿壳体的周向均匀布置，每相邻两个旋流叶片14设有一个第二通孔15。

多个第一通孔13沿周向方向均匀地始终在前板20的中心位置，以连通壳体与值班级燃料的输入通道11，能够使值班级燃料均匀地喷入到壳体的内部，每相邻两个旋流叶片14设有一个第二通孔15能够使得主燃级燃料能够均匀地喷入到壳体内部四周方向。

一种优选的实施方式，如图1以及图3所示，预混装置1还包括喷嘴12，喷嘴12一端与值班级燃料的输入通道11相连通，另一端设有多个喷孔、且安装在前板20中间位置的通槽内，多个喷孔形成值班级燃料入口。

在上述预混装置1中，喷嘴12连接值班级燃料的输入通道11和壳体内部空间，由于喷嘴12安装在前板20中间位置的通槽内的一端具有多个喷孔形成了值班级燃料入口，故当值班级燃料通过值班级燃料入口沿着朝向下板的方向喷入壳体内部时，值班级燃料在壳体内部四周分布较少，中间分布较多。

一种优选的实施方式，如图1以及图3所示，预混装置1还包括环形腔16，环形腔16的一个开口端与下板上与旋流叶片14相连一端的端面上靠近边缘的位置相抵接，环形腔16的另一开口与主燃级燃料的输入通道19相连通。

在上述预混装置1中，由于环形腔16的一个开口端与下板上与旋流叶片14相连一端的端面上靠近边缘的位置相抵接，环形腔16的另一开口与主燃级燃料的输入通道19相连通，而多个第二通孔15设置板与旋流叶片14相连一端的端面上靠近边缘，且多个第二通孔15连通壳体与主燃级燃料的输入通道19，即多个第二通孔15形成设置在后板18与旋流叶片14相连一端的端面上的边缘位置的主燃级燃料入口，因此，当主燃级燃料通过主燃级燃料入口沿着朝向上板的方向喷入壳体内部时，主燃级燃料在壳体内部四周分布较多，中间分布较少。

另外，如图2所示，本发明还提供了一种微型燃气轮机，包括机匣2以及火焰筒4，机匣2上设有用于输入高压空气的进气口3，火焰筒4上设有伸出机匣2的燃气出口5，还包括如上述任一技术方案的预混装置1，预混装置1设置在机匣2内，且预混装置1的混合气体出口17与火焰筒4的燃气入口相连通。

在上述微型燃气轮机中，经压缩机压缩的高压空气从机匣2上的进气口进入机匣2，然后通过进入预混装置1，值班级燃料和主燃级燃料分别输入预混装置1，由于能够提高值班级燃料、主燃级燃料以及空气混合的均匀性，故从预混装置1的混合气体出口17输入火焰筒4的燃气入口的混合气体具有较好的均匀性，具有较好均匀性的混合气体所需燃烧最高温度会较低，生成的NOx较少，因此，从燃气出口5排处出的NOx较少，故上述微型燃气轮机能够降低NOx排放。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例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 (12)

1.一种预混装置，用于混合燃料和空气，所述燃料包括值班级燃料和主燃级燃料，其特征在于，包括壳体，所述壳体包括前板、后板以及与所述前板和后板相连接的多个旋流叶片，所述多个旋流叶片沿前板的周向均匀布置以形成空气入口，所述前板的中心位置设有值班级燃料入口，所述后板与旋流叶片相连一端的端面上的边缘位置设有主燃级燃料入口，所述后板的另一端形成混合气体出口。

2.根据权利要求1所述的预混装置，其特征在于，所述前板的中心位置设有连通所述壳体与值班级燃料的输入通道的多个第一通孔，所述多个第一通孔形成所述值班级燃料入口。

3.根据权利要求2所述的预混装置，其特征在于，所述多个第一通孔为6-15个。

4.根据权利要求3所述的预混装置，其特征在于，每一个所述第一通孔的直径为1-3mm。

5.根据权利要求3所述的预混装置，其特征在于，所述第一通孔的轴线与所述前板的中轴线之间的夹角为30°-60°。

6.根据权利要求1所述的预混装置，其特征在于，所述后板与旋流叶片相连一端的端面上靠近边缘设有连通所述壳体与主燃级燃料的输入通道的多个第二通孔，所述多个第二通孔形成所述主燃级燃料入口。

7.根据权利要求6所述的预混装置，其特征在于，每相邻两个所述旋流叶片之间设有至少一个所述第二通孔。

8.根据权利要求7所述的预混装置，其特征在于，每一个所述第二通孔的直径为1-3mm。

9.根据权利要求7所述的预混装置，其特征在于，所述多个第一通孔沿壳体的周向均匀布置，每相邻两个所述旋流叶片设有一个所述第二通孔。

10.根据权利要求1所述的预混装置，其特征在于，还包括喷嘴，所述喷嘴一端与所述值班级燃料的输入通道相连通，另一端设有多个喷孔、且安装在所述前板中间位置的通槽内，所述多个喷孔形成所述值班级燃料入口。

11.根据权利要求1所述的预混装置，其特征在于，还包括环形腔，所述环形腔的一个开口端与所述下板上与旋流叶片相连一端的端面上靠近边缘的位置相抵接，所述环形腔的另一开口与所述主燃级燃料的输入通道相连通。

12.一种微型燃气轮机，包括机匣以及火焰筒，所述机匣上设有用于输入高压空气的进气口，所述火焰筒上设有伸出所述机匣的燃气出口，其特征在于，还包括如权利要求1-11所述的预混装置，所述预混装置设置在所述机匣内，且所述预混装置的混合气体出口与所述火焰筒的燃气入口相连通。