CN108758690A

CN108758690A - 用于燃气轮机的燃烧室

Info

Publication number: CN108758690A
Application number: CN201810543663.6A
Authority: CN
Inventors: 施享
Original assignee: Maanshan Songhe Information Technology Co Ltd
Current assignee: GUANGZHOU ZHUJIANG NATURAL GAS POWER GENERATION Co.,Ltd.
Priority date: 2018-05-31
Filing date: 2018-05-31
Publication date: 2018-11-06
Anticipated expiration: 2038-05-31
Also published as: CN108758690B

Abstract

本发明公开了一种用于燃气轮机的燃烧室，包括机匣、火焰筒、燃料喷射器，所述火焰筒包括火焰筒头部、火焰筒外壁和火焰筒内壁，所述火焰筒外壁设有第一主燃孔、多个第一掺混孔和多个第一冷却孔，火焰筒内壁设有第二主燃孔、多个第二掺混孔和多个第二冷却孔，靠近燃烧室出口端的第一掺混孔和第二掺混孔是由冲压形成的侧开孔，侧开孔具有入口和出口，所述入口形成于火焰筒的外壁面，所述出口形成于火焰筒的内壁面，因冲压形成的呈弧形的突起部与火焰筒内壁面一起限定所述出口，所述出口的开口方向即出口的端面的法线方向，与火焰筒轴线方向形成30~60度的夹角，本发明能够使燃烧室的出口燃烧温度均匀、抑制热力型NOx的产生。

Description

用于燃气轮机的燃烧室

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，特别涉及一种燃气轮机燃烧室。

背景技术

燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，燃气轮机燃烧室出口的燃气温度需要满足透平入口温度的需求。然而，在实际的燃烧室燃烧过程中，经常出现燃烧室出口的燃烧温度不均匀，容易产生局部高温，这一方面可能损毁燃烧室的相关部件，另一方面由于局部高温会导致热力型氮氧化物（NOx）的增多，造成环境污染。

发明内容

鉴于上述技术问题，本发明的目的在于提供一种使燃烧室的出口燃烧温度均匀、能够抑制NOx产生的用于燃气轮机的燃烧室。

本发明的用于燃气轮机的燃烧室包括机匣、火焰筒、燃料喷射器，所述火焰筒与机匣之间构成环形空腔，所述火焰筒包括火焰筒头部、火焰筒外壁和火焰筒内壁，所述火焰筒头部中央设有燃料喷射器，所述燃料喷射器与燃料导管相连接，沿所述燃料喷射器四周环向设置多个空气旋流器，所述火焰筒外壁设有第一主燃孔、多个第一掺混孔和多个第一冷却孔，多个第一冷却孔分别分布在第一主燃孔和第一掺混孔的周围，所述火焰筒内壁设有第二主燃孔、多个第二掺混孔和多个第二冷却孔，多个第二冷却孔分别分布在第二主燃孔和第二掺混孔的周围，其中第一主燃孔、第一掺混孔和第一冷却孔的孔径依次减小，位于第一主燃孔周围的第一冷却孔的分布密度大于位于第一掺混孔周围的第一冷却孔的分布密度，第二主燃孔、第二掺混孔和第二冷却孔的孔径依次减小，位于第二主燃孔周围的第二冷却孔的分布密度大于位于第二掺混孔周围的第二冷却孔的分布密度，并且靠近燃烧室出口端的第一掺混孔和第二掺混孔是由冲压形成的侧开孔，侧开孔具有入口和出口，所述入口形成于火焰筒的外壁面，所述出口形成于火焰筒的内壁面，因冲压形成的呈弧形的突起部与火焰筒内壁面一起限定所述出口，所述出口的开口方向即出口的端面的法线方向，与火焰筒轴线方向形成30~60度的夹角。

优选的，靠近燃烧室出口端的所述第二掺混孔的所述开口方向与火焰筒轴线方向的夹角小于相应的所述第一掺混孔的所述开口方向与火焰筒轴线方向的夹角。

优选的，靠近燃烧室出口端的两个相邻的所述第二掺混孔的所述开口方向与火焰筒轴线方向所形成的夹角构成互余角，靠近燃烧室出口端的两个相邻的所述第一掺混孔的所述开口方向与火焰筒轴线方向所形成的夹角构成互余角。

优选的，靠近燃烧室出口端的所述第二掺混孔的所述开口方向与火焰筒轴线方向的夹角为40度，相应的所述第一掺混孔的所述开口方向与火焰筒轴线方向的夹角为50度。

优选的，所述第一掺混孔和第二掺混孔的形状可以不同。

优选的，所述第一掺混孔的孔径小于所述第二掺混孔的孔径。

优选的，所述第一冷却孔和第二冷却孔的孔径处于0.9mm～1.1mm之间。

优选的，所述燃料喷射器采用双油路离心式喷嘴。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

靠近燃烧室出口端的掺混孔是由冲压形成的侧开孔，侧开孔具有入口和出口，因冲压形成的呈弧形的突起部与火焰筒内壁面一起限定所述出口，出口的开口方向与火焰筒轴线方向形成30~60度的夹角，该独特的侧开孔能够使进气产生漩涡，从而更好地使空气与燃烧气体充分混合，促使燃烧室出口燃烧温度均匀，减少NOx的产生。靠近燃烧室出口端的两个相邻的掺混孔的开口方向与火焰筒轴线方向所形成的夹角互余，能够加强形成进气漩涡，促进混合效果、均匀燃烧室出口燃烧温度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的用于燃气轮机的燃烧室的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的靠近燃烧室出口端的掺混孔的结构示意图。

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结构所示，本实施例提供的用于燃气轮机的燃烧室，包括机匣1、火焰筒2、燃料喷射器3，火焰筒2与机匣1之间构成环形空腔A，供压缩机（图中未示出）提供的压缩空气进入流通（如图1中的空心箭头所示），火焰筒2内部形成燃烧空间B，

其中，火焰筒2的构造如下：包括火焰筒头部21、火焰筒外壁22和火焰筒内壁23，在火焰筒头部21的中央位置安装有燃料喷射器3，该燃料喷射器3与燃料导管4相连接，并沿燃料喷射器3的四周环向设置多个空气旋流器5；在火焰筒外壁22上设置有第一主燃孔6、多个第一掺混孔7和多个第一冷却孔8，多个第一冷却孔8分别分布在第一主燃孔6和第一掺混孔7的周围，在火焰筒内壁23上设置有第二主燃孔9、多个第二掺混孔10和多个第二冷却孔11，多个第二冷却孔11分别分布在第二主燃孔9和第二掺混孔10的周围，其中，主燃孔、掺混孔和冷却孔的孔径不同，例如可以是第一主燃孔6、第一掺混孔7和第一冷却孔8的孔径依次减小，第二主燃孔9、第二掺混孔10和第二冷却孔11的孔径也依次减小。

冷却孔的分布密度（指单位面积内冷却孔的个数）在不同的位置可以不同，孔径也可以不同，例如冷却孔8、11的具体数量可以设置为30~70个，位于第一主燃孔6周围的第一冷却孔8的分布密度大于位于第一掺混孔7周围的第一冷却孔8的分布密度，位于第二主燃孔9周围的第二冷却孔11的分布密度大于位于第二掺混孔10周围的第二冷却孔11的分布密度，该分布密度的设置主要是考虑主燃孔附近燃烧温度较掺混孔附近高，需要通入更多的冷却气体。每个冷却孔8、11的孔径处于0.9mm～1.1mm之间，该大小的孔径能够使冷却孔的冷却效果最佳。

靠近燃烧室出口端C的第一掺混孔7和第二掺混孔10是由冲压形成的侧开孔12，如图2结构所示，侧开孔12具有入口121和出口122，入口形成于火焰筒的外壁面13，出口122形成于火焰筒的内壁面14，因冲压形成的呈弧形的突起部15与火焰筒内壁面14一起限定出口122，其中，出口122的开口方向定义为出口的端面的法线方向Z（参照图2），与火焰筒轴线方向X形成一夹角α，该夹角范围为30~60度的锐角。这样设置的好处是通过侧开孔12的空气（如图2中的空心箭头所示）在呈弧形的突起部15的引导下能够产生漩涡，使空气与燃烧气体充分混合，促使燃烧室出口燃烧温度均匀，减少NOx的产生。突起部15的端面形状设计成弧形，能够减少空气进入侧开孔12时遇到的阻力，从而避免风速耗损，这样能够减少掺混空气用量，提高燃烧室工作效率。

为加强形成空气漩涡，增强空气与燃烧气体的混合效果，可以作如下改进：靠近燃烧室出口端处设置有多个第二掺混孔10和多个第一掺混孔7，其中两两相邻的第二掺混孔10的开口方向与火焰筒轴线方向X所形成的夹角α互余，两两相邻的第一掺混孔7的开口方向与火焰筒轴线方向X所形成的夹角α互余，具体可以设置成，在靠近燃烧室出口端有两个相邻的第二掺混孔10和两个相邻的第一掺混孔7，其中相邻的两个第二掺混孔10的开口方向与火焰筒轴线方向X所形成的夹角α构成互余角，即夹角之和等于90度，例如，其中一个第二掺混孔10的开口方向与火焰筒轴线方向X所形成的夹角α₁为45度，另一个第二掺混孔10的开口方向与火焰筒轴线方向X所形成的夹角α₂也为45度，α₁+α₂=90度。两个相邻的第一掺混孔7的开口方向与火焰筒轴线方向X所形成的夹角α也构成互余角。

考虑到当火焰筒2有一定的倾斜角时，往往火焰筒内壁23的温度偏高，火焰中心也偏下移动，故令靠近燃烧室出口端的第二掺混孔10的开口方向与火焰筒轴线方向X的夹角α小于相应的第一掺混孔7的开口方向与火焰筒轴线方向X的夹角α，从而使掺混空气更加靠近火焰筒内壁23，避免火焰筒内壁23产生局部高温。具体地，可以选择靠近燃烧室出口端的第二掺混孔10开口方向与火焰筒轴线方向X的夹角α为40度，相应的第一掺混孔7的开口方向与火焰筒轴线方向X的夹角α为50度。

第一掺混孔7和第二掺混孔10的形状可以同为圆孔、方孔等，也可以分别为不同的形状，例如第一掺混孔7为圆孔，第二掺混孔10为方孔。

作为优选，第一掺混孔7的孔径小于第二掺混孔10的孔径。

采用双油路离心式喷嘴作为本实施例的燃料喷射器3。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种用于燃气轮机的燃烧室，包括机匣（1）、火焰筒（2）、燃料喷射器（3），所述火焰筒（2）与机匣（1）之间构成环形空腔（A），所述火焰筒（2）包括火焰筒头部（21）、火焰筒外壁（22）和火焰筒内壁（23），所述火焰筒头部（21）中央设有燃料喷射器（3），所述燃料喷射器（3）与燃料导管（4）相连接，沿所述燃料喷射器（3）四周环向设置多个空气旋流器（5），其特征在于，所述火焰筒外壁（22）设有第一主燃孔（6）、多个第一掺混孔（7）和多个第一冷却孔（8），多个第一冷却孔（8）分别分布在第一主燃孔（6）和第一掺混孔（7）的周围，所述火焰筒内壁设有第二主燃孔（9）、多个第二掺混孔（10）和多个第二冷却孔（11），多个第二冷却孔（11）分别分布在第二主燃孔（9）和第二掺混孔（10）的周围，其中第一主燃孔（6）、第一掺混孔（7）和第一冷却孔（8）的孔径依次减小，位于第一主燃孔（6）周围的第一冷却孔（8）的分布密度大于位于第一掺混孔（7）周围的第一冷却孔（8）的分布密度，第二主燃孔（9）、第二掺混孔（10）和第二冷却孔（11）的孔径依次减小，位于第二主燃孔（9）周围的第二冷却孔（11）的分布密度大于位于第二掺混孔（10）周围的第二冷却孔（11）的分布密度，并且靠近燃烧室出口端（C）的第一掺混孔（7）和第二掺混孔（10）是由冲压形成的侧开孔（12），侧开孔（12）具有入口（121）和出口（122），所述入口形成于火焰筒的外壁面（13），所述出口（122）形成于火焰筒的内壁面（14），因冲压形成的呈弧形的突起部（15）与火焰筒内壁面（14）一起限定所述出口（122），所述出口（122）的开口方向即出口的端面的法线方向（Z），与火焰筒轴线方向（X）形成30~60度的夹角（α）。

2.根据权利要求1所述的用于燃气轮机的燃烧室，其特征在于，靠近燃烧室出口端的所述第二掺混孔（10）的所述开口方向与火焰筒轴线方向（X）的夹角（α）小于相应的所述第一掺混孔（7）的所述开口方向与火焰筒轴线方向（X）的夹角（α）。

3.根据权利要求1所述的用于燃气轮机的燃烧室，其特征在于，靠近燃烧室出口端的两个相邻的所述第二掺混孔（10）的所述开口方向与火焰筒轴线方向（X）所形成的夹角（α）构成互余角，靠近燃烧室出口端的两个相邻的所述第一掺混孔（7）的所述开口方向与火焰筒轴线方向（X）所形成的夹角（α）构成互余角。

4.根据权利要求2所述的用于燃气轮机的燃烧室，其特征在于，靠近燃烧室出口端的所述第二掺混孔（10）的所述开口方向与火焰筒轴线方向（X）的夹角（α）为40度，相应的所述第一掺混孔（7）的所述开口方向与火焰筒轴线方向（X）的夹角（α）为50度。

5.根据权利要求1~4任一项所述的用于燃气轮机的燃烧室，其特征在于，所述第一掺混孔（7）和第二掺混孔（10）的形状可以不同。

6.根据权利要求1~5所述的用于燃气轮机的燃烧室，其特征在于，所述第一掺混孔（7）的孔径小于所述第二掺混孔（10）的孔径。

7.根据权利要求1所述的用于燃气轮机的燃烧室，其特征在于，所述第一冷却孔（8）和第二冷却孔（11）的孔径处于0.9mm～1.1mm之间。

8.根据权利要求1所述的用于燃气轮机的燃烧室，其特征在于，所述燃料喷射器（3）采用双油路离心式喷嘴。

9.一种燃气轮机，其特征在于，包括权利要求1~8任一项所述的燃烧室。