CN111594874A - 一种可调节火焰温度的低排放燃烧室 - Google Patents

Abstract

本发明适用于燃气动力设备技术领域，尤其涉及一种可调节火焰温度的低排放燃烧室。本发明通过隔板将压气机来流分为两部分，一部分通过头部进气孔直接进入头部燃烧器，另一部分经过过渡段衬套进入过渡段衬套与过渡段本体之间的流道，通过设置在过渡段衬套与过渡段本体之间的多组导流叶片控制压气机来流从流道进入火焰筒，通过传动杆控制在燃气轮机的不同工况下流道的流通面积，以调节去往掺混孔的空气流量，进而调节进入头部预混火焰区域的空气流量，以此来调节火焰温度。本发明结构简单，设计合理，能够调节进入头部的空气比例和调节部分预混燃料比例，实现了低NOx排放和稳定燃烧，且适用于带有过渡段衬套结构的燃烧室，利于后续升级TIT。

Description

一种可调节火焰温度的低排放燃烧室

技术领域

本发明属于燃气动力设备技术领域，尤其涉及一种可调节火焰温度的低排 放燃烧室。

背景技术

近年来，环保要求的日益严格要求燃气轮机减少污染物排放，尤其是NOx 的排放。燃气轮机中的NOx是在燃烧室中产生的，进一步说是在火焰区域产生 的。火焰区域产生NOx的量与火焰温度成正相关，且随着火焰温度上升呈指数 增加。扩散火焰温度较高，无论燃烧区域空气和燃料的比例为何，火焰温度总 是接近绝热燃烧温度。预混火焰根据预混燃气中空气和燃料的比例不同，可以 获得不同的火焰温度。预混燃气中燃料比例越低火焰温度越低。但随着火焰温 度的降低，因预混燃烧不稳定性产生的热声振荡越发显著，严重时会损坏燃烧 室结构。此外，当火焰温度过低时，CO的生成量会显著上升，降低燃气轮机的 效率。因此，采用预混燃烧是目前降低燃烧室NOx排放的主要手段。而在燃机 不同工况下保证预混燃烧区域的火焰温度在合理的范围内即预混燃气中空气与 燃料的比例在合理的范围内是保证燃烧室低NOx排放且稳定工作的关键。此外， 在以预混燃烧为主体的燃烧室中，适当地引入部分预混燃气混合物，可以进一 步降低NOx排放及热声振荡水平。

在现有的技术中，一种方案是通过在过渡段设置旁通阀来实现燃机不同工 况下的稳定燃烧。来自压气机的空气引入燃烧室的过程中通过把一部分空气旁 通至过渡段而不进入火焰筒中的主燃烧区，以此来保证燃机启动及低负荷工况 时燃烧区域的空气燃料比例在合理的范围内，进而实现稳定燃烧。这种方案并 不适用于带有衬套结构的过渡段。旁通阀的开启会使空气直接由旁通阀进入过 渡段，没有参与衬套的冲击冷却。且空气由旁通阀非均匀的进入过渡段，会对 过渡段出口温度分布有不利影响。此外，该种方案并未引入部分预混燃料。无 论是提高TIT或是进一步降低NOx排放的潜力有限。

另一种是通过分区域燃烧，通过多个燃烧喷嘴或喷嘴组形成不同的燃烧区 域，在燃气轮机不同工况下启用全部或部分的喷嘴或喷嘴组来保证燃烧区域的 火焰温度在合理范围内，实现稳定燃烧。这种方案需要数个燃烧喷嘴或喷嘴组 来实现，燃烧器结构复杂，燃烧室控制也相对复杂，对加工及运维不利。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种可调节火焰温度的低排放燃烧室，旨在 解决现有燃烧室结构复杂，不利于生产制造和维护的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种可调节火焰温度的低排放燃烧室，包括 气缸，所述可调节火焰温度的低排放燃烧室还包括头部燃烧器、机匣和火焰筒， 头部燃烧器的一端与机匣内腔的一端固定连接，头部燃烧器的另一端通过锥顶 与设置在机匣内腔的火焰筒连通，火焰筒周向均布有多个掺混孔，火焰筒远离 头部燃烧器的一端固定连接有过渡段本体，过渡段本体外围套设有过渡段衬套， 过渡段衬套与机匣固定且连通，过渡段衬套上设置有冷却孔，过渡段衬套与过 渡段本体之间均布设置有多组导流叶片，导流叶片一端与过渡段本体转动连接， 另一端设置有齿轮杆，过渡段衬套与过渡段本体之间还转动设置有齿轮环，齿 轮环一侧通过轮齿与设置在齿轮杆端部的齿轮啮合，另一侧通过轮齿与端部设置有齿轮的传动杆啮合，传动杆用于通过带动齿轮环转动驱动导流叶片发生偏 转，机匣外径周向设置有多个头部进气孔和预混燃料喷射组件，机匣与火焰筒 之间通过设置有隔板连接，掺混孔位于隔板与预混燃料喷射组件之间。

优选的，所述头部燃烧器包括连接座、值班喷嘴和预混喷嘴，连接座一端 与机匣内腔的一端固定连接，另一端通过锥顶与火焰筒连通，值班喷嘴固定在 连接座芯部，预混喷嘴设置有多组，均布在连接座的周向，值班喷嘴、锥顶和 火焰筒的轴线重合。

优选的，所述预混燃料喷射组件包括预混燃料总管和预混喷杆，预混喷杆 通过设置在机匣外径上的预混燃料环腔与固定在机匣内径上的预混喷杆连通。

优选的，所述预混喷杆的数量与掺混孔的数量相同。

优选的，所述过渡段衬套上设置有两个第一限位块a，齿轮环外径上设置有 两个第二限位块b，第二限位块b位于第一限位块a之间，用于限制齿轮环的转 动范围。

优选的，所述导流叶片为弧形结构。

优选的，不同冷却孔的直径大小不一。

本发明实施例提供的一种可调节火焰温度的低排放燃烧室，通过隔板将压 气机来流分为两部分，一部分通过头部进气孔直接进入头部燃烧器，另一部分 经过过渡段衬套进入过渡段衬套与过渡段本体之间的流道，进而通过设置在过 渡段衬套与过渡段本体之间的多组导流叶片控制压气机来流从流道进入火焰 筒，通过传动杆控制在燃气轮机的不同工况下流道的流通面积，以调节去往掺 混孔的空气流量，进而调节进入头部预混火焰区域的空气流量，以此来调节火 焰温度。本发明结构简单，设计合理，能够通过调节进入头部的空气比例和调 节部分预混燃料比例调节燃烧室热声特性实现低NOx排放和稳定燃烧，且适用 于带有过渡段衬套结构的燃烧室，利于后续升级TIT。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种可调节火焰温度的低排放燃烧室的结构示 意图；

图2为本发明实施例提供的一种可调节火焰温度的低排放燃烧室的导流叶 片的工作示意图；

图3为本发明实施例提供的一种可调节火焰温度的低排放燃烧室的部分预 混燃料喷杆布置示意图；

图4为本发明实施例提供的一种可调节火焰温度的低排放燃烧室的导流叶 片流通面积最小时的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种可调节火焰温度的低排放燃烧室的导流叶 片流通面积最大时的示意图；

图6为图1中A处的局部放大图。

附图中：1、压气机出口；2、气缸；3、机匣；4、头部进气孔；5、预混喷 嘴；6、值班喷嘴；7、锥顶；8、火焰筒；9、掺混孔；10、挡板；11、过渡段 衬套；12、过渡段本体；13、导流叶片；14、齿轮杆；15、齿轮环；16、传动 齿轮；17、传动杆；18a、第一限位块；18b、第二限位块；19、套筒；20、预 混喷杆；21、预混燃料总管；22、预混燃料环腔；23、预混火焰区域。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

如图1所示，为本发明实施例提供的一种可调节火焰温度的低排放燃烧室 的结构示意图，包括气缸2，所述可调节火焰温度的低排放燃烧室还包括头部燃 烧器、机匣3和火焰筒8，头部燃烧器的一端与机匣3内腔的一端固定连接，头 部燃烧器的另一端通过锥顶7与设置在机匣3内腔的火焰筒8连通，火焰筒8 周向均布有多个掺混孔9，火焰筒8远离头部燃烧器的一端固定连接有过渡段本 体12，过渡段本体12外围套设有过渡段衬套11，过渡段衬套11与机匣3固定 且连通，过渡段衬套11上设置有冷却孔，过渡段衬套11与过渡段本体12之间 均布设置有多组导流叶片13，导流叶片13一端与过渡段本体12转动连接，另 一端设置有齿轮杆14，过渡段衬套11与过渡段本体12之间还转动设置有齿轮 环15，齿轮环15一侧通过轮齿与设置在齿轮杆14端部的齿轮啮合，另一侧通 过轮齿与端部设置有齿轮的传动杆17啮合，传动杆17用于通过带动齿轮环15 转动驱动导流叶片13发生偏转，机匣3外径周向设置有多个头部进气孔4和预 混燃料喷射组件，机匣3与火焰筒8之间通过设置有隔板10连接，掺混孔9位 于隔板10与预混燃料喷射组件之间。

在本发明实施例中，通过隔板将压气机来流分为两部分，一部分通过头部 进气孔4直接进入头部燃烧器，另一部分经过过渡段衬套11进入过渡段衬套11 与过渡段本体12之间的流道，进而通过设置在过渡段衬套11与过渡段本体12 之间的多组导流叶片13控制压气机来流从流道进入火焰筒8，通过传动杆17控 制在燃气轮机的不同工况下流道的流通面积，以调节去往掺混孔9的空气流量， 进而调节进入头部预混火焰区域13的空气流量，以此来调节火焰温度。本发明 结构简单，设计合理，能够通过调节进入头部的空气比例和调节部分预混燃料 比例调节燃烧室热声特性实现低NOx排放和稳定燃烧，且适用于带有过渡段衬 套结构的燃烧室，利于后续升级TIT。

如图1所示，作为本发明的一种优选实施例，所述头部燃烧器包括连接座、 值班喷嘴6和预混喷嘴5，连接座一端与机匣3内腔的一端固定连接，另一端通 过锥顶7与火焰筒8连通，值班喷嘴6固定在连接座芯部，预混喷嘴5设置有 多组，均布在连接座的周向，值班喷嘴6、锥顶7和火焰筒8的轴线重合。

如图1和6所示，作为本发明的一种优选实施例，所述预混燃料喷射组件 包括预混燃料总管21和预混喷杆20，预混喷杆20通过设置在机匣3外径上的 预混燃料环腔22与固定在机匣3内径上的预混喷杆20连通。

在本发明实施例中，在使用时，燃料通过预混燃料总管21进入到预混燃料 环腔22中，进而通过与预混燃料环腔22连通的预混喷杆20将燃料喷出，从而 使得燃料与空气充分混合，混合后的气体再通过掺混孔汇入头部预混火焰生成 的高温烟气，在随后的火焰筒8及过渡段本体12区域内进行燃烧。通过调节部 分预混燃料比例，可以调节燃烧室热声特性，拓宽燃烧室稳定运行范围。

如图1和6所示，作为本发明的一种优选实施例，所述预混喷杆20的数量 与掺混孔9的数量相同。

在本发明实施例中，通过设置有多组预混喷杆20保证了燃料与空气的混合 效果。

如图1、2、3、4、5和6所示，作为本发明的一种优选实施例，所述过渡 段衬套11上设置有两个第一限位块18a，齿轮环15外径上设置有两个第二限位 块18b，第二限位块18b位于第一限位块18a之间，用于限制齿轮环15的转动 范围。

在本发明实施例中，在进行流量调节时，通过传动杆17转动，带动齿轮环 15发生转动，与齿轮环15啮合的齿轮杆14带动导流叶片13发生偏转，从而控 制导流叶片13处的流通截面的大小；通过设置的第一限位块18a和第二限位块 18b用于限制齿轮环15的转动范围，从而保证了进流量始终在适宜范围内调节。

如图1、2、3、4、5和6所示，作为本发明的一种优选实施例，所述导流 叶片13为弧形结构。

如图1、2、3、4、5和6所示，作为本发明的一种优选实施例，不同冷却 孔的直径大小不一。

在本发明实施例中，在使用时，空气通过压气机出口1进入气缸2内，进 而一部分空气通过头部进气孔4直接流向值班喷嘴6和预混喷嘴5，另一部分通 过冷却孔进入过渡段衬套11与过渡段本体12之间的流道内，进而通过传动杆 17和齿轮环15驱动导流叶片13偏转控制流道通过掺混孔9的流量，空气经过 导流叶片13后与燃料混合，随后通过掺混孔9进入火焰筒8，进而在火焰筒8 及过渡段本体12区域内进行燃烧。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可调节火焰温度的低排放燃烧室，包括气缸(2)，其特征在于，所述可调节火焰温度的低排放燃烧室还包括头部燃烧器、机匣(3)和火焰筒(8)，头部燃烧器的一端与机匣(3)内腔的一端固定连接，头部燃烧器的另一端通过锥顶(7)与设置在机匣(3)内腔的火焰筒(8)连通，火焰筒(8)周向均布有多个掺混孔(9)，火焰筒(8)远离头部燃烧器的一端固定连接有过渡段本体(12)，过渡段本体(12)外围套设有过渡段衬套(11)，过渡段衬套(11)与机匣(3)固定且连通，过渡段衬套(11)上设置有冷却孔，过渡段衬套(11)与过渡段本体(12)之间均布设置有多组导流叶片(13)，导流叶片(13)一端与过渡段本体(12)转动连接，另一端设置有齿轮杆(14)，过渡段衬套(11)与过渡段本体(12)之间还转动设置有齿轮环(15)，齿轮环(15)一侧通过轮齿与设置在齿轮杆(14)端部的齿轮啮合，另一侧通过轮齿与端部设置有齿轮的传动杆(17)啮合，传动杆(17)用于通过带动齿轮环(15)转动驱动导流叶片(13)发生偏转，机匣(3)外径周向设置有多个头部进气孔(4)和预混燃料喷射组件，机匣(3)与火焰筒(8)之间通过隔板(10)连接，掺混孔(9)位于隔板(10)与预混燃料喷射组件之间。

2.根据权利要求1所述的可调节火焰温度的低排放燃烧室，其特征在于，所述头部燃烧器包括连接座、值班喷嘴(6)和预混喷嘴(5)，连接座一端与机匣(3)内腔的一端固定连接，另一端通过锥顶(7)与火焰筒(8)连通，值班喷嘴(6)固定在连接座芯部，预混喷嘴(5)设置有多组，并且均布在连接座的周向，值班喷嘴(6)、锥顶(7)和火焰筒(8)的轴线重合。

3.根据权利要求1所述的可调节火焰温度的低排放燃烧室，其特征在于，所述预混燃料喷射组件包括预混燃料总管(21)和预混喷杆(20)，预混喷杆(20)通过设置在机匣(3)外径上的预混燃料环腔(22)与固定在机匣(3)内径上的预混喷杆(20)连通。

4.根据权利要求3所述的可调节火焰温度的低排放燃烧室，其特征在于，所述预混喷杆(20)的数量与掺混孔(9)的数量相同。

5.根据权利要求1所述的可调节火焰温度的低排放燃烧室，其特征在于，所述过渡段衬套(11)上设置有两个第一限位块(18a)，齿轮环(15)外径上设置有两个第二限位块(18b)，第二限位块(18b)位于第一限位块(18a)之间，用于限制齿轮环(15)的转动范围。

6.根据权利要求1所述的可调节火焰温度的低排放燃烧室，其特征在于，所述导流叶片(13)为弧形结构。

7.根据权利要求1所述的可调节火焰温度的低排放燃烧室，其特征在于，不同冷却孔的直径大小不一。

Images