CN114688558A - 一种燃烧器及包括该燃烧器的燃烧室、燃气轮机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的一种燃烧器及包括该燃烧器的燃烧室、燃气轮机，由于将燃料燃烧腔的出口端面设置为凹凸不平的表面结构，按燃烧气流流向，所述出口端面的凹陷处使部分燃烧气流与从柱形口侧流入燃料燃烧腔的空气气流混合形成上游混合区域，所述出口端面的凸起处使另一部分燃烧气流与从柱形口侧流入燃料燃烧腔的空气气流混合形成下游混合区域，两股气流呈一前一后、交错式掺混，两个区域实现平滑掺混过度，大大提高掺混效果，提高了燃烧稳定性，由于掺混效果好而使燃烧区域温度更为平均，有效降低了值班火焰区域的温度，从而提高整个燃烧室区域的燃烧稳定性，降低氮氧化物排放水平。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃烧器及包括该燃烧器的燃烧室、燃气轮机。
背景技术
当前重型燃气轮机燃烧器普遍采用贫预混和分级燃烧技术：为降低氮氧化物排放,采用贫预混燃烧技术以降低燃烧区温度，但是贫预混燃烧的可燃极限范围比较窄，火焰不稳定，容易熄火。因此为了稳定贫预混主火焰的燃烧，需结合分级燃烧，在燃烧器中心通过值班喷嘴形成稳定的扩散火焰。
采用扩散值班喷嘴虽然可以稳定燃烧火焰，但其会产生较高的值班火焰温度，从而产生较多的氮氧化物排放。简言之，预混燃烧可解决排放问题，但存在燃烧不稳定问题，扩散燃烧反之。
目前，现有技术中的燃烧器采用分级燃烧形式，外侧为预混主火焰，内侧为值班扩散小火焰，预混主火焰气流和值班扩散小火焰气流在燃烧器圆柱形出口处与外围空气混合，现役机组上采用的圆柱形出口的端面为普通的齐平端面，气流掺混效果差，燃烧不稳定。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种燃烧器及包括该燃烧器的燃烧室、燃气轮机，能够提高燃烧稳定性。
为实现上述目的，本发明提供一种燃烧器，包括燃料燃烧腔，所述燃料燃烧腔具有供主火焰进入的第一进口、供次火焰进入的第二进口以及供燃烧气流流出的柱形口，所述柱形口的出口端面设置为凹凸不平的表面结构，按燃烧气流流向，所述出口端面的凹陷处使部分燃烧气流与从柱形口侧流入燃料燃烧腔的空气气流混合形成上游混合区域，所述出口端面的凸起处使另一部分燃烧气流与从柱形口侧流入燃料燃烧腔的空气气流混合形成下游混合区域。
优选地，所述燃料燃烧腔的第一进口处用于设置燃料喷嘴，所述第二进口绕所述第一进口周向设置，第二进口中具有空气进口和燃料进口，且所述柱形口正对燃料喷嘴。
优选地，所述出口端面设置为波浪结构的表面。
优选地，所述出口端面设置为齿形结构的表面。
优选地，所述出口端面设置为具有多个隆起包状结构的表面。
优选地，所述出口端面设置为钝体结构。
优选地，所述出口端面上游为值班扩散火焰区。
与本发明的一种燃烧器相应地，本发明还提供一种燃烧室，所述燃烧室包括上述技术方案或其任一项技术方案所述的燃烧器。
与本发明的一种燃烧器相应地，本发明还提供一种燃气轮机，所述燃气轮机包括上述技术方案或其任一项技术方案所述的燃烧器。
如上所述，本发明涉及的一种燃烧器及包括该燃烧器的燃烧室、燃气轮机，具有以下有益效果：在本发明的一种燃烧器中，由于将燃料燃烧腔的出口端面设置为凹凸不平的表面结构，这样，一部分燃料气流与从柱形口进入的空气气流在出口端面的凹陷处产生湍流而混合形成上游混合区域，还有一部分燃料气流与从柱形口进入的空气气流在出口端面的凸起处产生湍流而混合行程下游混合区域，两股气流呈一前一后、交错式掺混，两个区域实现平滑掺混过度，大大提高掺混效果，提高了燃烧稳定性，由于掺混效果好而使燃烧区域温度更为平均，有效降低了值班火焰区域的温度，从而提高整个燃烧室区域的燃烧稳定性，降低氮氧化物排放水平。
附图说明
图1显示为本发明的一种燃烧器的示意图。
元件标号说明
1 燃料燃烧腔
2 柱形口
3 主火焰
4 次火焰
5 燃料喷嘴
6 第二进口
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1所示，本发明提供一种燃烧器，包括燃料燃烧腔1，所述燃料燃烧腔1具有具有供主火焰(也可称为主燃烧气流)进入的第一进口、供次火焰(可称为次燃烧气流)进入的第二进口6以及供燃烧气流流出的柱形口2，所述柱形口2的出口端面设置为凹凸不平的表面结构；按燃烧气流流向，所述出口端面的凹陷B处使部分燃烧气流与从柱形口2侧流入燃料燃烧腔1的空气气流混合形成上游混合区域，所述出口端面的凸起A处使另一部分燃烧气流与从柱形口2侧流入燃料燃烧腔1的空气气流混合形成下游混合区域。
在本发明的一种燃烧器中，由于将燃料燃烧腔1的出口端面设置为凹凸不平的表面结构，这样，从第一进口进入的主火焰3和从第二进口6进入的次火焰4在燃料燃烧腔1中混合形成燃烧气流，流动至柱形口2处，一部分燃烧气流运动至出口端面的凹陷B处时在该凹陷B处与由从柱形口2侧流入燃料燃烧腔1的空气气流产生湍流而混合形成上游混合区域，还有一部分燃料气流在出口端面的凸起A处由从柱形口2侧流入燃料燃烧腔1的空气气流产生湍流而混合形成下游混合区域，两股气流呈一前一后、交错掺混，两个区域实现平滑掺混过度，大大提高掺混效果，提高了燃烧稳定性，由于掺混效果好而使燃烧区域温度更为平均，有效降低了值班火焰区域的温度，从而提高整个燃烧室区域的燃烧稳定性，降低氮氧化物排放水平。
如图1所示，燃烧器的燃料燃烧腔1中为燃烧区，出口端面的下游为通入空气的区域，燃烧区中的燃烧气流从出口端面处向下游流动，本发明的一种燃烧器是一种燃气轮机的燃烧器，其结构简单，可打破燃烧区与空气之间的硬边界，增强两个区域的混合，较好地组织燃烧流场分布，从而达到提高燃烧室燃烧稳定性和降低氮氧化物排放水平的双重目标。
如图1所示，本实施例的一种燃烧器中，所述燃料燃烧腔1的第一进口用于设置喷射主火焰3的燃料喷嘴5，燃料喷嘴5还具有形成扩散值班火焰的区域，最优地，第一进口正对柱形口2，即所述柱形口2正对燃料喷嘴5，柱形口2处的内外两股气流(外侧空气和内侧主火焰、次火焰与扩散值班火焰的混合气流)在经过凹凸不平的出口端面后进行掺混，受凹凸不平的结构影响，主火焰3和次火焰4在燃料燃烧腔1中混合产生预混主火焰和值班扩散小火焰的混合气流(即上述燃烧气流)，混合气流流向出口端面，预混主火焰和值班扩散小火焰的混合气流达到凹凸不平的出口端面2时，受出口端面2凹凸不平结构的影响，部分气流在凸起处的根部(也即凹陷B处)率先与外围空气混合，还有一部分气流则随后在凸起处的顶部(即凸起A处)混合，打破传统的两股气流在掺混前被完全隔开的硬边界，得益于凹凸不平结构的约束，两股气流呈一前一后、交错式掺混，两个区域实现平滑掺混过度，大大提高掺混效果。
本实施例的一种燃烧器中，通过将出口端面设置成凹凸不平的结构可以使得气流在上下游不同位置交错式混合，而提高掺混效果，出口端面的凹凸不平结构可以通过多种设计方式实现，作为一种优选的实施方式，出口端面设置为波浪结构的表面，这种形式的出口端面结构上无尖角，整个出口端面为一种钝体结构，有利于提高燃烧室燃烧稳定性和降低氮氧化物排放水平。也可以将所述出口端面设置为齿形结构的表面，类似于齿轮的轮齿形状，或者将所述出口端面设置为具有多个隆起包状结构的表面，也能够起到较好的掺混效果。出口端面的凹凸不平结构也可以是三角锯齿形、圆弧形等齿形结构，周向分布可以是均匀分布，也可以是不均匀分布，周向齿形大小可以相同，也可以不同。作为一种优选的实施方式，所述出口端面优选地设置为钝体结构，即出口端面结构无尖角结构，这样能够有利于提高燃烧室燃烧稳定性和降低氮氧化物排放水平。凹凸不平结构的出口端面处于火焰和空气之间，作为钝体，起到稳定火焰的作用。
与本实施例的一种燃烧器相应地，本实施例还提供一种燃烧室，所述燃烧室包括上述技术方案或其任一项技术方案所述的燃烧器。
与本实施例的一种燃烧器相应地，本实施例还提供一种燃气轮机，所述燃气轮机包括上述技术方案或其任一项技术方案所述的燃烧器。
基于上述实施例的技术方案，本实施例的一种燃烧器中，预混主火焰和值班扩散小火焰在燃烧器凹凸不平的出口端面处与外围空气掺混，可有效地增强燃烧区掺混效果，在提高燃烧稳定性的同时，可有效降低燃烧区温度，进而保证氮氧化物排放水平。本实施例还提供的一种燃烧室及燃气轮机，当然也具有上述有益效果，此处不再赘述。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种燃烧器，其特征是，包括燃料燃烧腔，所述燃料燃烧腔具有供主火焰进入的第一进口、供次火焰进入的第二进口以及供燃烧气流流出的柱形口，所述柱形口的出口端面设置为凹凸不平的表面结构，按燃烧气流流向，所述出口端面的凹陷处使部分燃烧气流与从柱形口侧流入燃料燃烧腔的空气气流混合形成上游混合区域，所述出口端面的凸起处使另一部分燃烧气流与从柱形口侧流入燃料燃烧腔的空气气流混合形成下游混合区域。
2.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于：所述燃料燃烧腔的第一进口处用于设置燃料喷嘴，所述第二进口绕所述第一进口周向设置，第二进口中具有空气进口和燃料进口，且所述柱形口正对燃料喷嘴。
3.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于：所述出口端面设置为波浪结构的表面。
4.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于：所述出口端面设置为齿形结构的表面。
5.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于：所述出口端面设置为具有多个隆起包状结构的表面。
6.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于：所述出口端面设置为钝体结构。
7.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于：所述出口端面上游为值班扩散火焰区。
8.一种燃烧室，其特征在于：所述燃烧室包括权利要求1至7任一项所述的燃烧器。
9.一种燃气轮机，其特征在于：所述燃气轮机包括权利要求1至7任一项所述的燃烧器。
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