CN116202104B - 一种燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室，其包括燃料配气管、头部燃烧器、紧固螺栓、冷却防护端板、阵列喷嘴、火焰筒、导流衬套和外机匣。本发明采用高速射流的单元喷嘴布置方式，单元喷嘴中心形成局部回流区来增强燃烧室在高速射流下的稳定燃烧特性；阵列喷嘴采用非等距布置，增加燃烧室负荷；径向分级、改变喷嘴预混段长度和燃料孔个数，实现不同径向分区的喷嘴出口局部当量比；改变中心稳焰喷嘴壁厚形成钝体和构建局部沙丘凹槽结构，扩大局部钝体回流区，进一步增强中心稳焰喷嘴的稳定燃烧范围。多喷嘴径向阵列布置提高了燃烧室出口温度均匀性，降低了烟气停留时间，达到宽含氢燃料适用性、宽工况低排放、高效稳定运行的要求。
Description
技术领域
本发明涉及燃气轮机技术领域，尤其涉及一种燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室。
背景技术
燃气轮机作为重要的动力设备，在进一步降低氮氧化物排放的同时，需要提升含氢燃料的适用性。对于高含氢燃料、高燃机出口参数、低碳排放和低氮氧化物排放要求，传统的旋流贫预混燃烧技术和扩散稀释燃烧技术难以满足未来不断提升的要求。多喷嘴阵列燃烧是一种极具潜力的燃烧技术之一，其在高含氢燃料下，提高射流喷嘴速度来降低喷嘴回火危险的同时，缩短整体的燃烧室的长度来达到控制污染物排放的要求。如何扩展高速射流下的燃烧室的稳定燃烧范围是多喷嘴阵列燃烧技术的一个技术重点。因此，亟需探索一种多喷嘴阵列增稳燃烧室设计方案，以实现高速射流条件下宽稳定范围燃烧，同时满足燃气轮机燃烧室不同含氢燃料适用性、低排放、高效稳定运行的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室，其为可燃烧宽范围含氢燃料的燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。本发明通过高速射流的单元喷嘴(4个喷嘴构成一个喷嘴单元)布置方式，单元喷嘴中心形成局部回流区来增强燃烧室在高速射流下的稳定燃烧特性；充分利用燃烧室头部空间，阵列喷嘴采用非等距布置，既增加燃烧室的整体负荷，又有利于降低热声振荡的风险；通过径向分级，改变不同径向位置喷嘴的预混段长度和燃料孔的个数，来实现不同径向分区的喷嘴出口的局部当量比，有益于增强燃烧室的整体稳定燃烧特性；改变中心稳焰喷嘴壁厚形成钝体和构建局部沙丘凹槽结构，扩大局部钝体回流区范围，进一步增强中心稳焰喷嘴的稳定燃烧范围。通过单元喷嘴组合、不同预混段长度、不同燃料孔个数和局部钝体和局部沙丘凹槽造型，实现燃烧室的稳定燃烧范围向低当量比方向拓展，多喷嘴径向分级阵列布置提高了燃气轮机燃烧室出口温度均匀性，缩短燃烧室火焰筒长度降低了烟气停留时间，达到宽含氢燃料适用性、宽工况低排放、高效稳定运行的要求。
为达到上述目的，本发明提供了一种燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室，包括：
燃料配气管，所述的燃料配气管包括值班级燃料配气管和主燃级燃料配气管；
头部燃烧器，设置于所述的整体燃烧室的头部位置，与所述的燃料配气管一体打印；
紧固螺栓，所述的紧固螺栓用于所述的头部燃烧器和所述的外机匣的连接紧固；
冷却防护端板，所述的冷却防护端板一端与所述的头部燃烧器连接，所述的冷却防护端板的周向与所述的火焰筒卡簧连接，所述的冷却防护端板上径向非等距排布喷嘴安装孔；
阵列喷嘴，所述的阵列喷嘴沿径向非等距布置，所述的阵列喷嘴分为5级阵列喷嘴，所述阵列喷嘴的一端与所述头部燃烧器焊接，所述的阵列喷嘴与所述的冷却防护端板的喷嘴安装孔形成环缝用于所述阵列喷嘴的冷却；
火焰筒，所述的火焰筒采用气膜冷却和肋冷却的结构，所述的火焰筒的气膜冷却区靠近火焰区采用非等距叉排布置，所述的火焰筒的肋冷却区采用等距布置；
导流衬套，所述的导流衬套由所述的头部燃烧器和所述的外机匣通过所述的紧固螺栓压紧连接；
外机匣，所述的外机匣用所述的紧固螺栓与所述的头部燃烧器的法兰连接。
进一步地，所述的头部燃烧器包括空气配气腔、燃料配气腔和喷嘴安装端板；
所述的空气配气腔采用两级布风板，有效保证空气来流的均匀性，其一级布风板均布若干一级布风孔，一级布风孔直径为Dad1，其二级布风板均布若干二级布风孔，二级布风孔直径为Dad2，且Dad2＜Dad1、二级布风孔数大于一级布风孔数；
所述的燃料配气腔通过金属板分为值班级燃料配气腔和主燃级燃料配气腔，所述的值班级燃料配气腔采用若干燃料配气支管配气，保证所述值班级燃料配气腔燃料进气的均匀性，所述的主燃级燃料配气腔采用沿周向均匀分配若干燃料配气支管来供气，保证所述主燃级燃料配气腔供给均匀性。
进一步地，所述的冷却防护端板的周向均布若干冷却防护端板进气孔，来保证配气均匀性，冷却防护端板端面径向最外沿均布若干冷却防护端板冷却孔，保证靠近火焰区的所述火焰筒安全，冷却防护端板靠近中心部分布置多区冷却防护端板冷却孔，保证冷却防护端板中心区域安全，冷却防护端板喷嘴安装孔直径为Da，所述喷嘴安装孔的位置和个数与所述阵列喷嘴的个数和相对位置一致。
进一步地，所述阵列喷嘴的阵列喷嘴内径为Dj，且4mm≤Dj≤15mm，阵列喷嘴外径为Djw，且(Da-2)mm＜Djw＜(Da-0.5)mm，其喷嘴长度为Lj，其采用交叉射流的方式来实现空气燃料的掺混，其燃料孔直径为df，且0.5mm≤df≤1.5mm，包括径向一级阵列喷嘴、径向二级阵列喷嘴、径向三级阵列喷嘴、径向四级阵列喷嘴和中心稳焰喷嘴，所述的径向一级阵列喷嘴、径向二级阵列喷嘴、径向三级阵列喷嘴由所述主燃级燃料配气腔进行燃料配气，所述各级阵列喷嘴的预混段长度不同，实现不同的喷嘴出口燃料分布，所述径向四级阵列喷嘴和中心稳焰喷嘴由所述值班级配气腔进行燃料配气，低负荷工况采用所述的径向四级阵列喷嘴和中心稳焰喷嘴进行稳焰。
进一步地，所述的径向一级阵列喷嘴包含n1个射流喷嘴，且n1≥16，沿周向均匀分布，径向一级阵列喷嘴预混段长度为Ld1；
所述的径向二级阵列喷嘴的射流喷嘴的个数与所述径向一级阵列喷嘴的个数相同，沿周向均匀分布，径向二级阵列喷嘴预混段长度为Ld2，所述径向一级阵列喷嘴和所述径向二级阵列喷嘴相邻四个喷嘴形成一个单元喷嘴，最大径向一、二级组合单元喷嘴间距为S1，且S1≥3Dj，在其中心形成射流回流区来实现外层火焰的稳定；
所述的径向三级阵列喷嘴包含n2个射流喷嘴，且n2≥12且n2＜n1，沿周向对称布置，径向三级阵列喷嘴预混段长度为Ld3，保证了空气燃料充分混合，在增加负荷的同时控制污染物排放；
所述的径向四级阵列喷嘴包含n3个射流喷嘴，且n3≥8且n3＜n2，采用正方形布置，径向四级阵列喷嘴预混段长度为Ld4，其喷嘴出口存在局部高当量比区域来保证燃烧室在低当量比下的燃烧稳定性；
所述的中心稳焰喷嘴包含包括射流喷嘴和钝体结构，钝体外径为Db，且2Dj＜Db＜5Dj，保证在钝体结构下游形成小的局部回流区，所述钝体结构的表面均布若干沙丘型凹槽进一步扩展钝体回流区的范围，所述中心稳焰喷嘴作为一个单元喷嘴，其最大中心稳焰单元喷嘴间距为S2，且4Dj≤S1≤8Dj和S2＞S1，其中心回流区的范围大于所述径向一级阵列喷嘴和径向二级阵列喷嘴形成的单元喷嘴的中心回流区，进一步增强中心稳焰效果，所述中心稳焰喷嘴和所述径向四级阵列喷嘴相邻四个喷嘴形成多个中心回流区，其单元喷嘴的最大间距为S3且S2＞S3＞S1，所述中心稳焰喷嘴的燃料孔个数多于所述阵列喷嘴，所述中心稳焰喷嘴的总体当量比和局部当量比最大，从而达到进一步增强燃烧稳定性的效果，所述中心稳焰喷嘴的钝体结构的冷却通过所述冷却防护端板和所述钝体结构形成的气膜流道，其沿钝体外壁面周向均匀分布，且钝体结构冷却孔射流角度为θ1，且30°≤θ1≤90°。
从上述技术方案可以看出，本发明的燃气轮机柔和燃烧室至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
(1)燃料配气管和头部燃烧器可采用一体打印成型，优化了配气方式，降低了机械加工成本，改善了复杂配气形式的可靠性和密封性；
(2)阵列喷嘴采用径向非等距布置，充分利用燃烧室的空间，提升燃烧室的热负荷的同时，降低热声振荡发生的风险，同时实现燃烧室出口温度的均匀性，结合缩短的火焰筒长度从而达到降低污染物排放的效果；
(3)阵列喷嘴采用径向分级分区，通过不同的燃料配气腔进行配气，不同径向分区阵列喷嘴的预混段长度不同和燃料孔的个数不同，实现局部当量比改变，达到燃烧室增强稳定性的效果，低负荷工况通过值班级燃料配气腔实现稳定燃烧；
(4)相邻四个阵列喷嘴形成单元喷嘴，单元喷嘴中心高速射流形成中心回流区达到稳焰效果，不用区域单元喷嘴形成的中心回流区大小不同，从而实现不同区域的燃烧增稳；
(5)中心稳焰喷嘴采用钝体、沙丘凹槽造型和增加燃料孔的方式，从而形成局部钝体回流区和局部高当量比，进一步增强低工况下燃烧室中心燃烧区的稳定燃烧特性。
附图说明
图1为本发明实施例的燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室的结构示意图；
图2为图1所示的燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室的右视图；
图3为图1所示的阵列喷嘴的结构示意图；
图4为图1所示的中心稳焰喷嘴的结构示意图。
上述附图中，附图标记含义如下：
100-燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室；
110-燃料配气管； 111-值班级燃料配气管；
112-主燃级燃料配气管； 120-头部燃烧器；
121-空气配气腔； 122-燃料配气腔；
123-喷嘴安装端板； 130-紧固螺栓；
140-冷却防护端板； 141-冷却防护端板进气孔；
142-冷却防护端板冷却孔； 150-阵列喷嘴；
151-径向一级阵列喷嘴； 152-径向二级阵列喷嘴；
153-径向三级阵列喷嘴； 154-径向四级阵列喷嘴；
155-中心稳焰喷嘴； 160-火焰筒；
170-导流衬套； 180-外机匣；
Dad1-一级布风孔直径； df-燃料孔直径；
Dad2-二级布风孔直径； Dj-阵列喷嘴内径；
Dc-冷却防护端板冷却孔直径； Da-冷却防护端板喷嘴安装孔直径；
Djw-阵列喷嘴外径； Db-钝体外径；
Lj-阵列喷嘴长度； Ld1-径向一级阵列喷嘴预混段长度；
Ld2-径向二级阵列喷嘴预混段长度； Ld3-径向三级阵列喷嘴预混段长度；
Ld4-径向四级阵列喷嘴预混段长度； Ldc-中心稳焰喷嘴预混段长度；
Ls-钝体沙丘凹槽结构深度；
Hb-钝体高度；
S1-最大径向一、二级组合单元喷嘴间距；
S2-最大中心稳焰单元喷嘴间距；
S3-最大径向四级阵列喷嘴和中心稳焰喷嘴形成的单元喷嘴间距；
θ1-钝体结构冷却孔射流角度。
具体实施方式
本发明为了实现宽范围含氢燃料高射流速度下燃烧稳定性，充分利用4个射流喷嘴形成的单元喷嘴，其高速射流形成局部回流区的特点，并结合径向非等距排布方式和不同径向分区单元喷嘴，形成多区域烟气回流稳焰效果，同时改变不同径向分区阵列喷嘴的预混段长度和燃料孔的个数形式局部当量比的提高，达到有益于稳焰的效果，最后，在中心喷嘴位置增加钝体和沙丘凹槽造型形成局部钝体回流，形成中心稳焰喷嘴组合，极大的扩展了低当量比下的燃烧稳定性，从而使得整体燃烧室的燃烧稳定性大大提高。燃烧室的阵列喷嘴采用径向非等距排列的方式，在提升燃烧室热负荷的同时，保证了燃烧室出口的温度均匀性，减低热声振荡发生的风险。结合阵列喷嘴燃烧火焰长度短的特点，优化火焰筒的长度和冷却方式，缩短火焰筒的长度从而达到降低污染物排放的要求。因此，本发明在保证燃烧效率前提下，可以实现高速射流情况下稳定燃烧，达到在含氢燃料下更宽工况范围内氮氧化物排放要求。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要事先说明的是，本发明实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。
在本发明的一个示例性实施例中，如图1至图4所示，本发明提供了一种燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室100，包括燃料配气管110、头部燃烧器120、紧固螺栓130、冷却防护端板140、阵列喷嘴150、火焰筒160、导流衬套170和外机匣180。所述燃料配气管110包括值班级燃料配气管111和主燃级燃料配气管112。所述头部燃烧器120包括空气配气腔121、燃料配气腔122和喷嘴安装端板123。所述冷却防护端板140包括冷却防护端板进气孔141和冷却防护端板冷却孔142。所述阵列喷嘴150包括径向一级阵列喷嘴151、径向二级阵列喷嘴152、径向三级阵列喷嘴153、径向四级阵列喷嘴154和中心稳焰喷嘴155。
所述头部燃烧器120设置于所述的燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室100的头部位置，与所述的燃料配气管110一体打印；所述的头部燃烧器120和所述的外机匣180通过紧固螺栓紧固连接；所述冷却防护端板140一端与所述的头部燃烧器120连接，所述的冷却防护端板140的周向与所述的火焰筒160卡簧连接，所述的冷却防护端板140上径向非等距排布喷嘴安装孔；所述阵列喷嘴150沿径向非等距布置，并分为5级阵列喷嘴，所述阵列喷嘴150的一端与所述头部燃烧器120焊接，所述的阵列喷嘴150与所述的冷却防护端板140的喷嘴安装孔形成环缝用于所述阵列喷嘴150的冷却；所述火焰筒160采用气膜冷却和肋冷却的结构，所述的火焰筒160的气膜冷却区靠近火焰区采用非等距叉排布置，所述的火焰筒160的肋冷却区采用等距布置；所述导流衬套170由所述的头部燃烧器120和所述的外机匣180通过所述的紧固螺栓压紧连接；所述外机匣180用所述的紧固螺栓与所述的头部燃烧器120的法兰连接。
以下分别对本实施例燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室的各个组成部分进行详细描述。
如图1所示，燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室100，采用逆流式布置方式，即压气机出来的空气经燃烧室外机匣180和火焰筒160组成的环形通道进入，分为三部分进入筒型的火焰筒160内部，包括：火焰筒160气膜冷却空气、冷却防护端板140冷却空气、阵列喷嘴150燃烧空气。根据面积比来分配空气量，其中用于火焰筒160气膜冷却空气和冷却防护端板140冷却空气的空气量占总空气量的20％。燃料一分为二，一路经值班级燃料配气管111的多个燃料配气支管进入燃料配气腔122的值班级燃料配腔，一路经主燃级燃料配气管112的周向均匀分布的若干支燃料配气支管进入燃料配气腔122的主燃级燃料配气腔，燃料后经燃料孔进入阵列喷嘴150内，通过交叉射流方式与空气进行混合。
其中，燃料配气管110和头部燃烧器120采用一体打印加工，保证加工的精度和密封性；阵列喷嘴150一端与头部燃烧器120采用螺纹连接，阵列喷嘴150的另一端与头部燃烧器120的喷嘴安装端板123采用焊接方式连接；阵列喷嘴150采用径向非等距排布，共分为5级，其中径向一级阵列喷嘴151在喷嘴安装端板123的径向最外层，沿周向均匀分布，径向二级阵列喷嘴152与径向一级阵列喷嘴151个数一致，沿周向均匀分布，径向三级阵列喷嘴153沿周向对称分布，径向四级阵列喷嘴154按照正方形均匀排布，中心稳焰喷嘴155按照正方形均匀排布；径向一级阵列喷嘴151、径向二级阵列喷嘴152、径向三级阵列喷嘴153的燃料供给由主燃级燃料配气腔分配，径向四级阵列喷嘴154和中心稳焰喷嘴155的燃料供给由值班级配气腔分配；冷却防护端板140的通过喷嘴安装孔与阵列喷嘴150和头部燃烧器120配合，其中喷嘴安装孔与阵列喷嘴150形成环缝，用于阵列喷嘴的冷却；火焰筒160通过卡簧与冷却防护端板140周向配合；外机匣180与头部燃烧器120采用紧固螺栓130定位和安装，导流衬套170通过外机匣180和头部燃烧器120进行卡紧。
更具体的，如图1和图2所示，头部燃烧器120具体包括空气配气腔121、燃料配气腔122，喷嘴安装端板123。通过金属板和布风板将头部燃烧器空腔分为空气配气腔121和燃料配气腔122。其中燃料配气腔122通过中间的金属板分为值班级燃料配气腔和主燃级燃料配气腔，通过燃料分级可以满足低负荷下燃烧室的燃烧稳定性。空气配气腔121通过两级布风板将来流空气均匀分配进入阵列喷嘴150中，其中一级布风板的孔数要小于二级布风板的孔数、一级布风孔的直径要大于二级布风孔的直径。头部燃烧器120与阵列喷嘴150形成的空腔为燃料配气腔122。
所述的空气配气腔121采用两级布风板，有效保证空气来流的均匀性，其一级布风板均布若干一级布风孔，一级布风孔直径为Dad1，其二级布风板均布若干二级布风孔，二级布风孔直径为Dad2，且Dad2＜Dad1、二级布风孔数大于一级布风孔数。
所述的冷却防护端板140的周向均布若干冷却防护端板进气孔141，来保证配气均匀性，冷却防护端板端面径向最外沿均布若干冷却防护端板冷却孔142，保证靠近火焰区的所述火焰筒安全，冷却防护端板140靠近中心部分布置多区冷却防护端板冷却孔142，保证冷却防护端板140的中心区域安全，其冷却防护端板冷却孔直径为Dc，冷却防护端板喷嘴安装孔直径为Da，所述喷嘴安装孔的位置和个数与所述阵列喷嘴的个数和相对位置一致。
其中，本发明通过径向非等距布置的方式，将阵列喷嘴150分为多个径向区域，充分利用4喷嘴单元喷嘴的高速射流卷吸回流的特点，充分利用了燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室100的空间，使得有效提升了燃烧室的热负荷，同时保证了燃烧室出口烟气温度的均匀性。
其中，火焰筒160采用气膜冷却和肋冷却的混合结构，考虑到阵列喷嘴燃烧火焰较短，在火焰区采用非等距叉排气膜冷却，保证火焰筒的安全性，在后火焰区采用等距排布肋冷却的方式。火焰筒长度需要满足燃烧完全以及一氧化碳和氮氧化物的排放要求。
在本实施例中，如图3所示，阵列喷嘴150包括：径向一级阵列喷嘴151、径向二级阵列喷嘴152、径向三级阵列喷嘴153、径向四级阵列喷嘴154和中心稳焰喷嘴155，通过不同径向位置喷嘴的组合形成不同最大间距的单元喷嘴，实现不同的中心回流区，增强燃烧室燃烧的稳定性。
其中，本发明的径向一级阵列喷嘴151、径向二级阵列喷嘴152、径向三级阵列喷嘴153、径向四级阵列喷嘴154的阵列喷嘴长度Lj、阵列喷嘴内径Dj、空气燃料混合方式、燃料孔直径df和燃料孔的个数是相同的，但是其空气燃料预混段的长度是不同，来实现不同的喷嘴出口燃料的空间分布，径向一级阵列喷嘴预混段长度为Ld1，径向二级阵列喷嘴预混段长度为Ld2，径向三级阵列喷嘴预混段长度为Ld3，径向四级阵列喷嘴预混段长度Ld4，中心稳焰喷嘴预混段长度为Ldc；其中Ld1、Ld2、Ld3、Ld4、Ldc长度不同，形成的预混程度不同。径向一级阵列喷嘴151和径向二级阵列喷嘴152的喷嘴个数相同，从而相邻的4个喷嘴形成一个单元喷嘴，其最大径向一、二级组合单元喷嘴间距为S1，高速射流情况下的形成小的中心回流区实现稳焰。径向四级阵列喷嘴154和中心稳焰喷嘴155之间形成多个最大径向四级阵列喷嘴和中心稳焰喷嘴形成的单元喷嘴间距S3的单元喷嘴组合。中心稳焰喷嘴155形成最大中心稳焰单元喷嘴间距S2的单元喷嘴，其中S2＞S3＞S1、4Dj≤S2≤8Dj和S1≥3Dj，最大喷嘴间距不同形成的中心回流区域范围不同，从而实现不用的稳焰区域和效果。
优选的，阵列喷嘴外径为Djw，冷却防护端板喷嘴安装孔直径为Da，且(Da-2)mm＜Djw＜(Da-0.5)mm。
在本实施例中，如图4所示，中心稳焰喷嘴155包括射流喷嘴和钝体结构，其中射流喷嘴和钝体结构采用螺纹和点焊连接。
其中，钝体结构的整体的钝体高度为Hb，且5mm≤Hb≤10mm，钝体外径为Db，且2Dj＜Db＜5Dj，钝体结构表面均布多个沙丘型凹槽结构，其沙丘型凹槽结构深度为Ls，且0.3Dj＜Ls＜0.6Dj。通过钝体结构在钝体表面形成局部回流区来增强稳焰，另外采用沙丘型凹槽结构进一步扩展钝体回流区的范围。中心稳焰喷嘴的燃料孔的个数多于径向一级、二级、三级和四级阵列喷嘴的燃料孔的个数，中心稳焰喷嘴出口的局部当量比要高于其他阵列喷嘴，从而实现稳焰效果。为了保护钝体结构的高温工况下的安全性，在钝体内部均布若干气膜冷却流道，且钝体结构冷却孔射流角度为θ1，满足30°≤θ1≤90°。
在该实施例中，设置阵列喷嘴射流速度为40m/s～120m/s，预混燃料孔流速为100m/s～300m/s，外机匣和火焰筒形成的环形通道出口速度20m/s-50m/s，燃烧室出口温度在1200℃-1800℃，氢气含量可以实现100％以内任意掺混。
至此，本发明实施例的燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室的组成介绍完毕。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
综上所述，本发明燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室100，为了实现含氢燃料高射流速度下燃烧稳定性，充分利用4个射流喷嘴形成的单元喷嘴，其高速射流形成局部回流区的特点，并结合径向非等距排布方式和不同径向分区单元喷嘴，形成多区域烟气回流稳焰效果，同时改变不同径向分区阵列喷嘴的预混段长度和燃料孔的个数形式局部当量比的提高，达到有益于稳焰的效果，最后，在中心喷嘴位置增加钝体和沙丘凹槽造型形成局部钝体回流，形成中心稳焰喷嘴155组合，使得整体燃烧室的燃烧稳定性大大提高。燃烧室的阵列喷嘴采用径向非等距排列的方式，在提升燃烧室热负荷的同时，保证了燃烧室出口的温度均匀性。结合阵列喷嘴燃烧火焰长度短的特点，优化火焰筒160的长度和冷却方式，缩短火焰筒160的长度从而达到降低污染物排放的要求。因此，本发明在保证燃烧效率前提下，可以实现高速射流情况下稳定燃烧，达到在含氢燃料下更宽工况范围内氮氧化物排放要求。
还需要说明的是，本发明可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值；上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室，其特征在于，包括：
燃料配气管，所述的燃料配气管包括值班级燃料配气管和主燃级燃料配气管；
头部燃烧器，设置于所述的增稳燃烧室的头部位置，与所述的燃料配气管一体打印；
紧固螺栓，所述的紧固螺栓用于所述的头部燃烧器和外机匣的连接紧固；
冷却防护端板，所述的冷却防护端板一端与所述的头部燃烧器连接，所述的冷却防护端板的周向与火焰筒卡簧连接，所述的冷却防护端板上径向非等距排布喷嘴安装孔；
阵列喷嘴，所述的阵列喷嘴沿径向非等距布置，所述的阵列喷嘴分为5级阵列喷嘴，所述阵列喷嘴的一端与所述头部燃烧器焊接，所述的阵列喷嘴与所述的冷却防护端板的喷嘴安装孔形成环缝用于所述阵列喷嘴的冷却；
火焰筒，所述的火焰筒采用气膜冷却和肋冷却的结构，所述的火焰筒的气膜冷却区靠近火焰区采用非等距叉排布置，所述的火焰筒的肋冷却区采用等距布置；
导流衬套，所述的导流衬套由所述的头部燃烧器和所述的外机匣通过所述的紧固螺栓压紧连接；
外机匣，所述的外机匣用所述的紧固螺栓与所述的头部燃烧器的法兰连接。
2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室，其特征在于，所述的头部燃烧器包括空气配气腔、燃料配气腔和喷嘴安装端板；
所述的空气配气腔采用两级布风板，有效保证空气来流的均匀性，其一级布风板均布若干一级布风孔，一级布风孔直径为Dad1，其二级布风板均布若干二级布风孔，二级布风孔直径为Dad2，且Dad2＜Dad1、二级布风孔数大于一级布风孔数；
所述的燃料配气腔通过金属板分为值班级燃料配气腔和主燃级燃料配气腔，所述的值班级燃料配气腔采用若干燃料配气支管配气，保证所述值班级燃料配气腔燃料进气的均匀性，所述的主燃级燃料配气腔采用沿周向均匀分配若干燃料配气支管来供气，保证所述主燃级燃料配气腔供给均匀性。
3.根据权利要求1所述的一种燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室，其特征在于，所述的冷却防护端板的周向均布若干冷却防护端板进气孔，来保证配气均匀性，冷却防护端板端面径向最外沿均布若干冷却防护端板冷却孔，保证靠近火焰区的所述火焰筒安全，冷却防护端板靠近中心部分布置多区冷却防护端板冷却孔，保证冷却防护端板中心区域安全，冷却防护端板喷嘴安装孔直径为Da，所述喷嘴安装孔的位置和个数与所述阵列喷嘴的个数和相对位置一致。
4.根据权利要求3所述的一种燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室，其特征在于，所述阵列喷嘴内径为Dj，且4 mm≤Dj≤15 mm，阵列喷嘴外径为Djw，且(Da-2) mm＜Djw＜(Da-0.5) mm，其喷嘴长度为Lj，其采用交叉射流的方式来实现空气燃料的掺混，其燃料孔直径为df，且0.5mm≤df≤1.5mm，包括径向一级阵列喷嘴、径向二级阵列喷嘴、径向三级阵列喷嘴、径向四级阵列喷嘴和中心稳焰喷嘴，所述的径向一级阵列喷嘴、径向二级阵列喷嘴、径向三级阵列喷嘴由所述主燃级燃料配气腔进行燃料配气，所述各级阵列喷嘴的预混段长度不同，实现不同的喷嘴出口燃料分布，所述径向四级阵列喷嘴和中心稳焰喷嘴由所述值班级配气腔进行燃料配气，低负荷工况采用所述的径向四级阵列喷嘴和中心稳焰喷嘴进行稳焰。
5.根据权利要求4所述的一种燃气轮机多喷嘴阵列增稳燃烧室，其特征在于，所述的径向一级阵列喷嘴包含n1个射流喷嘴，且n1≥16，沿周向均匀分布，径向一级阵列喷嘴预混段长度为Ld1；
所述的径向二级阵列喷嘴的射流喷嘴的个数与所述径向一级阵列喷嘴的个数相同，沿周向均匀分布，径向二级阵列喷嘴预混段长度为Ld2，所述径向一级阵列喷嘴和所述径向二级阵列喷嘴相邻四个喷嘴形成一个单元喷嘴，最大径向一、二级组合单元喷嘴间距为S1，且S1≥3Dj，在其中心形成射流回流区来实现外层火焰的稳定；
所述的径向三级阵列喷嘴包含n2个射流喷嘴，且n2≥12且n2＜n1，沿周向对称布置，径向三级阵列喷嘴预混段长度为Ld3，保证了空气燃料充分混合，在增加负荷的同时控制污染物排放；
所述的径向四级阵列喷嘴包含n3个射流喷嘴，且n3≥8且n3＜n2，采用正方形布置，径向四级阵列喷嘴预混段长度为Ld4，其喷嘴出口存在局部高当量比区域来保证燃烧室在低当量比下的燃烧稳定性；
所述的中心稳焰喷嘴包括射流喷嘴和钝体结构，钝体外径为Db，且2Dj＜Db＜5Dj，保证在钝体结构下游形成小的局部回流区，所述钝体结构的表面均布若干沙丘型凹槽进一步扩展钝体回流区的范围，所述中心稳焰喷嘴作为一个单元喷嘴，其最大中心稳焰单元喷嘴间距为S2，且4Dj≤S1≤8Dj和S2＞S1，其中心回流区的范围大于所述径向一级阵列喷嘴和径向二级阵列喷嘴形成的单元喷嘴的中心回流区，进一步增强中心稳焰效果，所述中心稳焰喷嘴和所述径向四级阵列喷嘴相邻四个喷嘴形成多个中心回流区，其单元喷嘴的最大间距为S3且S2＞S3＞S1，所述中心稳焰喷嘴的燃料孔个数多于所述阵列喷嘴，所述中心稳焰喷嘴的总体当量比和局部当量比最大，从而达到进一步增强燃烧稳定性的效果，所述中心稳焰喷嘴的钝体结构的冷却通过所述冷却防护端板和所述钝体结构形成的气膜流道，其沿钝体外壁面周向均匀分布，且钝体结构冷却孔射流角度为θ 1，且30°≤θ 1≤90°。
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