CN221076530U - 一种预混燃烧器模组和燃烧室 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种预混燃烧器模组和燃烧室。上述预混燃烧器模组包括一级燃料管组件、二级燃料管组件和筒体，其中，所述一级燃料管组件包括一级燃料歧管和孔板，所述一级燃料歧管的一端安装于所述筒体内，所述孔板包括中心喷孔和多个分支喷孔，所述中心喷孔连接于所述一级燃料歧管的出口且位于所述筒体的出口，多个所述分支喷孔位于所述中心喷孔的周侧；所述二级燃料管组件包括多个二级燃料歧管，所述二级燃料歧管安装于所述筒体与所述一级燃料歧管之间，所述二级燃料歧管的数量与所述分支喷孔的数量相同，每个所述二级燃料歧管的出口朝向一个所述分支喷孔。本申请的预混燃烧器模组和燃烧室能够产生小体积的微混火焰，从而降低NO_x排放。

Description

一种预混燃烧器模组和燃烧室

技术领域

本申请涉及燃气轮机设备技术领域，特别是涉及一种预混燃烧器模组和燃烧室。

背景技术

目前大部分的燃气轮机的燃烧室针对常规碳烃燃料如天然气进行设计，采用旋流燃烧器能够产生低速回流的稳定火焰，但是采用该方式在燃用高活性的燃料(含氢气30-40vol％以上)时会因回火、火焰温度高而造成设备损坏。此外，在燃料中氢气含量增加时，传统的旋流燃烧器会产大体积的高温火焰，造成高NO_x排放环境污染严重。

实用新型内容

本申请提供的一种预混燃烧器模组和燃烧室，能够产生小体积的微混火焰，从而降低NO_x排放。上述一种预混燃烧器模组，包括一级燃料管组件、二级燃料管组件和筒体，其中，所述一级燃料管组件包括一级燃料歧管和孔板，所述一级燃料歧管的一端安装于所述筒体内，所述孔板包括中心喷孔和多个分支喷孔，所述中心喷孔连接于所述一级燃料歧管的出口且位于所述筒体的出口，多个所述分支喷孔位于所述中心喷孔的周侧；所述二级燃料管组件包括多个二级燃料歧管，所述二级燃料歧管安装于所述筒体与所述一级燃料歧管之间，所述二级燃料歧管的数量与所述分支喷孔的数量相同，每个所述二级燃料歧管的出口朝向一个所述分支喷孔。

在上述实施例中，上述孔板的分支喷孔将筒体的出口分隔成多个分支出口，由于分支喷孔的面积较小，加快了燃料气体喷出预混腔的流速，还使得火焰的体积较小。同时，由于二级燃料歧管的出口朝向分支喷孔，促使筒体内的预混燃料能够快速通过分支喷孔喷射出预混腔，进而提高了气体流速，减少了火焰逆流回火的情况。位于筒体中心的一级燃料点燃后得到一级火焰，该一级火焰起到稳燃的作用，位于周侧的预混燃料点燃后得到预混火焰，该预混火焰的体积较小，小体积的火焰能够降低NO_x的排放量。

在一种实施方式中，所述一级燃料管组件包括一级燃料总管和多个所述一级燃料歧管，多个所述一级燃料歧管分别与所述一级燃料总管连通。

在一种实施方式中，预混燃烧器模组包括多个所述筒体，每个所述一级燃料歧管与一个所述筒体连接。

在一种实施方式中，所述筒体的筒壁设有进风孔。

在一种实施方式中，所述二级燃料管组件还包括二级燃料总管和二级燃料环腔，所述二级燃料总管和所述二级燃料歧管分别与所述二级燃料环腔连通。

在一种实施方式中，所述一级燃料管组件包括三个或四个所述一级燃料歧管。

本申请的实施例还提供了一种燃烧室，该燃烧室包括火焰筒、燃烧室机匣和至少一个上述的预混燃烧器模组，所述火焰筒安装于所述燃烧室机匣内，所述预混燃烧器模组连接于所述火焰筒和所述燃烧室机匣。

在一种实施方式中，所述燃烧室机匣包括机匣法兰，所述预混燃烧器模组还包括安装法兰，所述安装法兰固定安装于所述机匣法兰。

在一种实施方式中，所述二级燃料管组件包括二级燃料环腔，所述安装法兰位于所述筒体与所述二级燃料环腔之间。

在一种实施方式中，所述预混燃烧器模组还包括头部嵌件，所述头部嵌件具有通孔，所述筒体安装于所述通孔内壁，所述火焰筒包括底壁，所述头部嵌件安装于所述底壁，所述筒体与所述火焰筒连通。

在一种实施方式中，所述火焰筒和所述燃烧室机匣之间具有间隙，所述筒体的筒壁设有进风孔，所述进风孔位于所述间隙。

附图说明

图1为本申请的一个实施例中预混燃烧器模组的剖示图；

图2为本申请的一个实施例中预混燃烧器模组结构示意图；

图3为本申请的一个实施例中预混燃烧器模组另一角度结构示意图；

图4为本申请的一个实施例中燃烧室的剖视图；

图5为本申请的一个实施例中预混燃烧器模组与头部嵌件的结构示意图；

图6为本申请的一个实施例中燃烧室中预混燃烧器模组的排布图；

图7为本申请的另一个实施例中燃烧室中预混燃烧器模组的排布图。

附图标记：

1-筒体；2-一级燃料歧管；3-孔板；31-中心喷孔；32-分支喷孔；4-二级燃料歧管；5-一级燃料总管；11-进风孔；6-二级燃料总管；7-二级燃料环腔；8-火焰筒；9-燃烧室机匣；91-机匣法兰；92-安装法兰；10-头部嵌件；101-通孔；81-底壁。

具体实施方式

为了减少NO_x排放，本申请的实施例提供了一种预混燃烧器模组和燃烧室。为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图举实施例对本申请作进一步详细说明。

首先对应用场景进行介绍。燃烧污染排放对人类的健康和环境造成越来越严重的危害受到大量关注，很多国家对于燃气轮机的NO_x污染排放问题提出了限制要求。含氢燃料性质活泼，相比传统的碳烃燃料具有更高的火焰温度、火焰传播速度、更短的着火延迟时间等优点。但是，旋流燃烧器燃气轮机在燃用含有比例超过30vol％氢气的含氢燃料时就会产生回火和高排放的问题。

针对上述问题，本申请的实施例提供了一种预混燃烧器模组和燃烧室，能够解决燃烧室在燃用含有高含量氢气燃料时，产生回火和高排放的问题。

图1为本申请的一个实施例中预混燃烧器模组的剖示图，图2为本申请的一个实施例中预混燃烧器模组结构示意图。结合图1和图2，本申请的实施例提供的预混燃烧器模组包括一级燃料管组件、二级燃料管组件和筒体1。筒体1内部空间形成预混腔，预混腔用于混合二级燃料与空气从而形成预混燃料。其中，上述一级燃料管组件包括一级燃料歧管2和孔板3，一级燃料歧管2的一端伸入筒体1内与预混腔连通，一级燃料歧管2的出口端靠近筒体1的出口端，孔板3安装于一级燃料歧管2的出口端。孔板3包括中心喷孔31，一级燃料歧管2的出口与孔板3的中心喷孔31连通，以使一级燃料气体能够从孔板3的中心喷孔31喷出。孔板3还包括多个分支喷孔32，多个分支喷孔32位于中心喷孔31的周侧。二级燃料管组件包括多个二级燃料歧管4，二级燃料歧管4安装于筒体1内且位于一级燃料歧管2的周侧，二级燃料通过二级燃料歧管4喷射入预混腔。二级燃料歧管4的数量与分支喷孔32的数量相同，每个二级燃料歧管4的出口朝向一个分支喷孔32。

在上述实施例中，上述孔板3的分支喷孔32将筒体1的出口分隔成多个分支出口，由于分支喷孔32的面积较小，加快了燃料气体喷出预混腔的流速，还使得火焰的体积较小。同时，由于二级燃料歧管4的出口朝向分支喷孔32，促使筒体1内的预混燃料能够快速通过分支喷孔32喷射出预混腔，进而提高了气体流速，减少了火焰逆流回火的情况。位于筒体1中心的一级燃料点燃后得到一级火焰，该一级火焰起到稳燃的作用，位于周侧的预混燃料点燃后得到预混火焰，该预混火焰的体积较小，小体积的火焰能够降低NO_x的排放量。

在一种实施例中，上述一级燃料歧管2与筒体1同心设置，孔板3与一级燃料歧管2同心设置，多个分支喷孔32均匀分布于中心喷孔31的周侧，这样能够保证燃烧器模组出口的火焰燃烧温度分布均匀。

在一种实施例中，上述分支喷孔32为圆形孔，均匀分布于中心喷孔的周侧。在另一实施例中，如图1所示，上述分支喷孔32还可以为设置在孔板3边缘的缺口，使孔板3类似于齿轮，上述缺口的形状不限，可以为半圆形、梯形、方形等，均能够起到分割气流的作用，本申请对缺口的形状不做具体限制。

在一种实施例中，在制备上述孔板3时，孔板3的直径可以与筒体1的内径相等。在装配时孔板3的边缘与筒体1内壁相抵，预混燃料完全经分支喷孔32喷出。为了方便安装孔板3，在另一实施例中，孔板3的直径也可以略小于筒体1的内壁，孔板3与筒体1内壁具有间隙。

在一种实施例中，上述一级燃料管组件包括一级燃料总管5和多个一级燃料歧管2，多个一级燃料歧管2分别与一级燃料总管5通过直角弯管连通。一级燃料总管5与一级燃料歧管2平行设置，且一级燃料歧管2均匀分布在一级燃料总管5的周侧。预混燃烧器模组可以包括多个筒体1，每个一级燃料歧管2与一个筒体1连接，用于形成多组火焰，进一步降低NO_x的排放。

值得说明的是，上述直角弯管还可以用其他连接管件替代，本申请对连接管件弯折的角度没有限制。

为了使空气能够进入预混腔与二级燃料混合形成预混燃料，筒体1的筒壁设有进风孔11。在一种实施例中，上述筒体1为圆柱形，进风孔11可以为腰型孔，腰型孔的长度方向与筒体1的轴向方向一致。在其他实施例中，上述进风孔11还可以为圆形孔。上述进风孔11的数量可以为多个，均匀分布于筒体1的筒壁。

在可选的实施例中，二级燃料管组件还包括二级燃料总管6和二级燃料环腔7，二级燃料总管6和二级燃料歧管4分别与二级燃料环腔7连通。具体的，上述二级燃料总管6和二级燃料歧管4分别位于二级燃料环腔7的两侧。二级燃料经二级燃料总管6进入二级燃料环腔7，再通过二级燃料歧管4进入筒体1的预混腔。在进行装配时，二级燃料环腔7位于一级燃料总管5和筒体1之间。一级燃料歧管2穿过二级燃料环7腔伸入筒体1中，一级燃料歧管2与二级燃料环腔7各自封闭两者不连通。二级燃料总管6可设置于一级燃料总管5的周侧，且位于相邻的两个一级燃料歧管2之间。

在一种实施例中，多个二级燃料歧管4的出口面积总和小于二级燃料总管6的进口面积。由于二级燃料质量流量占总燃料比例高，因此相对一级燃料总管5和一级燃料歧管2的容积之和，二级燃料环腔7的容积更大，保证二级燃料在二级燃料环腔7内流动速度较低、速度压力分布均匀，这能够保证进入每个二级燃料歧管4的燃料流量基本相同，同时也降低了二级燃料在二级燃料环腔7内的压力损失。二级燃料进入二级燃料环腔7后均匀的分配到多个二级燃料歧管4的管然后沿着二级燃料歧管4轴向高速喷出，二级燃料与来自进风口11的空气共同沿着筒体1的轴向方向流动，空气与二级燃料在筒体1内进行同轴射流混合形成均匀的燃料/空气可燃混合物。

图3为本申请的一个实施例中预混燃烧器模组另一角度结构示意图。结合图1～图3，在一个具体的实施例中，上述一级燃料管组件可以包括三个一级燃料歧管2。一级燃料歧管2均匀分布在一级燃料总管5的周侧。采用三个一级燃料歧管2时，二级燃料环腔7的截面可以为等边三角形。方便在燃烧室中对预混燃烧器模组进行排布，以节省空间。

在另一种实施例中，上述一级燃料管组件可以包括四个一级燃料歧管2。一级燃料歧管2在一级燃料总管5的周侧均匀分布。采用四个一级燃料歧管2时，二级燃料环腔7的截面可以为正方形(图中未示出)。

在其他实施例中，还可以根据需要设置一级燃料歧管2的数量。相应的，二级燃料环腔7的截面可以为与一级燃料歧管2数量对应的多边形。

图4为本申请的一个实施例中燃烧室的剖视图。如图4所示，本申请的实施例还提供了一种燃烧室，该燃烧器包括火焰筒8、燃烧室机匣9和多个上述预混燃烧器模组。在装配时，将火焰筒8安装于燃烧室机匣9内，预混燃烧器模组连接于火焰筒8和燃烧室机匣9。具体的，在装配上述燃烧室时，火焰筒8和燃烧室机匣9之间具有间隙，该间隙可以使空气流动。筒体1的筒壁设有进风孔11，进风孔11位于间隙，以使空气可以进入预混腔与二级燃料进行混合。

图5为本申请的一个实施例中预混燃烧器与头部嵌件的结构示意图。结合图4和图5，在一种实施例中，燃烧室机匣9包括机匣法兰91，预混燃烧器模组还包括安装法兰92，安装法兰92固定安装于机匣法兰91，安装法兰92用于将预混燃烧器模组固定于燃烧室机匣9。预混燃烧器模组还包括头部嵌件10，头部嵌件10具有通孔101，筒体1安装于通孔101内壁。火焰筒8包括底壁81，底壁81与机匣法兰91平行。头部嵌件10浮动安装于底壁81，筒体1与火焰筒8连通。

上述头部嵌件10采用耐火陶瓷材料制成，筒体1由金属材料制成。头部嵌件10沿筒体1的轴向方向具有一定厚度。头部嵌件10远离筒体1的端面与筒体1的开口具有预设距离d。由于该预设距离d的存在，使得头部嵌件10的内壁能够使火焰聚拢成圆锥形，而不是发散的火焰，避免相邻筒体1之间火焰相连，形成更大体积的火焰，增加NO_x排放。

请继续参考图5，进一步的，上述安装法兰92可以位于筒体1与二级燃料环腔7之间。当然上述安装法兰92也可以安装于二级燃料环腔7的外壁，均能够起到将预混燃烧器模组固定于机匣法兰91的作用。

图6为本申请的一个实施例中燃烧室中预混燃烧器模组的排布图。结合图4和图6，在一种可行的实施例中，当上述一级燃料管组件包括三个一级燃料歧管2时，二级燃料环腔7和头部嵌件10的截面均可以为等边三角形。燃烧器包括六个预混燃烧器模组，六个预混燃烧器模组呈环形排布。

若火焰筒8的直径较大，燃烧器中可以设置更多的预混燃烧器模组，多个预混燃烧器均布于火焰筒8的底壁81。

上述实施例中，火焰筒8为圆柱形。在其他实施例中，上述火焰筒8还可以为环形。

图7为本申请的另一个实施例中燃烧器中预混燃烧器模组的排布图，如图7所示，在另一种可行的实施例中，当上述一级燃料管组件包括四个一级燃料歧管2时，二级燃料环腔7和头部嵌件10的截面可以为正方形。燃烧器包括四个预混燃烧器模组，四个预混燃烧器模组阵列排布于火焰筒的底壁。

值得说明的是，除了上述两个实施例中预混燃烧器模组的排布方式外，还可以根据火焰筒的尺寸、形状和预混燃烧器中一级燃料歧管的数量，采用其他的排布方式，本申请不做具体限制。

在一种可行的实施例中，上述燃烧室还包括控制模块(图中未示出)，上述多个预混燃烧器模组分别与控制模块连接，控制模块用于控制每个预混燃烧器模组工作状态，例如：可以根据需要调节预混燃烧器模组一级燃料和二级燃料的流量，还可以在中低负荷段只开启其中一个预混燃烧器模组。提高了燃烧室燃烧调整灵活性和机组性能。本申请的燃烧室可用于燃烧高氢气比例含量的燃气或油田伴生气。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种预混燃烧器模组，其特征在于，包括一级燃料管组件、二级燃料管组件和筒体，其中，

所述一级燃料管组件包括一级燃料歧管和孔板，所述一级燃料歧管的一端安装于所述筒体内，所述孔板包括中心喷孔和多个分支喷孔，所述中心喷孔连接于所述一级燃料歧管的出口且位于所述筒体的出口，多个所述分支喷孔位于所述中心喷孔的周侧；

所述二级燃料管组件包括多个二级燃料歧管，所述二级燃料歧管安装于所述筒体与所述一级燃料歧管之间，所述二级燃料歧管的数量与所述分支喷孔的数量相同，每个所述二级燃料歧管的出口朝向一个所述分支喷孔。

2.根据权利要求1所述的预混燃烧器模组，其特征在于，所述一级燃料管组件包括一级燃料总管和多个所述一级燃料歧管，多个所述一级燃料歧管分别与所述一级燃料总管连通。

3.根据权利要求2所述的预混燃烧器模组，其特征在于，包括多个所述筒体，每个所述一级燃料歧管与一个所述筒体连接。

4.根据权利要求1所述的预混燃烧器模组，其特征在于，所述筒体的筒壁设有进风孔。

5.根据权利要求1～4任一项所述的预混燃烧器模组，其特征在于，所述二级燃料管组件还包括二级燃料总管和二级燃料环腔，所述二级燃料总管和所述二级燃料歧管分别与所述二级燃料环腔连通。

6.根据权利要求1所述的预混燃烧器模组，其特征在于，所述一级燃料管组件包括三个或四个所述一级燃料歧管。

7.一种燃烧室，其特征在于，包括火焰筒、燃烧室机匣和至少一个如权利要求1～6任一项所述的预混燃烧器模组，所述火焰筒安装于所述燃烧室机匣内，所述预混燃烧器模组连接于所述火焰筒和所述燃烧室机匣。

8.根据权利要求7所述的燃烧室，其特征在于，所述燃烧室机匣包括机匣法兰，所述预混燃烧器模组还包括安装法兰，所述安装法兰固定安装于所述机匣法兰。

9.根据权利要求8所述的燃烧室，其特征在于，所述二级燃料管组件包括二级燃料环腔，所述安装法兰位于所述筒体与所述二级燃料环腔之间。

10.根据权利要求7所述的燃烧室，其特征在于，所述预混燃烧器模组还包括头部嵌件，所述头部嵌件具有通孔，所述筒体安装于所述通孔内壁，所述火焰筒包括底壁，所述头部嵌件安装于所述底壁，所述筒体与所述火焰筒连通。

11.根据权利要求7所述的燃烧室，其特征在于，所述火焰筒和所述燃烧室机匣之间具有间隙，所述筒体的筒壁设有进风孔，所述进风孔位于所述间隙。