CN111928295B - 微预混值班喷嘴组件及燃气轮机微预混燃烧室 - Google Patents

Abstract

一种微预混值班喷嘴组件及燃气轮机微预混燃烧室，燃气轮机微预混燃烧室包括火焰筒和燃烧器；燃烧器，设置于火焰筒端部；燃烧器包括多个燃烧器主喷嘴区；一燃烧器值班喷嘴区，所述燃烧器值班喷嘴区结构与所述的微预混值班喷嘴组件结构相同；其中，所述多个燃烧器主喷嘴区围绕所述燃烧器值班喷嘴区圆周设置。相比传统燃气轮机燃烧室，本发明中心值班喷嘴通过空间角度设置，使值班喷嘴出口附近形成一定的回流区，从而实现稳焰效果。同时值班喷嘴内外圈燃料输运管长度不同，各主喷嘴微预混管可采用不同结构方案，实现固有频率差异，减小了热声耦合几率，可有效避免燃烧不稳定问题。

Description

微预混值班喷嘴组件及燃气轮机微预混燃烧室

技术领域

本发明涉及燃气轮机燃烧室技术领域，尤其涉及一种微预混值班喷嘴组件及燃气轮机微预混燃烧室。

背景技术

燃气轮机是一种高效洁净的动力机械，基于燃气轮机及其联合循环的发电量已占到全球发电总量的22％，未来还将继续攀升。为了提高燃气轮机的循环效率，燃气初温和增压比也在不断提高。以重型燃机为例，F级燃机燃气初温在1650K左右，联合循环效率为57％；H级和J级燃机燃气初温则在1750K和1850K左右，联合循环效率分别为60％和61％；下一代燃机的燃气初温将达到1950K，联合循环效率为64％。而与此矛盾的是，氮氧化物的生成量随温度的升高而剧烈升高。如何解决提高温度和降低氮氧化物间的矛盾，使排放满足环保法规要求，是燃机燃烧技术未来发展面临的主要挑战之一。

目前燃机的主流是使用干式低氮氧化物(Dry Low NOx，DLN)燃烧技术的燃烧器。它利用旋流喷嘴将过量空气和燃料混合成贫预混气体，以此抑制氮氧化物的生成，但由于喷嘴数量，分布类型，以及喷嘴上燃料和空气进气孔尺寸设置等问题，目前的燃机减排效果受到掺混均匀性和旋流喷嘴回流区的影响。燃机发展到J级，其温度水平已经接近DLN有效工作范围(1670-1900K)的临界值。若温度进一步提高，氮氧化物排放将会大幅度提升。针对这些问题，使用其他燃烧技术的燃烧器被不断推出。但目前这些燃烧器还不足以完全解决未来1850-1950K温度下燃机的燃烧及排放问题，使用清洁高效的新型低氮氧化物燃烧技术的燃机，是发展的重要方向。其中以富氢气体为燃料的低排放燃烧器的开发是当前实施燃烧前碳捕集的关键技术之一。与使用常规燃料(例如天然气等)的燃机相比，使用富氢燃料的燃机，由于氢的燃料活性强，特别是其高火焰速度、低点火能量和宽可燃性极限增加了回火、自燃和振荡的风险。而且，氢的绝热火焰温度较高，这对低氮氧化物生成是一个挑战。而对普通燃料加氢，会使燃料点火延迟时间减少，燃烧速度增加。这将导致局部温度容易较高使氮氧化物升高，火焰传播速度较快而易回火、振荡。这些性质对用于富氢燃料的先进燃烧技术和燃烧器的开发提出了挑战。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种微预混值班喷嘴组件及燃气轮机微预混燃烧室，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括：

作为本发明的一个方面，提供一种微预混值班喷嘴组件，包括：

喷嘴顶盖，贯穿设置多个倾斜孔；

多个微预混管，所述多个微预混管的一端分别与所述喷嘴顶盖上的多个倾斜孔一一对应连通；所述微预混管的另一端设置进气孔；

空气仓，所述微预混管的进气孔与所述空气仓相连通；

多个燃料输运管，所述多个燃料输运管的一端分别一一对应由进气孔延伸至所述多个微预混管内，用于向所述微预混管内输送燃料；

其中，在所述微预混管的内部形成燃料空气混合区；与所述微预混管相连通的倾斜孔用于输送混合后的燃料空气。

作为本发明的另一个方面，还提供一种燃气轮机微预混燃烧室，包括火焰筒和燃烧器；其中，

火焰筒，其内部形成燃烧室燃烧区；

燃烧器，设置于火焰筒端部；所述燃烧器包括：

多个燃烧器主喷嘴区；

一燃烧器值班喷嘴区，所述燃烧器值班喷嘴区的结构与如上所述的微预混值班喷嘴组件的结构相同；

其中，所述多个燃烧器主喷嘴区围绕所述燃烧器值班喷嘴区圆周设置。

基于上述技术方案，本发明相较于现有技术至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)微预混值班喷嘴组件的倾斜孔有利于拓宽燃烧器的火焰稳定性，提高值班喷嘴的点火和传焰性能；同时，通过各个混合管道的空间角度设置，使出口附近形成一定的回流区，从而实现稳焰效果；

(2)由于多个微预混管以阵列形式分布，因此喷出的火焰在径向相对分散，放热相对均匀，同时值班喷嘴内外圈燃料输运管长度不同，各主喷嘴微预混管可采用不同结构方案，实现固有频率差异，减小了热声耦合几率，可有效避免燃烧不稳定问题。

(3)值班喷嘴微预混管混合长度较主喷嘴微预混管的混合长度短，同时值班喷嘴微预混管和主喷嘴微预混管内流速较高，可有效避免回火问题；

(4)空气整流格栅和多孔板有利于微预混管上游燃料和空气流量分配均匀，增强了不同微预混管的燃料-空气占比均匀性；

(5)由于微预混管所形成火焰较为短小，且温度分布均匀，因此可大大缩短燃烧室火焰筒长度。

附图说明

图1为本发明实施例燃气轮机微预混燃烧室的布局示意图；

图2为本发明实施例燃烧器主喷嘴区结构示意图；

图3为本发明实施例燃烧器值班喷嘴区结构示意图；

图4为本发明实施例主喷嘴微预混管阵列三维示意图；

图5A为本发明实施例值班喷嘴顶盖阵列三维示意图；

图5B为本发明实施例值班喷嘴顶盖阵列俯视图；

图6A为本发明实施例主喷嘴微预混管方案二三维示意图；

图6B为本发明实施例主喷嘴微预混管方案三三维示意图；

图6C为本发明实施例主喷嘴微预混管方案四三维示意图；

图7为本发明实施例燃烧器主体出口面俯视图。

【附图中本发明实施例主要元件符号说明】

10-燃烧器主体；

11-燃烧器主喷嘴区；

12-燃烧器值班喷嘴区；

20-空气室；

21-空气进口；

22-空气流向；

23-空气通道；

24-燃烧器空气仓；

25-燃烧器空气仓壁面；

26-空气整流格栅；

30-燃烧器燃料仓；

31-燃烧器主燃料进口；

32-燃烧器值班燃料进口；

33-燃料流向；

34-多孔板；

40-燃气轮机机匣；

41-燃烧室衬套；

42-火焰筒；

50-燃烧室燃烧区；

51-主喷嘴燃烧区；

52-值班喷嘴燃烧区；

53-值班喷嘴回流区；

54-燃烧室高温烟气流向；

55-燃烧室出口；

60-主喷嘴微预混管；

61-主喷嘴微预混管燃料进气孔；

62-主喷嘴微预混管空气进气孔；

63-主喷嘴微预混管燃料空气混合区；

64-主喷嘴微预混管预混气流向；

65-主喷嘴微预混管出气口唇缘；

66-主喷嘴顶盖；

67-空气仓和燃料仓阻隔板；

70-值班喷嘴微预混管；

71-值班喷嘴微预混管燃料进气孔；

72-值班喷嘴微预混管空气进气孔；

73-值班喷嘴微预混管燃料空气混合区；

74-值班喷嘴微预混管预混气流向；

75-值班喷嘴外圈燃料输运管；

76-值班喷嘴内圈燃料输运管；

77-值班喷嘴微预混管底盖；

80-值班喷嘴顶盖；

81-值班喷嘴外圈倾斜孔；

82-值班喷嘴内圈倾斜孔；

83-值班喷嘴外圈倾斜孔复合角；

84-值班喷嘴内圈倾斜孔复合角；

85-值班喷嘴外圈倾斜孔周向角；

86-值班喷嘴内圈倾斜孔周向角。

具体实施方式

本发明提供一种燃气轮机微预混燃烧室，以缓解现有技术中燃烧器单元喷嘴可扩展性低，燃料与空气混合不均匀，运行时时出现回火、自燃和振荡等问题，同时还缓解氮氧化物排放高的问题。

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，对本发明作进一步的详细说明。

作为本发明的一个方面，提供一种微预混值班喷嘴组件，包括：

喷嘴顶盖，贯穿设置多个倾斜孔；

多个微预混管，多个微预混管的一端分别与喷嘴顶盖上的多个倾斜孔一一对应连通；微预混管的另一端设置进气孔；

空气仓，微预混管的进气孔与空气仓相连通；

多个燃料输运管，多个燃料输运管的一端分别一一对应由进气孔延伸至多个微预混管内，用于向微预混管内输送燃料；

其中，在微预混管的内部形成燃料空气混合区；与微预混管相连通的倾斜孔用于输送混合后的燃料空气。

在本发明的实施例中，倾斜孔的孔形包括圆形、矩形或者六边形；

多个倾斜孔在喷嘴顶盖上圆周阵列设置；

倾斜孔的复合角为15°～150°；

倾斜孔的圆周角为15°～150°。

在本发明的实施例中，倾斜孔包括外圈倾斜孔和内圈倾斜孔；其中，

外圈倾斜孔的孔径或者边长为4～16mm；

内圈倾斜孔的孔径或者边长为3～12mm。

在本发明的实施例中，燃料输运管对应倾斜孔包括外圈燃料输运管和内圈燃料输运管；

内圈燃料输运管的长度小于外圈燃料输运管的长度；

内圈燃料输运管的内径小于或等于外圈燃料输运管的内径；

更为具体的，外圈燃料输运管的长度为50～200mm，内径为2～8mm；

内圈燃料输运管的长度为10～150mm，内径为2～8mm。

燃料输运管伸入微预混管内部的端部设置燃料进气孔，燃料进气孔包括1～20个直径为0.1～2mm的平行直孔。

作为本发明的另一个方面，还提供一种燃气轮机微预混燃烧室，包括火焰筒和燃烧器；其中，

火焰筒，其内部形成燃烧室燃烧区；

燃烧器，设置于火焰筒端部；燃烧器包括：

多个燃烧器主喷嘴区；

一燃烧器值班喷嘴区，燃烧器值班喷嘴区的结构与如上所述的微预混值班喷嘴组件的结构相同；

其中，多个燃烧器主喷嘴区围绕燃烧器值班喷嘴区圆周设置。

在本发明的实施例中，在火焰筒外围设置燃烧室衬套；

火焰筒与燃烧室衬套间隙形成空气通道；

空气通道与空气仓相连通；

在空气仓内设置空气整流格栅。

在本发明的实施例中，每个燃烧器主喷嘴区包括：

主喷嘴顶盖；

主喷嘴微预混管，其中，

主喷嘴微预混管的一端贯穿主喷嘴顶盖延伸至火焰筒内；置于火焰筒内的主喷嘴微预混管端部设置为主喷嘴微预混管出气口唇缘；

主喷嘴微预混管的另一端贯穿空气仓延伸至燃料仓；置于空气仓内的主喷嘴微预混管的外壁设置主喷嘴微预混管空气进气孔；置于燃料仓内的主喷嘴微预混管端部设置主喷嘴微预混管燃料进气孔；

其中，对应主喷嘴微预混管空气进气孔的主喷嘴微预混管内部形成主喷嘴微预混管燃料空气混合区。

在本发明的实施例中，主喷嘴微预混管燃料进气孔沿主喷嘴微预混管的端部圆周阵列设置2～10个；

主喷嘴微预混管燃料进气孔与竖直面之间的夹角为0～60°；

主喷嘴微预混管燃料进气孔的孔形为圆形或者椭圆形；圆形孔径为0.25～2.5mm或者椭圆形长轴长度1～2.5mm，短轴长度0.25～2mm；

主喷嘴微预混管空气进气孔沿主喷嘴微预混管外壁圆周阵列设置2～8个；

主喷嘴微预混管空气进气孔为长条状；主喷嘴微预混管空气进气孔的孔宽为0.5～6mm，长为2.5～36mm；

主喷嘴微预混管燃料进气孔和主喷嘴微预混管空气进气孔之间的间距为5～60mm。

在本发明的实施例中，主喷嘴微预混管空气进气孔与主喷嘴微预混管出气口唇缘之间为管道主体，管道主体采用如下方式将混合气从主喷嘴微预混管燃料空气混合区向主喷嘴微预混管出气口唇缘输送；

采用中心直圆管，在中心直圆管的周围圆周设置3～10个螺旋状圆管的方式；

采用中心3～10个螺旋状圆管，周围圆周设置2～6个直圆管的方式；

或者采用单一中心直圆管的方式。

在本发明的实施例中，多个燃烧器主喷嘴区围绕燃烧器值班喷嘴区圆周阵列设置；

燃烧器主喷嘴区的个数包括4～8个；

每个燃烧器主喷嘴区包括多个主喷嘴微预混管，多个主喷嘴微预混管以值班喷嘴为中心圆周阵列设置；

每个主喷嘴微预混管的内径d为5～12mm，长为15～120mm；主喷嘴微预混管之间的间距为1.2d～4d；

主喷嘴微预混管圆周阵列设置的层数为3～8；

每层上的各个主喷嘴微预混管结构相同；各层之间的主喷嘴微预混管结构不同。

更为具体的，各层之间的主喷嘴微预混管结构不同具体指，主喷嘴微预混管燃料进气孔和主喷嘴微预混管空气进气孔之间的间距不同；管道主体的结构设置不同等。

其中，每层之间的主喷嘴微预混管燃料进气孔和主喷嘴微预混管空气进气孔之间的间距不同，一方面能够改善每层燃烧器主喷嘴区的空气分配均匀性；另一方面能够改善整个燃烧器的固有频率以改善火焰动态稳定性。

在本发明的实施例中，与主喷嘴微预混管燃料进气孔相对一侧的燃料仓上设置主燃料进口；在主燃料进口与主喷嘴微预混管燃料进气孔之间的燃料仓内横置多孔板，用于将燃料仓内的燃料均匀送入主喷嘴微预混管燃料进气孔内；

多孔板间隔设置1～5层；相邻层之间的间距为1～20mm；

每层多孔板上的孔径为0.1～5mm；每层多孔板上设置10～1000个孔。

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明，但需要注意的是，下述的实施例仅用于说明本发明的技术方案，但本发明并不限于此。

本发明提供了一种燃气轮机微预混燃烧室。该燃气轮机微预混燃烧室适用于以体积分数为48％CO-37％H₂-15％N₂的合成气等富氢燃料，以及天然气燃料。

在本发明的实施例中，图1为根据本发明实施例燃气轮机微预混燃烧室的布局示意图；如图1所示，本实施例燃气轮机微预混燃烧室的主要部件包括：燃烧器主体10、燃烧器主喷嘴区11、燃烧器值班喷嘴区12、空气室20、空气进口21、燃烧器空气仓24、燃烧器燃料仓30、燃烧器主燃料进口31、燃气轮机机匣40、燃烧室衬套41、火焰筒42、燃烧室燃烧区50和燃烧室出口55。以下将针对各个主要部件作具体介绍。

其中，燃烧器主体10，设置于燃气轮机微预混燃烧室头部，分为燃烧器主喷嘴区11和燃烧器值班喷嘴区12；空气进口21，设置于燃气轮机微预混燃烧室底部，空气来源于上游压气机出口；空气室20，被燃气轮机机匣40包裹，与燃烧室衬套41和火焰筒42所形成的空气通道23相连通，将空气通过该空气通道23送入燃烧器空气仓24；火焰筒42，为柱形壁面，壁面内侧即为燃烧室燃烧区50；燃烧室衬套41，包裹火焰筒42并且与燃气轮机机匣40相连的壁面；燃料进口，设置于燃烧器主体10顶端，分为燃烧器主燃料进口31和燃烧器值班燃料进口32，用于向燃烧器主体10内输入燃料；燃烧器燃料仓30，设置于燃烧器主体10上游，用于临时储存燃料进口送入的燃料，并将燃料送入燃烧器主喷嘴区11或燃烧器值班喷嘴区12。

在本实施例中，图2为燃烧器主喷嘴区结构示意图。如图2所示，燃料由燃烧器主燃料进口31，沿着燃料流向33，经过多孔板34，送入燃烧器燃料仓30，燃烧器燃料仓30内的燃料均匀送入主喷嘴微预混管燃料进气孔61；同时，空气通过燃烧器空气仓壁面25的引导，沿着空气流向22，进入燃烧器空气仓24，燃烧器空气仓24内包含的空气整流格栅26，将空气沿着空气流向22送入主喷嘴微预混管空气进气孔62。来自主喷嘴微预混管燃料进气孔61的燃料和来自主喷嘴微预混管空气进气孔62的空气，在主喷嘴微预混管燃料空气混合区63实现快速掺混，形成高度均匀的预混气，并沿着主喷嘴微预混管预混气流向64，经过主喷嘴微预混管出气口唇缘65，送入主喷嘴燃烧区51燃烧。图2中的燃烧器燃料仓30和燃烧器空气仓24通过空气仓和燃料仓阻隔板67进行阻隔，燃烧器空气仓24和主喷嘴燃烧区51通过主喷嘴顶盖66进行阻隔。其中，空气整流格栅26采用方形孔或圆形孔排列，方形孔孔长0.2～5mm，孔宽0.2～5mm，圆形孔孔径0.2～5mm，孔数为50～1000个。多孔板34数量为1～5层，第1层中心部分可不打孔。每层多孔板孔径为0.1～5mm，孔数为10～1000个。相邻层之间的间距为1～20mm。

在本实施例中，图3为燃烧器值班喷嘴区结构示意图。如图3所示，燃料由燃烧器值班燃料进口32沿着燃料流向33进入燃烧器燃料仓30。燃烧器燃料仓30内通过燃料流向33均匀分配到值班喷嘴外圈燃料输运管75和值班喷嘴内圈燃料输运管76。值班喷嘴外圈燃料输运管75和值班喷嘴内圈燃料输运管76中的燃料分别通过值班喷嘴微预混管燃料进气孔71送入值班喷嘴微预混管70；同时，来自燃烧器空气仓24的空气，沿着空气流向22，通过值班喷嘴微预混管空气进气孔72，进入值班喷嘴微预混管70。来自值班喷嘴微预混管燃料进气孔71的燃料和来自值班喷嘴微预混管空气进气孔72的空气，在值班喷嘴微预混管燃料空气混合区73实现快速掺混，形成高度均匀的预混气，并沿着值班喷嘴微预混管预混气流向74，分别通过值班喷嘴外圈倾斜孔81和值班喷嘴内圈倾斜孔82，送入值班喷嘴燃烧区52。图3中值班喷嘴顶盖80将值班喷嘴燃烧区52和燃烧器空气仓24进行阻隔，空气仓和燃料仓阻隔板67将燃烧器空气仓24和燃烧器燃料仓30进行阻隔。其中，值班喷嘴顶盖80包括的2圈倾斜孔，即值班喷嘴外圈倾斜孔81和值班喷嘴内圈倾斜孔82，形状为圆形或者方形或者六边形。值班喷嘴外圈倾斜孔81孔径为4～16mm，其他形状的边长与之相当，孔数为6～24个；值班喷嘴内圈倾斜孔82孔径为3～12mm，其他形状的边长与之相当，孔数为3～12个。值班喷嘴外圈燃料输运管75长度为50～200mm，内径为2～8mm，值班喷嘴内圈燃料输运管76长度为10～150mm，内径为2～8mm。值班喷嘴微预混管燃料进气孔71为1～20个直径为0.1～2mm的平行直孔。

在本实施例中，图4为主喷嘴微预混管阵列三维示意图。如图4所示，主喷嘴微预混管60内径d为5～12mm，长为15～120mm。主喷嘴微预混管60之间的间距为1.2～4d。主喷嘴微预混管60的层数为3～8层，每层孔数根据间距和主喷嘴微预混管60内径确定。

在本实施例中，图5A为值班喷嘴顶盖三维示意图。如图5A所示，值班喷嘴顶盖80高度为5～50mm。值班喷嘴外圈倾斜孔81和值班喷嘴内圈倾斜孔82分别具备与中轴线形成的值班喷嘴外圈倾斜孔复合角83和值班喷嘴内圈倾斜孔复合角84。其中，值班喷嘴外圈倾斜孔复合角83为15～150°，值班喷嘴内圈倾斜孔复合角84为15～150°。

在本实施例中，图5B为值班喷嘴顶盖俯视图。如图5B所示，值班喷嘴外圈倾斜孔81和值班喷嘴内圈倾斜孔82分别具备俯视方向形成的值班喷嘴外圈倾斜孔周向角85和值班喷嘴内圈倾斜孔周向角86。其中，值班喷嘴外圈倾斜孔周向角85为15～150°，值班喷嘴内圈倾斜孔周向角86为15～150°。

在本实施例中，主喷嘴微预混管60结构方案一如图2所示。图2中，主喷嘴微预混管燃料进气孔61形状为圆形或椭圆形孔，孔径为0.25～2.5mm，椭圆形长轴和短轴长度与之相当，设置数量为2～10个，打孔方式为斜孔或直孔，斜孔角度为0～60°。0°表示直孔，即图6A中所示主喷嘴微预混管70方案二。主喷嘴单元微预混管空气进气孔62的孔宽0.5～6mm，长2.5～36mm，形状为长条状孔，设置数量为2～8个，采用直喷进气方式或旋流进气方式设置。主喷嘴微预混管燃料进气孔61和主喷嘴微预混管空气进气孔62的间距为5～60mm。主喷嘴微预混管空气进气孔62距离主喷嘴顶盖66为5～108mm。主喷嘴微预混管出气口唇缘65，指主喷嘴微预混管60伸出主喷嘴顶盖66的部分。主喷嘴微预混管出气口唇缘65高度为0～20mm，厚度为0.5～5mm。

在本实施例中，图6B为主喷嘴微预混管60方案三三维示意图。如图6B所示，主喷嘴微预混管60管道主体采用中心圆管、周围3～10个小螺旋状圆管的方式出气。中心圆管直径2～10mm，周围小螺旋状圆管管径0.5～4mm。

在本实施例中，图6C为主喷嘴微预混管60方案四三维示意图。如图6C所示，主喷嘴微预混管60管道主体采用中心3～10个小螺旋状圆管、周围2～6个直孔的方式出气。直孔水利直径为2～10mm，中心小螺旋状圆管管径0.5～4mm。

在本实施例中，主喷嘴微预混管60可在不同主喷嘴层采用相同或不同的结构方案。

在本实施例中，图7为燃烧器主体出口面俯视图。如图7所示，微预混燃烧器主体10包括：N个燃烧器主喷嘴区11，1个燃烧器值班喷嘴区12，4≤N≤8，N个燃烧器主喷嘴区11围绕在燃烧器主喷嘴区12周围，将其360°包围。

本发明优选实施例中，燃料取体积分数为48％CO-37％H₂-15％N₂的合成气，燃烧器主喷嘴区11取6个，主喷嘴微预混管60内径取8mm，长为80mm。主喷嘴微预混管60之间的间距为1.5d(d为直径，即16mm)。每个燃烧器主喷嘴区11的层数为5层，由靠近燃烧器值班喷嘴区12向外依序每层孔数分别为4、5、6、7、8。主喷嘴微预混管60第1层单元采用方案一，其中，主喷嘴微预混管燃料进气孔61形状取圆形，孔径取2mm，设置数量为4个，打孔方式为斜孔，斜孔角度为45°。主喷嘴微预混管空气进气孔62的孔宽取2mm，长取10mm，形状为长条状孔，设置数量为4个，采用直喷进气方式。主喷嘴微预混管燃料进气孔61和主喷嘴微预混管空气进气孔62的间距取30mm。主喷嘴微预混管空气进气孔62距离主喷嘴顶盖66取70mm。主喷嘴微预混管出气口唇缘65高度取8mm，厚度取3mm。主喷嘴微预混管60第2层单元采用方案二，其中，主喷嘴微预混管燃料进气孔61形状取圆形，孔径取2mm，设置数量为4个。主喷嘴微预混管空气进气孔62的孔宽取2mm，长取10mm，形状为长条状孔，设置数量为4个，采用直喷进气方式。主喷嘴微预混管60的主喷嘴微预混管燃料进气孔61和主喷嘴微预混管空气进气孔62的间距取35mm。主喷嘴微预混管空气进气孔62距离主喷嘴顶盖66取65mm。主喷嘴微预混管出气口唇缘65高度取6mm，厚度取2mm。主喷嘴微预混管60第3层单元采用方案一，其中，主喷嘴微预混管燃料进气孔61形状取圆形，孔径取2mm，设置数量为4个，打孔方式为斜孔，斜孔角度为45°。主喷嘴微预混管空气进气孔62的孔宽取2mm，长取10mm，形状为长条状孔，设置数量为4个，采用直喷进气方式。主喷嘴微预混管燃料进气孔61和主喷嘴微预混管空气进气孔62的间距取40mm。主喷嘴微预混管空气进气孔62距离主喷嘴顶盖66取60mm。主喷嘴微预混管出气口唇缘65高度取6mm，厚度取3mm。主喷嘴微预混管60第4层单元采用方案二，其中，主喷嘴微预混管燃料进气孔61形状取圆形，孔径取2mm，设置数量为4个。主喷嘴微预混管空气进气孔62的孔宽取2mm，长取10mm，形状为长条状孔，设置数量为4个，采用直喷进气方式。主喷嘴微预混管燃料进气孔61和主喷嘴微预混管空气进气孔62的间距取45mm。主喷嘴微预混管空气进气孔62距离主喷嘴顶盖66取55mm。主喷嘴微预混管出气口唇缘65高度取4mm，厚度取2mm。主喷嘴微预混管60第5层单元采用方案一，其中，燃料进气孔61形状取圆形，孔径取2mm，设置数量为4个，打孔方式为斜孔，斜孔角度为45°。主喷嘴单元微预混管空气进气孔62的孔宽取2mm，长取10mm，形状为长条状孔，设置数量为4个，采用直喷进气方式。主喷嘴微预混管燃料进气孔61和主喷嘴微预混管空气进气孔62的间距取50mm。主喷嘴微预混管空气进气孔62距离主喷嘴顶盖66取50mm。主喷嘴微预混管出气口唇缘65高度取0mm，无厚度。值班喷嘴顶盖80高度取20mm，值班喷嘴外圈倾斜孔81和值班喷嘴内圈倾斜孔82，形状都取圆形。值班喷嘴外圈倾斜孔81孔径取6mm，孔数取12个；值班喷嘴内圈倾斜孔82孔径取5mm，孔数取6个。值班喷嘴外圈倾斜孔复合角83取30°，值班喷嘴内圈倾斜孔复合角84取20°，值班喷嘴外圈倾斜孔周向角85取20°，值班喷嘴内圈倾斜孔周向角86取15°。值班喷嘴外圈燃料输运管75长度取60mm，内径为4mm，值班喷嘴内圈燃料输运管76长度为50mm，内径为3mm。值班喷嘴微预混管燃料进气孔71取10个直径为0.4mm的平行直孔。值班喷嘴微预混管空气进气孔72与主喷嘴第一层微预混管空气进气孔62相同。

至此，已经结合附图对本发明实施例进行了详细描述。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，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：

(1)针对氢含量较高的燃料，对主喷嘴微预混管结构方案三和结构方案四中，空气进气孔后容易挂火的区域进行结构改良，如增加光滑过渡，来消除局部小回流区，从而避免挂火；

(2)为增加掺混均匀性，主喷嘴微预混管形状可根据燃料种类不同而适当改变，如喷嘴内部预混通道截面由圆形改为椭圆形；

(3)为消除燃烧过程的热声不稳定，不限于将主喷嘴每一层微预混管采用一种结构方案，也可在不同位置删减、增加或者替换不同结构方案的微预混管，以实现改变燃烧器主体固有频率，从而避免在设计工况下发生热声振荡。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明的燃气轮机微预混燃烧室有了清楚的认识。

综上，本发明提供的一种低氮氧化物排放的燃气轮机微预混燃烧室，可有效地提高燃料-空气的掺混均匀性，降低燃烧过程中的峰值火焰温度，降低高温烟气停留时间，从而实现相比传统干式低氮氧化物贫预混喷嘴降低氮氧化物排放的效果，同时有效避免针对富氢燃料燃烧中的回火和振荡的问题，拓宽燃烧稳定范围，缩短火焰筒长度。

还需要说明的是，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。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本发明实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

再者，单词“包含”或“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且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。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中发明的所有特征以及如此发明的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中发明的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面发明的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

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 (11)

1.一种微预混值班喷嘴组件，其特征在于，包括：

喷嘴顶盖，贯穿设置多个倾斜孔，其中，所述多个倾斜孔在所述喷嘴顶盖上圆周阵列设置；所述倾斜孔的复合角为15°～150°；所述倾斜孔的周向角为15°～150°；

多个微预混管，所述多个微预混管的一端分别与所述喷嘴顶盖上的多个倾斜孔一一对应连通；所述微预混管的另一端设置进气孔；

空气仓，所述微预混管的进气孔与所述空气仓相连通；

多个燃料输运管，所述多个燃料输运管的一端分别一一对应由进气孔延伸至所述多个微预混管内，用于向所述微预混管内输送燃料；

其中，在所述微预混管的内部形成燃料空气混合区；与所述微预混管相连通的倾斜孔用于输送混合后的燃料空气。

2.如权利要求1所述的微预混值班喷嘴组件，其特征在于，所述倾斜孔的孔形包括圆形、矩形或者六边形。

3.如权利要求2所述的微预混值班喷嘴组件，其特征在于，所述倾斜孔包括外圈倾斜孔和内圈倾斜孔；其中，

所述外圈倾斜孔的孔径或者边长为4～16mm；

所述内圈倾斜孔的孔径或者边长为3～12mm。

4.如权利要求3所述的微预混值班喷嘴组件，其特征在于，所述燃料输运管对应所述倾斜孔包括外圈燃料输运管和内圈燃料输运管；

所述内圈燃料输运管的长度小于外圈燃料输运管的长度；

所述内圈燃料输运管的内径小于或等于外圈燃料输运管的内径；

所述燃料输运管伸入微预混管内部的端部设置燃料进气孔，所述燃料进气孔包括1～20个直径为0.1～2mm的平行直孔。

5.一种燃气轮机微预混燃烧室，其特征在于，包括火焰筒和燃烧器；其中，

火焰筒，其内部形成燃烧室燃烧区；

燃烧器，设置于火焰筒端部；所述燃烧器包括：

多个燃烧器主喷嘴区；

一燃烧器值班喷嘴区，所述燃烧器值班喷嘴区的结构与如权利要求1至4任一项所述的微预混值班喷嘴组件的结构相同；

其中，所述多个燃烧器主喷嘴区围绕所述燃烧器值班喷嘴区圆周设置。

6.如权利要求5所述的燃气轮机微预混燃烧室，其特征在于，

在所述火焰筒外围设置燃烧室衬套；

所述火焰筒与燃烧室衬套间隙形成空气通道；

所述空气通道与所述空气仓相连通；

在所述空气仓内设置空气整流格栅。

7.如权利要求5所述的燃气轮机微预混燃烧室，其特征在于，每个所述燃烧器主喷嘴区包括：

主喷嘴顶盖；

主喷嘴微预混管，其中，

所述主喷嘴微预混管的一端贯穿所述主喷嘴顶盖延伸至所述火焰筒内；置于所述火焰筒内的主喷嘴微预混管端部设置为主喷嘴微预混管出气口唇缘；

所述主喷嘴微预混管的另一端贯穿所述空气仓延伸至燃料仓；置于所述空气仓内的主喷嘴微预混管的外壁设置主喷嘴微预混管空气进气孔；置于所述燃料仓内的主喷嘴微预混管端部设置主喷嘴微预混管燃料进气孔；

其中，对应所述主喷嘴微预混管空气进气孔的主喷嘴微预混管内部形成主喷嘴微预混管燃料空气混合区。

8.如权利要求7所述的燃气轮机微预混燃烧室，其特征在于，所述主喷嘴微预混管燃料进气孔沿所述主喷嘴微预混管的端部圆周阵列设置2～10个；

所述主喷嘴微预混管燃料进气孔与竖直面之间的夹角为0～60°；

所述主喷嘴微预混管燃料进气孔的孔形为圆形或者椭圆形；所述圆形孔径为0.25～2.5mm或者椭圆形长轴长度1～2.5mm，短轴长度0.25～2mm；

所述主喷嘴微预混管空气进气孔沿所述主喷嘴微预混管外壁圆周阵列设置2～8个；

所述主喷嘴微预混管空气进气孔为长条状；所述主喷嘴微预混管空气进气孔的孔宽为0.5～6mm，长为2.5～36mm；

所述主喷嘴微预混管燃料进气孔和所述主喷嘴微预混管空气进气孔之间的间距为5～60mm。

9.如权利要求8所述的燃气轮机微预混燃烧室，其特征在于，所述主喷嘴微预混管空气进气孔与主喷嘴微预混管出气口唇缘之间为管道主体，所述管道主体采用如下方式将混合气从主喷嘴微预混管燃料空气混合区向主喷嘴微预混管出气口唇缘输送；

采用中心直圆管，在所述中心直圆管的周围圆周设置3～10个螺旋状圆管的方式；

采用中心3～10个螺旋状圆管，周围圆周设置2～6个直圆管的方式；

或者采用单一中心直圆管的方式。

10.如权利要求9所述的燃气轮机微预混燃烧室，其特征在于，所述多个燃烧器主喷嘴区围绕所述燃烧器值班喷嘴区圆周阵列设置；

所述燃烧器主喷嘴区的个数包括4～8个；

每个所述燃烧器主喷嘴区包括多个主喷嘴微预混管，多个所述主喷嘴微预混管以值班喷嘴为中心圆周阵列设置；

每个主喷嘴微预混管的内径d为5～12mm，长为15～120mm；主喷嘴微预混管之间的间距为1.2d～4d；

所述主喷嘴微预混管圆周阵列设置的层数为3～8；

每层上的各个主喷嘴微预混管结构相同；各层之间的主喷嘴微预混管结构不同。

11.如权利要求7所述的燃气轮机微预混燃烧室，其特征在于，与所述主喷嘴微预混管燃料进气孔相对一侧的燃料仓上设置主燃料进口；在所述主燃料进口与所述主喷嘴微预混管燃料进气孔之间的燃料仓内横置多孔板，用于将燃料仓内的燃料均匀送入所述主喷嘴微预混管燃料进气孔内；

所述多孔板间隔设置1～5层；相邻层之间的间距为1～20mm；

每层多孔板上的孔径为0.1～5mm；每层多孔板上设置10～1000个孔。