CN113701195A - 双燃料管燃烧室及燃气轮机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双燃料管燃烧室及燃气轮机，燃烧室包括火焰筒、点火器、第一旋流器、第二旋流器、第一燃料管、第二燃料管和壳体，火焰筒内腔从前至后依次分为主燃区、次燃区和掺混区，掺混区侧壁设置若干掺混孔；第二旋流器设在火焰筒前端并与其同轴；第一旋流器设在第二旋流器内孔内靠出口端并与其同轴；第一旋流器外侧壁与第二旋流器内孔之间留有间隙；第一燃料管穿过火焰筒前壁并通入第一旋流器，第二燃料管穿过火焰筒前壁并通入第二旋流器；点火器从火焰筒侧壁伸入主燃区；壳体罩设在火焰筒外部，火焰筒与壳体之间设有空气通道。本发明采用双燃料管及双旋流器，使燃料气混合充分，燃料得以充分、持续地燃烧，进而降低排放。
Description
技术领域
本发明涉及一种双燃料管燃烧室，及燃气轮机，属于燃气轮机技术领域。
背景技术
燃气轮机作为消耗天然气能源的主要装置，是工业生产中不可缺少的动力来源。随着燃气轮机级别越来越高，燃气轮机不断朝着高效率以及宽负荷调节范围方向发展。而提高循环效率的方法主要是通过提高燃烧温度和压力实现，燃烧中低热值燃料的扩散式燃烧室容易造成氮氧化物排放超标，因此，在宽负荷工况范围内实现稳定低排放燃烧是燃气轮机燃烧室的重要性能目标。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供了一种双燃料管燃烧室，及燃气轮机，可以使燃料充分燃烧，降低排放。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种双燃料管燃烧室，包括火焰筒、点火器、第一旋流器、第二旋流器、第一燃料管、第二燃料管和壳体，火焰筒内腔从前至后(按进出气的流向为前后方向，进气侧为前，出气侧为后)依次分为主燃区、次燃区和掺混区，掺混区侧壁设置若干掺混孔；
所述第二旋流器设在火焰筒前端并与其同轴；所述第一旋流器设在第二旋流器内孔内靠出口端并与其同轴；所述第一旋流器外侧壁与第二旋流器内孔之间留有间隙；
所述第一燃料管穿过火焰筒前壁并通入第一旋流器，所述第二燃料管穿过火焰筒前壁并通入第二旋流器；
所述点火器从火焰筒侧壁伸入主燃区；
所述壳体罩设在火焰筒外部，火焰筒与壳体之间设有空气通道，空气通道的进气方向为火焰筒末端到前端，空气通道的出气口与第二旋流器的进口连通。
进一步地，所述主燃区和次燃区侧壁设置若干气孔，气孔的作用是：使冷空气进入时从气孔散到火焰筒内壁并沿内壁形成气膜进而冷却壁面。
进一步地，所述主燃区和次燃区侧壁环绕设置至少一圈气孔。
进一步地，所述气孔可斜向设置，其进气方向为从燃烧室前端到末端，进气方向与燃烧混合气体的流动方向一致，避免气流阻滞。
进一步地，所述气孔与火焰筒轴线的夹角为10°～80°。
进一步地，所述气孔可以为斜圆柱孔、阶梯孔或收敛孔。
进一步地，所述掺混区侧壁环绕设置至少一圈掺混孔。
进一步地，所述第一燃料管可与火焰筒螺纹连接，可调节其伸入距离，以防止被烧坏。
进一步地，所述点火器可与火焰筒螺纹连接，可调节其伸入距离，以防止被烧坏。
一种燃气轮机，包括上述结构的双燃料管燃烧室，转轴，以及设在转轴上的压气机、涡轮和发电机。
所述多燃料管燃烧室的工作过程为：空气从空气通道通入，通过以下方式进入火焰筒，具体为：
①一部分空气经掺混孔进入掺混区；
②一部分空气经气孔沿火焰筒内壁进入次燃区和主燃区，可形成一层贴壁气膜，起到气膜冷却的作用，冷却火焰筒壁面；
③一部分经第二旋流器进口进入第二旋流器，从第二旋流器的旋流叶片流出；
④一部分经第二旋流器内孔进口流入，后经第一旋流器及间隙流出。
燃料从第一燃料管进入并从其喷嘴喷出，与第一旋流器流出的空气在第一旋流器出口端形成小旋流；燃料从第二燃料管进入第二旋流器腔体并从旋流叶片排出，与第二旋流器流出的空气在第二旋流器出口形成大旋流。
燃料与空气形成旋流可进一步混合充分，经点火器点火，在主燃区和次燃区燃烧后从燃烧室尾端排出，经蜗壳通入涡轮；掺混孔进入的空气可使未完全燃烧的燃料充分燃烧。第一燃料管喷出当量比较大的燃料，在火焰筒中心形成持续稳定的焰心，第二燃料管通入大量的燃料，与大量空气形成强掺混燃烧火焰，当大旋流产生的碳氮化合物过多导致火焰熄灭时，持续的焰心会持续点燃燃烧火焰。
进一步地，所述第一燃料管与第二燃料管的燃料流量比例为1:3～9。
进一步地，所述气孔的空气流量占燃烧室整体流量的5％～15％，所述掺混孔的空气流量占燃烧室整体流量的39％～48％，所述第一燃料管的空气流量占燃烧室整体流量的2％～8％，所述第二燃料管的空气流量占燃烧室整体流量的35％～50％。
本发明的双燃料管燃烧室，采用双燃料管及双旋流器，使燃料气混合充分，燃料得以充分、持续地燃烧，进而降低排放。本发明在火焰筒侧壁上设置有气孔，可以冷却和保护火焰筒壁面免遭高温气流破坏。本发明的第一燃料管的喷嘴、点火器的旋入距离可通过螺纹连接调节，防止被烧坏。
本发明使用的各种术语和短语具有本领域技术人员公知的一般含义。提及的术语和短语如有与公知含义不一致的，以本发明所表述的含义为准。
附图说明
图1：本发明的双燃料管燃烧室的结构示意图。
其中，1、火焰筒；101、掺混孔；102、气孔；2、点火器；3、第二旋流器；4、第一旋流器；5、第一燃料管；6、第二燃料管；7、壳体；701、空气通道；S1：间隙；A：空气；B：燃料；C：热空气；D：小旋流；E：大旋流；箭头方向表示气流方向。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。然而，本发明的范围并不限于下述实施例。本领域技术人员能够理解，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明进行各种变化和修饰。
实施例1
一种双燃料管燃烧室，包括火焰筒1、点火器2、第一旋流器4、第二旋流器3、第一燃料管5、第二燃料管6和壳体7，如图1所示，火焰筒1内腔从前至后(按进出气的流向为前后方向，进气侧为前，出气侧为后)依次分为主燃区、次燃区和掺混区，掺混区侧壁环绕设置一圈掺混孔101，主燃区和次燃区侧壁环绕设置一圈气孔102；
所述第二旋流器3设在火焰筒1前端并与其同轴；所述第一旋流器4设在第二旋流器3内孔内靠出口端并与其同轴；所述第一旋流器4外侧壁与第二旋流器3内孔之间留有间隙S1；
所述第一燃料管5穿过火焰筒1前壁并通入第一旋流器4，所述第二燃料管6穿过火焰筒1前壁并通入第二旋流器3；
所述点火器2从火焰筒1侧壁伸入主燃区；
所述壳体7罩设在火焰筒1外部，火焰筒1与壳体7之间设有空气通道701，空气通道701的进气方向为火焰筒1末端到前端，空气通道701的出气口与第二旋流器3的进口连通。
所述气孔102可斜向设置。气孔102的作用是：使冷空气进入时从气孔102散到火焰筒1内壁并沿内壁形成气膜进而冷却壁面；其进气方向为从燃烧室前端到末端，进气方向与燃烧混合气体的流动方向一致，避免气流阻滞。
所述气孔102与火焰筒1轴线的夹角为10°～80°，比如10°、20°、30°、40°、45°、50°、60°、70°、80°。
所述气孔102可以为斜圆柱孔、阶梯孔或收敛孔。
所述第一燃料管5可与火焰筒1螺纹连接。该设置的作用是：由于第一燃料管5的喷嘴的位置接近火焰区，故可通过螺纹连接调节其伸入距离，以防止被烧坏。
所述点火器2可与火焰筒1螺纹连接。该设置的作用是：由于点火器2的位置接近高温区域，故可通过螺纹连接调节其伸入距离，以防止被烧坏。
所述燃烧室末端出口通过蜗壳(图中未示出)连接至涡轮(图中未示出)进口。
所述多燃料管燃烧室的工作过程为：空气从空气通道701通入，通过以下方式进入火焰筒1，具体为：
①一部分空气经掺混孔101进入掺混区；
②一部分空气经气孔102沿火焰筒1内壁进入次燃区和主燃区，可形成一层贴壁气膜，起到气膜冷却的作用，冷却火焰筒1壁面；
③一部分经第二旋流器3进口进入第二旋流器3，从第二旋流器3的旋流叶片流出；
④一部分经第二旋流器3内孔进口流入，后经第一旋流器4及间隙S1流出。
燃料B从第一燃料管5进入并从其喷嘴喷出，与第一旋流器4流出的空气A在第一旋流器4出口端形成小旋流D；燃料B从第二燃料管6进入第二旋流器3腔体并从旋流叶片排出，与第二旋流器3流出的空气A在第二旋流器3出口形成大旋流E。
燃料B与空气A形成旋流可进一步混合充分，经点火器2点火，在主燃区和次燃区燃烧后热空气C从燃烧室尾端排出，经蜗壳通入涡轮；掺混孔101进入的空气A可使未完全燃烧的燃料B充分燃烧。第一燃料管5喷出当量比较大的燃料B，在火焰筒1中心形成持续稳定的焰心，第二燃料管6通入大量的燃料B，与大量空气A形成强掺混燃烧火焰，当大旋流E产生的碳氮化合物过多导致火焰熄灭时，持续的焰心会持续点燃燃烧火焰。
具体应用时，可以控制第一燃料管5与第二燃料管6的燃料流量比例为1:3～9，比如1:3,1:4,1:5,1:6,1:7,1:8,1:9。
具体应用时，可以控制气孔的空气流量占燃烧室整体流量的5％～15％，控制掺混孔的空气流量占燃烧室整体流量的39％～48％，控制第一燃料管5的空气流量占燃烧室整体流量的2％～8％，控制第二燃料管6的空气流量占燃烧室整体流量的35％～50％。
更具体地，控制气孔的空气流量占燃烧室整体流量的7％，控制掺混孔的空气流量占燃烧室整体流量的43％，控制第一燃料管5的空气流量占燃烧室整体流量的5％，控制第二燃料管6的空气流量占燃烧室整体流量的45％。
实施例2
一种燃气轮机，包括实施例1所示结构的双燃料管燃烧室，转轴，以及设在转轴上的压气机、涡轮和发电机。
上述虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种双燃料管燃烧室，其特征在于：包括火焰筒、点火器、第一旋流器、第二旋流器、第一燃料管、第二燃料管和壳体，火焰筒内腔从前至后依次分为主燃区、次燃区和掺混区，掺混区侧壁设置若干掺混孔；
所述第二旋流器设在火焰筒前端并与其同轴；所述第一旋流器设在第二旋流器内孔内靠出口端并与其同轴；所述第一旋流器外侧壁与第二旋流器内孔之间留有间隙；
所述第一燃料管穿过火焰筒前壁并通入第一旋流器，所述第二燃料管穿过火焰筒前壁并通入第二旋流器；
所述点火器从火焰筒侧壁伸入主燃区；
所述壳体罩设在火焰筒外部，火焰筒与壳体之间设有空气通道，空气通道的进气方向为火焰筒末端到前端，空气通道的出气口与第二旋流器的进口连通。
2.根据权利要求1所述的双燃料管燃烧室，其特征在于：所述主燃区和次燃区侧壁设置若干气孔。
3.根据权利要求2所述的双燃料管燃烧室，其特征在于：所述气孔斜向设置，其进气方向为从燃烧室前端到末端。
4.根据权利要求2或3所述的双燃料管燃烧室，其特征在于：所述气孔与火焰筒轴线的夹角为10°～80°；
和/或：所述气孔为斜圆柱孔、阶梯孔或收敛孔。
5.根据权利要求1或2所述的双燃料管燃烧室，其特征在于：所述主燃区和次燃区侧壁环绕设置至少一圈气孔；
和/或：所述掺混区侧壁环绕设置至少一圈掺混孔。
6.根据权利要求1所述的双燃料管燃烧室，其特征在于：所述第一燃料管与火焰筒螺纹连接。
7.根据权利要求1所述的双燃料管燃烧室，其特征在于：所述点火器与火焰筒螺纹连接。
8.根据权利要求1所述的双燃料管燃烧室，其特征在于：所述第一燃料管与第二燃料管的燃料流量比例为1:3～9。
9.根据权利要求2所述的双燃料管燃烧室，其特征在于：所述气孔的空气流量占燃烧室整体流量的5％～15％，所述掺混孔的空气流量占燃烧室整体流量的39％～48％，所述第一燃料管的空气流量占燃烧室整体流量的2％～8％，所述第二燃料管的空气流量占燃烧室整体流量的35％～50％。
10.一种燃气轮机，包括权利要求1～9中任一项所述的双燃料管燃烧室。
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