一種燃?xì)廨啓C(jī)氣體燃料干式低氮燃燒裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種燃?xì)廨啓C(jī)氣體燃料干式低氮燃燒裝置，該燃燒裝置包括沿圓周向均勻排列的多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的圓管形燃燒單元；每個(gè)所述燃燒單元包括：燃燒室端蓋、燃燒室小機(jī)匣、燃料噴嘴、排氣缸、火焰筒鋼筒、多個(gè)隔熱瓦、頂蓋、空氣導(dǎo)流襯套、燃?xì)鈱?dǎo)管外殼、空氣導(dǎo)管、多個(gè)擾流環(huán)、燃?xì)鈱?dǎo)管內(nèi)殼、燃?xì)獬隹?。本?shí)用新型燃燒裝置在燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)：氣體燃料和空氣在燃燒前均勻混合形成稀預(yù)混氣，避免混合過(guò)程中可能發(fā)生的自燃和回火，從而穩(wěn)定地低氮燃燒；在整個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)工作范圍內(nèi)燃燒加熱均勻，降低火焰擾動(dòng)；燃燒邊界加強(qiáng)隔熱散熱和對(duì)燃燒噪聲的吸收。
【專利說(shuō)明】一種燃?xì)廨啓C(jī)氣體燃料干式低氮燃燒裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及熱力學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種燃?xì)廨啓C(jī)氣體燃料干式低氮燃燒裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代發(fā)電用大功率燃?xì)廨啓C(jī)以燃用氣體燃料為主，其燃燒裝置普遍采用分管型燃燒室，即多個(gè)相同的圓筒形燃燒單元安裝在燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)排氣缸上。
[0003]圖1示出現(xiàn)有技術(shù)中普遍應(yīng)用的燃?xì)廨啓C(jī)分管型干式低氮燃燒室的一個(gè)燃燒單元的例子，圖1A為燃燒單元的側(cè)剖視圖，圖1B為燃料噴嘴組40的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1A所示，當(dāng)燃燒單元工作時(shí)，氣體燃料從燃燒室端蓋I引入并分配到與其內(nèi)部相通的燃料噴嘴組40，所述燃料噴嘴組40包括中央燃料噴嘴2和在中央燃料噴嘴2周邊排布一圈的多個(gè)燃料噴嘴3 (如圖1B所示);空氣通過(guò)外部壓氣機(jī)9進(jìn)入排氣缸10，再?gòu)亩嗫椎娜細(xì)鈱?dǎo)管冷卻罩6流入冷卻罩6與燃?xì)鈱?dǎo)管5之間的環(huán)形通道，在對(duì)燃?xì)鈱?dǎo)管5形成沖擊冷卻后流向火焰筒4與空氣導(dǎo)流襯套7之間的環(huán)形通道，在對(duì)火焰筒4進(jìn)行沖刷冷卻后流入燃燒室端蓋
1、燃燒室機(jī)殼11、火焰筒頂蓋8圍成的空間，其中，部分空氣經(jīng)由多孔的火焰筒頂蓋8流入火焰筒4，大部分空氣進(jìn)入中央燃料噴嘴2和燃料噴嘴3 ;氣體燃料和空氣在中央燃料噴嘴2和燃料噴嘴3內(nèi)混合后流入火焰筒4，在燃燒區(qū)13內(nèi)建立火焰并燃燒，燃燒產(chǎn)生的高溫燃?xì)饬飨蛉細(xì)鈱?dǎo)管5，被燃?xì)鈱?dǎo)管5引入燃?xì)獬隹?12輸出到透平機(jī)。
[0004]發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)燃燒室性能的要求是高燃?xì)鉁囟取⒌臀廴?、長(zhǎng)壽命，一個(gè)例子是作為現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)電站主力設(shè)備的F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室出口燃?xì)鉁囟刃柽_(dá)到1400°C、煙氣中氮氧化物濃度< 25ppm (折算到15%氧濃度)、檢修間隔> 8000小時(shí)。
[0005]參考圖1所示的燃燒單元，為了達(dá)到所述的性能指標(biāo)，燃燒單元采用干式低氮燃燒技術(shù)，即氣體燃料和空氣在進(jìn)入火焰筒4燃燒前，在中央燃料噴嘴2和燃料噴嘴3內(nèi)進(jìn)行摻混，形成燃料/空氣比低于化學(xué)當(dāng)量比的貧預(yù)混氣，從而降低燃燒區(qū)的最高溫度，抑制氮氧化物的生成。為了在所述貧預(yù)混氣低氮燃燒的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)燃燒室負(fù)荷的調(diào)節(jié)，采用燃料分級(jí)的燃燒控制技術(shù)，即對(duì)應(yīng)燃燒室負(fù)荷的不同范圍，采用相應(yīng)的燃燒模態(tài)，對(duì)于每一種燃燒模態(tài)，中央燃料噴嘴2和燃料噴嘴3中的一個(gè)單獨(dú)著火或幾個(gè)聯(lián)合工作。
[0006]圖1所示的燃燒單元在產(chǎn)品開發(fā)和運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題:(I)中央燃料噴嘴2和燃料噴嘴3內(nèi)燃料和空氣摻混不夠均勻，為了保持燃燒穩(wěn)定，要求進(jìn)入燃燒區(qū)的預(yù)混氣的總體燃料/空氣比與燃燒稀限之間留有足夠的裕量(可參考圖7);為加強(qiáng)燃料和空氣摻混，中央燃料噴嘴2和燃料噴嘴3預(yù)混氣通道的旋流器安裝在空氣入口一側(cè)，遠(yuǎn)離火焰，消弱了火焰穩(wěn)定機(jī)制；燃料和空氣摻混的均勻程度和預(yù)混氣流的擾動(dòng)對(duì)燃料噴射速度(與燃料華白數(shù)關(guān)聯(lián))反應(yīng)敏感；燃料和空氣摻混發(fā)生在環(huán)形通道的受限旋流流動(dòng)過(guò)程中，沒有其他的控制機(jī)制，氣流擾動(dòng)和間歇性大，并且可能發(fā)生自燃和回火。上述的局限帶來(lái)氮氧化物排放、燃燒振動(dòng)和噪聲之間協(xié)調(diào)的困難，使這些指標(biāo)難以進(jìn)一步降低，燃燒調(diào)整和控制的難度增加，燃料適應(yīng)范圍狹窄；(2)在燃料噴嘴組40多噴嘴的配置方式中，中央燃料噴嘴2和燃料噴嘴3的外緣之間的距離使噴嘴外緣接近火焰筒4，加劇了噴嘴火焰對(duì)火焰筒4內(nèi)壁面的灼燒；中央燃料噴嘴2和周邊燃料噴嘴3具有不同的結(jié)構(gòu)，增加了產(chǎn)品開發(fā)、燃燒調(diào)整與控制的復(fù)雜程度；(3)多噴嘴配置和燃燒控制方式使某些燃燒模態(tài)下著火的噴嘴非均勻排布，火焰筒4被噴嘴火焰偏燒；(4)火焰筒4在承受高溫的同時(shí)承受支撐結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，壽命很難達(dá)到F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)要求的8000小時(shí)；外壁沖刷冷卻要求的空氣流速高，并且要求火焰筒4外壁設(shè)有擾流肋片，為此增加的流阻降低燃?xì)廨啓C(jī)的效率；(5)燃?xì)鈱?dǎo)管5外壁沖擊冷卻引起的空氣流阻大，并且在接近火焰筒4的位置因沿壁面方向流速加快沖擊冷卻被消弱，只能依靠加厚鈷基高溫合金制成的燃?xì)鈱?dǎo)管5的厚度達(dá)到壽命要求，進(jìn)一步提升性能的可能性不大。
[0007]同時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展已經(jīng)對(duì)燃燒室性能又提出進(jìn)一步的要求，即出口燃?xì)鉁囟冗_(dá)到1500-1700°C、煙氣中氮氧化物濃度< 10ppm(折算到15%氧濃度)、檢修間隔在8000小時(shí)基礎(chǔ)上進(jìn)一步延長(zhǎng)。所述現(xiàn)有技術(shù)的干式低氮燃燒室及燃燒控制技術(shù)所存在的問(wèn)題將更加尖銳，甚至完全不能滿足進(jìn)一步發(fā)展的要求。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型提出一種燃?xì)廨啓C(jī)氣體燃料干式低氮燃燒裝置。
[0009]本實(shí)用新型提出的一種燃?xì)廨啓C(jī)氣體燃料干式低氮燃燒裝置包括沿圓周向均勻排列的多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的燃燒單元，每個(gè)所述燃燒單元包括:燃燒室端蓋14、燃燒室小機(jī)匣41、燃料噴嘴15、排氣缸10、火焰筒鋼筒16、多個(gè)隔熱瓦18、頂蓋17、空氣導(dǎo)流襯套19、燃?xì)鈱?dǎo)管外殼20、空氣導(dǎo)管21、多個(gè)擾流環(huán)22、燃?xì)鈱?dǎo)管內(nèi)殼23、燃?xì)獬隹?12，其中:
[0010]所述燃燒室端蓋14位于所述燃燒單元的一端，用于作為氣體燃料的入口 ；
[0011]所述燃?xì)獬隹?12位于所述燃燒單元的另一端，并與透平機(jī)的燃?xì)馊肟谙嗤?，用于將氣體燃料與空氣燃燒后產(chǎn)生的燃?xì)廨斎氲剿鐾钙綑C(jī)中；
[0012]所述燃燒室端蓋14、燃燒室小機(jī)匣41、空氣導(dǎo)流襯套19、燃?xì)鈱?dǎo)管外殼20依次連接，且所述燃燒室小機(jī)匣41與排氣缸10的一端通過(guò)法蘭連接，所述燃?xì)鈱?dǎo)管外殼20與所述燃?xì)獬隹?12的外周連接；
[0013]位于所述燃燒單元內(nèi)部的火焰筒鋼筒16與所述燃燒室小機(jī)匣41之間形成有第一環(huán)形通道，所述火焰筒鋼筒16與空氣導(dǎo)流襯套19之間形成有第二環(huán)形通道，所述燃?xì)鈱?dǎo)管外殼20與位于燃燒單元內(nèi)部的燃?xì)鈱?dǎo)管內(nèi)殼23之間形成有第三環(huán)形通道，上述三個(gè)環(huán)形通道相通；
[0014]所述多個(gè)隔熱瓦18依次分排吊裝在火焰筒鋼筒16的內(nèi)壁面上，與火焰筒鋼筒16一同組成火焰筒；所述燃料噴嘴15的外表面通過(guò)頂蓋17與所述火焰筒靠近所述燃燒室端蓋14的一端的內(nèi)表面連接；所述火焰筒的另一端與燃?xì)鈱?dǎo)管內(nèi)殼23的一端連接，燃?xì)鈱?dǎo)管內(nèi)殼23的另一端與所述燃?xì)獬隹?12連接；
[0015]多個(gè)擾流環(huán)22固定在所述燃?xì)鈱?dǎo)管內(nèi)殼23的外表面上；
[0016]所述空氣導(dǎo)管21 —端固接在所述燃?xì)鈱?dǎo)管外殼20上，另一端插接于擾流環(huán)22上，并與所述第三環(huán)形通道相通；
[0017]所述排氣缸10的另一端與壓氣機(jī)9的出口相通，所述排氣缸10的內(nèi)部空間與空氣導(dǎo)管21相通。
[0018]進(jìn)一步地，所述燃料噴嘴15包括燃料通道和空氣通道。
[0019]進(jìn)一步地，所述燃料通道的一端與所述燃燒室端蓋14通過(guò)管道相通，另一端通過(guò)列陣預(yù)混器與火焰筒的入口相通。
[0020]進(jìn)一步地，所述空氣通道的一端經(jīng)由所述燃燒室端蓋14、燃燒室小機(jī)匣41、火焰筒頂蓋17圍成的空間與第一環(huán)形通道相通，另一端亦通過(guò)列陣預(yù)混器與火焰筒的入口相通。
[0021]進(jìn)一步地，所述燃料噴嘴15包括七個(gè)結(jié)構(gòu)相同的燃料噴嘴。
[0022]進(jìn)一步地，所述燃料噴嘴都為圓管形。
[0023]進(jìn)一步地，所述七個(gè)燃料噴嘴按照中心一個(gè)、周邊六個(gè)、且外緣相切的方式集束排列。
[0024]進(jìn)一步地，所述七個(gè)結(jié)構(gòu)相同的燃料噴嘴的每一個(gè)包括:噴嘴機(jī)匣31、中心體28、若干排燃料噴射葉片34、燃料噴射孔32、一排旋流葉片27、預(yù)混燃料通道30、擴(kuò)散燃料通道29、擴(kuò)散燃料噴射孔25、清吹空氣通道33、清吹空氣噴射孔26，其中:
[0025]所述中心體28位于所述燃料噴嘴的中心，噴嘴機(jī)匣31位于中心體28的外圍，所述噴嘴機(jī)匣31與中心體28之間形成有環(huán)形通道，所述環(huán)形通道中沿軸向依次設(shè)置有與中心體28連接的若干排燃料噴射葉片34和一排實(shí)心的旋流葉片27，所述環(huán)形通道的其他空間形成所述燃料噴嘴的空氣通道，所述空氣通道與火焰筒內(nèi)部相通；
[0026]所述燃料噴射葉片34設(shè)置有內(nèi)部通道，所述燃料噴射葉片34的表面設(shè)置有燃料噴射孔32 ；
[0027]所述中心體28的末端設(shè)置有與火焰筒內(nèi)部相通的擴(kuò)散燃料噴射孔25和清吹空氣噴射孔26 ；
[0028]所述中心體28內(nèi)沿徑向并列設(shè)有預(yù)混燃料通道30、擴(kuò)散燃料通道29和清吹空氣通道33 ；
[0029]所述預(yù)混燃料通道30與燃料噴射葉片34的內(nèi)部通道相通，用于將氣體燃料經(jīng)由位于燃料噴射葉片34表面的燃料噴射孔32、所述空氣通道進(jìn)入火焰筒內(nèi)部；
[0030]所述擴(kuò)散燃料通道29通過(guò)所述擴(kuò)散燃料噴射孔25將燃料噴入火焰筒內(nèi)部；
[0031]所述清吹空氣通道33通過(guò)所述清吹空氣噴射孔26將清吹空氣噴入火焰筒內(nèi)部，以保護(hù)中心體，避免高溫灼傷。
[0032]進(jìn)一步地，所述燃?xì)鈱?dǎo)管內(nèi)殼23和所述燃?xì)鈱?dǎo)管外殼20之間焊接有多個(gè)帶有波紋緩沖結(jié)構(gòu)的連接柱。
[0033]進(jìn)一步地，所述隔熱瓦18在背離火焰的一側(cè)設(shè)置有若干個(gè)安裝結(jié)36和若干擾流柱37，所述安裝結(jié)36與安裝在其上的浮動(dòng)環(huán)38配合，將隔熱瓦18柔性地安裝于火焰筒鋼筒16的內(nèi)壁面處；隔熱瓦18面向火焰的側(cè)表面上涂覆有耐高溫涂層35。
[0034]本實(shí)用新型所公開的燃?xì)廨啓C(jī)氣體燃料干式低氮燃燒裝置具有的有益效果是:所述燃燒裝置在燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可以穩(wěn)定地低氮燃燒；在整個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)工作范圍內(nèi)燃燒裝置的加熱均勻，能夠降低火焰擾動(dòng)；且燃燒邊界能夠加強(qiáng)隔熱和對(duì)燃燒噪聲的吸收。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0035]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中普遍應(yīng)用的燃?xì)廨啓C(jī)分管型干式低氮燃燒室的一個(gè)燃燒單元的結(jié)構(gòu)示意圖，圖1A為燃燒單元的側(cè)剖視圖，圖1B為燃料噴嘴組的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]圖2是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的干式低氮燃燒裝置的一個(gè)燃燒單元的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2A為燃燒單元的側(cè)剖視圖，圖2B為燃料噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]圖3是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的燃燒單元的燃燒模態(tài)示意圖，圖3A是燃燒模態(tài)D7的示意圖；圖3B是燃燒模態(tài)D7+PM3的示意圖；圖3C是燃燒模態(tài)PM3+PM3’ +Dl的示意圖；圖3D是燃燒模態(tài)PM3+PM3’ +PMl的示意圖。
[0038]圖4是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的帶有列陣式預(yù)混器的單個(gè)燃料噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039]圖5是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的隔熱瓦的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5A為隔熱瓦的透視圖，圖5B為隔熱瓦的局部剖視圖。
[0040]圖6是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的燃?xì)鈱?dǎo)管和擾流環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖6A為透視圖，圖6B為局部剖視圖。
[0041]圖7是噴嘴燃料-空氣混合均勻性、預(yù)混氣總體燃料/空氣比與燃燒稀限的關(guān)系的計(jì)算結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0042]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0043]本實(shí)用新型所提出的燃?xì)廨啓C(jī)氣體燃料干式低氮燃燒裝置由沿圓周向均勻排列的多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的圓管形燃燒單元組成，圖2是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的干式低氮燃燒裝置的一個(gè)燃燒單元的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2A為燃燒單元的側(cè)剖視圖，圖2B為燃料噴嘴15的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2A所示，每個(gè)所述燃燒單元包括:燃燒室端蓋14、燃燒室小機(jī)匣41、燃料噴嘴15、排氣缸10、火焰筒鋼筒16、多個(gè)隔熱瓦18、頂蓋17、空氣導(dǎo)流襯套19、燃?xì)鈱?dǎo)管外殼20、空氣導(dǎo)管21、多個(gè)擾流環(huán)22、燃?xì)鈱?dǎo)管內(nèi)殼23、燃?xì)獬隹?12，其中:
[0044]所述燃燒室端蓋14位于所述燃燒單元的一端，用于作為氣體燃料的入口 ；
[0045]所述燃?xì)獬隹?12位于所述燃燒單元的另一端，并與透平機(jī)的燃?xì)馊肟谙嗤?，用于將氣體燃料與空氣燃燒后產(chǎn)生的燃?xì)廨斎氲剿鐾钙綑C(jī)中；
[0046]所述燃燒室端蓋14、燃燒室小機(jī)匣41、空氣導(dǎo)流襯套19、燃?xì)鈱?dǎo)管外殼20依次連接，且所述燃燒室小機(jī)匣41與排氣缸10的一端通過(guò)法蘭連接，所述燃?xì)鈱?dǎo)管外殼20與所述燃?xì)獬隹?12的外周連接；
[0047]位于所述燃燒單元內(nèi)部的火焰筒鋼筒16與所述燃燒室小機(jī)匣41之間形成有第一環(huán)形通道，所述火焰筒鋼筒16與空氣導(dǎo)流襯套19之間形成有第二環(huán)形通道，所述燃?xì)鈱?dǎo)管外殼20與位于燃燒單元內(nèi)部的燃?xì)鈱?dǎo)管內(nèi)殼23之間形成有第三環(huán)形通道，上述三個(gè)環(huán)形通道相通；
[0048]所述多個(gè)隔熱瓦18依次分排吊裝在火焰筒鋼筒16的內(nèi)壁面上，與火焰筒鋼筒16一同組成火焰筒；
[0049]所述燃料噴嘴15的外表面通過(guò)頂蓋17與所述火焰筒靠近所述燃燒室端蓋14的一端的內(nèi)表面連接；[0050]其中，所述燃料噴嘴15包括燃料通道和空氣通道，所述燃料通道的一端與所述燃燒室端蓋14通過(guò)管道相通，另一端通過(guò)列陣預(yù)混器與火焰筒的入口相通；所述空氣通道的一端經(jīng)由所述燃燒室端蓋14、燃燒室小機(jī)匣41、火焰筒頂蓋17圍成的空間與第一環(huán)形通道相通，另一端亦通過(guò)列陣預(yù)混器與火焰筒的入口相通；
[0051]所述火焰筒的另一端與燃?xì)鈱?dǎo)管內(nèi)殼23的一端連接，燃?xì)鈱?dǎo)管內(nèi)殼23的另一端與所述燃?xì)獬隹?12連接；
[0052]多個(gè)擾流環(huán)22固定在所述燃?xì)鈱?dǎo)管內(nèi)殼23的外表面上；
[0053]所述空氣導(dǎo)管21 —端固接在所述燃?xì)鈱?dǎo)管外殼20上，另一端插接于擾流環(huán)22上，并與所述第三環(huán)形通道相通；
[0054]所述燃?xì)鈱?dǎo)管內(nèi)殼23和所述燃?xì)鈱?dǎo)管外殼20之間焊接有多個(gè)帶有波紋緩沖結(jié)構(gòu)的連接柱；
[0055]所述排氣缸10的另一端與壓氣機(jī)9的出口相通，所述排氣缸10的內(nèi)部空間與空氣導(dǎo)管21相通，所述壓氣機(jī)9的排氣流經(jīng)空氣導(dǎo)管21、第三環(huán)形通道、第二環(huán)形通道、第一環(huán)形通道、燃料噴嘴15、火焰筒內(nèi)部以及燃?xì)鈱?dǎo)管內(nèi)殼23的內(nèi)部，輸入到所述燃?xì)獬隹?12。
[0056]當(dāng)所述燃燒單元工作時(shí)，氣體燃料從燃燒室端蓋14引入并分配到帶有列陣預(yù)混器(圖中未不出)的燃料噴嘴15的燃料通道中；同時(shí)空氣從壓氣機(jī)9進(jìn)入排氣缸10,從與排氣缸10相通的空氣導(dǎo)管21流入第三環(huán)形通道中的擾流環(huán)22，對(duì)燃?xì)鈱?dǎo)管內(nèi)殼23的外壁面形成沖擊冷卻后流向第二環(huán)形通道，對(duì)火焰筒鋼筒16的外壁面進(jìn)行沖刷冷卻后，大部分空氣流入燃燒室端蓋14、火焰筒鋼筒16、火焰筒頂蓋17圍成的空間后經(jīng)由燃料噴嘴15的空氣通道，在燃料噴嘴15內(nèi)部與燃料混合后流入火焰筒內(nèi)部，少量空氣經(jīng)由隔熱瓦18與火焰筒鋼筒16之間的縫隙流入火焰筒內(nèi)部，燃料和空氣的混合氣體在火焰筒內(nèi)部建立火焰并燃燒，燃燒產(chǎn)生的高溫燃?xì)饬飨蛉細(xì)鈱?dǎo)管內(nèi)殼23，被燃?xì)鈱?dǎo)管內(nèi)殼23引入燃?xì)獬隹?12進(jìn)入透平機(jī)。
[0057]如圖2B所示，所述燃料噴嘴15包括七個(gè)結(jié)構(gòu)相同的燃料噴嘴，所述燃料噴嘴都為圓管形，這七個(gè)燃料噴嘴按照中心一個(gè)、周邊六個(gè)、且外緣相切的方式集束排列，每個(gè)燃料噴嘴內(nèi)均帶有列陣式燃料-空氣預(yù)混器和一個(gè)位于氣流出口處的旋流器。這多個(gè)燃料噴嘴可根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)的工況范圍選擇性的開啟工作。
[0058]圖3示出在燃?xì)廨啓C(jī)整個(gè)工作范圍內(nèi)根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的干式低氮燃燒裝置的一個(gè)燃燒單元的燃燒模態(tài)示意圖。當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)到空載全轉(zhuǎn)速的工況范圍時(shí)，七個(gè)燃料噴嘴都工作，每個(gè)燃料噴嘴均處于燃料供應(yīng)量相同的擴(kuò)散燃燒模式，該燃燒模態(tài)標(biāo)記為D7，如圖3A所示；當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)空載全轉(zhuǎn)速到輸出15%軸功的工況范圍時(shí)，七個(gè)燃料噴嘴都處于燃料供應(yīng)量相同的擴(kuò)散燃燒模式，其中沿圓周均勻分布的三個(gè)周邊燃料噴嘴附加燃料供應(yīng)量相同的預(yù)混燃燒模式，該燃燒模態(tài)標(biāo)記為D7+PM3，如圖3B所示；當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)輸出15%到40%軸功的工況范圍時(shí)，中心燃料噴嘴處于擴(kuò)散燃燒模式，六個(gè)周邊燃料噴嘴處于燃料供應(yīng)量相同的預(yù)混燃燒模式，該燃料模態(tài)標(biāo)記為PM3+PM3’+D1，如圖3C所示；當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)輸出40%到100%軸功的工況范圍時(shí)，七個(gè)燃料噴嘴都處于燃料供應(yīng)量相同的預(yù)混燃燒模式，該燃燒模式標(biāo)注為PM3+PM3’ +PM1，如圖3D所示。
[0059]上述七個(gè)噴嘴的排列方式及其燃燒控制模態(tài)使在整個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)工作范圍內(nèi)火焰筒被均勻加熱。[0060]圖4是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的帶有列陣式預(yù)混器的單個(gè)燃料噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，所述單個(gè)燃料噴嘴包括:噴嘴機(jī)匣31、中心體28、若干排燃料噴射葉片34、燃料噴射孔32、一排旋流葉片27、預(yù)混燃料通道30、擴(kuò)散燃料通道29、擴(kuò)散燃料噴射孔25、清吹空氣通道33、清吹空氣噴射孔26，其中:
[0061]所述中心體28位于所述燃料噴嘴的中心，噴嘴機(jī)匣31位于中心體28的外圍，所述噴嘴機(jī)匣31與中心體28之間形成有環(huán)形通道，所述環(huán)形通道中沿軸向依次設(shè)置有與中心體28連接的若干排燃料噴射葉片34和一排實(shí)心的旋流葉片27，所述環(huán)形通道的其他空間形成所述燃料噴嘴的空氣通道，所述空氣通道與火焰筒內(nèi)部相通；
[0062]所述燃料噴射葉片34設(shè)置有內(nèi)部通道，所述燃料噴射葉片34的表面設(shè)置有燃料噴射孔32 ；
[0063]所述中心體28的末端設(shè)置有與火焰筒內(nèi)部相通的擴(kuò)散燃料噴射孔25和清吹空氣噴射孔26 ；
[0064]所述中心體28內(nèi)沿徑向并列設(shè)有預(yù)混燃料通道30、擴(kuò)散燃料通道29和清吹空氣通道33 ；
[0065]所述預(yù)混燃料通道30與燃料噴射葉片34的內(nèi)部通道相通，用于將氣體燃料經(jīng)由位于燃料噴射葉片34表面的燃料噴射孔32、所述空氣通道進(jìn)入火焰筒內(nèi)部；
[0066]所述擴(kuò)散燃料通道29通過(guò)所述擴(kuò)散燃料噴射孔25將燃料噴入火焰筒內(nèi)部；
[0067]所述清吹空氣通道33通過(guò)所述清吹空氣噴射孔26將清吹空氣噴入火焰筒內(nèi)部，以保護(hù)中心體，避免高溫灼傷。
[0068]工作時(shí)，空氣通過(guò)噴嘴機(jī)匣31和中心體28之間的環(huán)形通道流入火焰筒內(nèi)部。在預(yù)混燃燒工作模式下，氣體燃料通過(guò)噴嘴中心體28內(nèi)的預(yù)混燃料通道30流入燃料噴射葉片34的內(nèi)部通道，并從其表面的燃料噴射孔32流入空氣通道，與空氣混合后，進(jìn)入火焰筒內(nèi)部進(jìn)行燃燒。在擴(kuò)散燃燒工作模式下，氣體燃料通過(guò)擴(kuò)散燃料通道29，從噴嘴中心體28末端的擴(kuò)散燃料噴射孔25直接噴入火焰筒內(nèi)部與空氣進(jìn)行接觸、燃燒。清吹空氣通過(guò)清吹空氣通道33，從清吹空氣噴射孔26噴入火焰筒內(nèi)部。
[0069]圖5是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的隔熱瓦的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5A為隔熱瓦的透視圖，圖5B為隔熱瓦的局部剖視圖。如圖5所示，每塊隔熱瓦18在背離火焰的一側(cè)設(shè)置有若干個(gè)安裝結(jié)36和若干擾流柱37，所述安裝結(jié)36與安裝在其上的浮動(dòng)環(huán)38配合，將隔熱瓦18柔性地安裝于火焰筒鋼筒16的內(nèi)壁面處。隔熱瓦18面向火焰的側(cè)表面上涂覆有耐高溫涂層35。工作時(shí)，高溫燃?xì)庵苯記_刷耐高溫涂層35，火焰筒鋼筒16外側(cè)的低溫空氣從安裝結(jié)36處的間隙流入隔熱瓦18與火焰筒鋼筒16之間的環(huán)縫，經(jīng)由擾流柱37陣列后，從隔熱瓦之間的間隙處流入火焰筒內(nèi)部。
[0070]圖6是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的燃?xì)鈱?dǎo)管的結(jié)構(gòu)示意圖，圖6A為透視圖，圖6B為局部剖視圖。所述燃?xì)鈱?dǎo)管外殼20和所述燃?xì)鈱?dǎo)管內(nèi)殼23組成了燃?xì)鈱?dǎo)管，燃?xì)鈱?dǎo)管外殼20上安裝有若干個(gè)空氣導(dǎo)管21，分別插接于安裝在燃?xì)鈱?dǎo)管內(nèi)殼23外表面的若干排擾流環(huán)22上。排氣缸10內(nèi)的空氣從空氣導(dǎo)管21的內(nèi)部流入擾流環(huán)22與內(nèi)殼23之間的環(huán)形通道內(nèi)，以冷卻燃?xì)鈱?dǎo)管內(nèi)殼23，而后流入燃?xì)鈱?dǎo)管內(nèi)殼23與外殼20之間的第三環(huán)形通道內(nèi)。
[0071]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型存在以下優(yōu)點(diǎn):[0072](I)本實(shí)用新型中的燃料噴嘴帶有列陣式預(yù)混器，以此可以實(shí)現(xiàn):混合均勻度(即噴嘴預(yù)混氣通道出口截面濃度的均方根計(jì)算結(jié)果)比圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)的燃燒室的噴嘴2和3提高一倍，進(jìn)入燃燒區(qū)的預(yù)混氣的總體燃料/空氣比與燃燒稀限之間的裕量也可以降低約I倍，具體可參考圖7所示，圖7中，虛線曲線為現(xiàn)有技術(shù)的燃燒室的噴嘴2和3所取得的燃空比，實(shí)線曲線為本實(shí)用新型燃料噴嘴15所取得的燃空比；混合不需要旋流，從而可將旋流器安裝在噴嘴出口靠近火焰的一側(cè)，從而增強(qiáng)了火焰穩(wěn)定機(jī)制；列陣抑制了入口氣流的初始擾動(dòng)，消除了大尺度流動(dòng)，出口氣流擾動(dòng)幅度比圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)的燃燒室的噴嘴2和3下降一個(gè)數(shù)量級(jí)，混合均勻度和預(yù)混氣流擾動(dòng)對(duì)燃料噴射速度不再敏感；列陣預(yù)混氣的通道中不具備著火和火焰穩(wěn)定條件，從而避免了自燃和回火的發(fā)生；
[0073](2)本實(shí)用新型燃料噴嘴15的多噴嘴配置在幾何學(xué)上最大限度地利用了火焰筒截面圓的空間，在保持噴嘴截面積的前提下增加了噴嘴邊緣與火焰筒之間的距離，從而減輕了對(duì)火焰筒的灼燒；且相同的噴嘴降低了產(chǎn)品開發(fā)、燃燒調(diào)整與控制的復(fù)雜程度；另外7噴嘴排列配合燃燒控制方法，使得每個(gè)燃燒模態(tài)下著火的噴嘴均勻分布，從而避免了火焰筒偏燒的現(xiàn)象；
[0074](3)本實(shí)用新型中的火焰筒采用鋼筒內(nèi)襯隔熱瓦的結(jié)構(gòu)，在出口燃?xì)鉁囟?400°C的條件下，火焰筒承力鋼筒的溫度在800°C以下，取消了外壁面空氣沖刷冷卻的擾流肋片，保證了 F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)要求的火焰筒壽命，降低了燃燒室的空氣流阻；
[0075](4)本實(shí)用新型中的燃?xì)鈱?dǎo)管采用由波紋柱連接的雙殼結(jié)構(gòu)，增加了強(qiáng)度；內(nèi)外殼之間沿空氣流動(dòng)方向安裝多組帶有空氣導(dǎo)管的擾流環(huán)，破壞內(nèi)殼外壁面的熱邊界層，空氣從空氣導(dǎo)管在外殼上的入口引入、沖擊內(nèi)殼外壁面，避免了貼壁氣流對(duì)沖擊冷卻的消弱作用；對(duì)沖擊冷卻空氣流速的要求降低，從而減小燃燒室空氣流阻；本實(shí)用新型使得燃?xì)鈱?dǎo)管的耐熱性能和壽命有進(jìn)一步提升的潛力。
[0076]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種燃?xì)廨啓C(jī)氣體燃料干式低氮燃燒裝置，其特征在于，該燃燒裝置包括沿圓周向均勻排列的多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的圓管形燃燒單元；每個(gè)所述燃燒單元包括:燃燒室端蓋(14)、燃燒室小機(jī)匣(41)、燃料噴嘴(15)、排氣缸(10)、火焰筒鋼筒(16)、多個(gè)隔熱瓦(18)、頂蓋(17)、空氣導(dǎo)流襯套(19)、燃?xì)鈱?dǎo)管外殼(20)、空氣導(dǎo)管(21)、多個(gè)擾流環(huán)(22)、燃?xì)鈱?dǎo)管內(nèi)殼(23)、燃?xì)獬隹?12)，其中: 所述燃燒室端蓋(14)位于所述燃燒單元的一端，用于作為氣體燃料的入口 ； 所述燃?xì)獬隹?12)位于所述燃燒單元的另一端，并與透平機(jī)的燃?xì)馊肟谙嗤?，用于將氣體燃料與空氣燃燒后產(chǎn)生的燃?xì)廨斎氲剿鐾钙綑C(jī)中； 所述燃燒室端蓋(14)、燃燒室小機(jī)匣(41)、空氣導(dǎo)流襯套(19)、燃?xì)鈱?dǎo)管外殼(20)依次連接，且所述燃燒室小機(jī)匣(41)與排氣缸(10)的一端通過(guò)法蘭連接，所述燃?xì)鈱?dǎo)管外殼(20)與所述燃?xì)獬隹?12)的外周連接； 位于所述燃燒單元內(nèi)部的火焰筒鋼筒(16)與所述燃燒室小機(jī)匣(41)之間形成有第一環(huán)形通道，所述火焰筒鋼筒(16)與空氣導(dǎo)流襯套(19)之間形成有第二環(huán)形通道，所述燃?xì)鈱?dǎo)管外殼(20)與位于燃燒單元內(nèi)部的燃?xì)鈱?dǎo)管內(nèi)殼(23)之間形成有第三環(huán)形通道，上述三個(gè)環(huán)形通道相通； 所述多個(gè)隔熱瓦(18)依次分排吊裝在火焰筒鋼筒(16)的內(nèi)壁面上，與火焰筒鋼筒(16)一同組成火焰筒；所述燃料噴嘴(15)的外表面通過(guò)所述頂蓋(17)與所述火焰筒靠近所述燃燒室端蓋(14)的一端的內(nèi)表面連接；所述火焰筒的另一端與燃?xì)鈱?dǎo)管內(nèi)殼(23)的一端連接，燃?xì)鈱?dǎo)管內(nèi)殼(23)的另一端與所述燃?xì)獬隹?12)連接； 多個(gè)擾流環(huán)(22)固定在所述燃?xì)鈱?dǎo)管內(nèi)殼(23)的外表面上； 所述空氣導(dǎo)管(21) —端固接在所述燃?xì)鈱?dǎo)管外殼(20)上，另一端插接于擾流環(huán)(22)上，并與所述第三環(huán)形通道相通； 所述排氣缸(10)的另一端與壓氣機(jī)(9)的出口相通，所述排氣缸(10)的內(nèi)部空間與空氣導(dǎo)管(21)相通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒裝置，其特征在于，所述燃料噴嘴(15)包括燃料通道和空氣通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃燒裝置，其特征在于，所述燃料通道的一端與所述燃燒室端蓋(14)通過(guò)管道相通，另一端通過(guò)列陣預(yù)混器與火焰筒的入口相通。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃燒裝置，其特征在于，所述空氣通道的一端經(jīng)由所述燃燒室端蓋(14)、燃燒室小機(jī)匣(41)、火焰筒頂蓋(17)圍成的空間與第一環(huán)形通道相通，另一端亦通過(guò)列陣預(yù)混器與火焰筒的入口相通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒裝置，其特征在于，所述燃料噴嘴(15)包括七個(gè)結(jié)構(gòu)相同的燃料噴嘴。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃燒裝置，其特征在于，所述燃料噴嘴都為圓管形。
7.根據(jù)權(quán)利要求 5所述的燃燒裝置，其特征在于，所述七個(gè)燃料噴嘴按照中心一個(gè)、周邊六個(gè)、且外緣相切的方式集束排列。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃燒裝置，其特征在于，所述七個(gè)結(jié)構(gòu)相同的燃料噴嘴的每一個(gè)包括:噴嘴機(jī)匣(31)、中心體(28)、若干排燃料噴射葉片(34)、燃料噴射孔(32)、一排旋流葉片(27)、預(yù)混燃料通道(30)、擴(kuò)散燃料通道(29)、擴(kuò)散燃料噴射孔(25)、清吹空氣通道(33)、清吹空氣噴射孔(26)，其中: 所述中心體(28 )位于所述燃料噴嘴的中心，噴嘴機(jī)匣(31)位于中心體(28 )的外圍，所述噴嘴機(jī)匣(31)與中心體(28)之間形成有環(huán)形通道，所述環(huán)形通道中沿軸向依次設(shè)置有與中心體(28)連接的若干排燃料噴射葉片(34)和一排實(shí)心的旋流葉片(27)，所述環(huán)形通道的其他空間形成所述燃料噴嘴的空氣通道，所述空氣通道與火焰筒內(nèi)部相通； 所述燃料噴射葉片(34)設(shè)置有內(nèi)部通道，所述燃料噴射葉片(34)的表面設(shè)置有燃料噴射孔(32)； 所述中心體(28)的末端設(shè)置有與火焰筒內(nèi)部相通的擴(kuò)散燃料噴射孔(25)和清吹空氣噴射孔(26)； 所述中心體(28)內(nèi)沿徑向并列設(shè)有預(yù)混燃料通道(30)、擴(kuò)散燃料通道(29)和清吹空氣通道(33)； 所述預(yù)混燃料通道(30)與燃料噴射葉片(34)的內(nèi)部通道相通，用于將氣體燃料經(jīng)由位于燃料噴射葉片(34)表面的燃料噴射孔(32)、所述空氣通道進(jìn)入火焰筒內(nèi)部； 所述擴(kuò)散燃料通道(29)通過(guò)所述擴(kuò)散燃料噴射孔(25)將燃料噴入火焰筒內(nèi)部； 所述清吹空氣通道(33)通過(guò)所述清吹空氣噴射孔(26)將清吹空氣噴入火焰筒內(nèi)部，以保護(hù)中心體，避免高溫灼傷。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒裝置，其特征在于，所述燃?xì)鈱?dǎo)管內(nèi)殼(23)和所述燃?xì)鈱?dǎo)管外殼(20)之間焊接有多個(gè)帶有波紋緩沖結(jié)構(gòu)的連接柱。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒裝置，其特征在于，所述隔熱瓦(18)在背離火焰的一側(cè)設(shè)置有若干個(gè)安裝結(jié)(36)和若干擾流柱(37)，所述安裝結(jié)(36)與安裝在其上的浮動(dòng)環(huán) (38)配合，將隔熱瓦(18)柔性地安裝于火焰筒鋼筒(16)的內(nèi)壁面處；隔熱瓦(18)面向火焰的側(cè)表面上涂覆有耐高溫涂層(35 )。
【文檔編號(hào)】F23R3/42GK203586283SQ201320409630
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月10日
【發(fā)明者】李振中, 張宏濤, 王岳, 袁德, 徐楊, 于宗明, 陳曉利 申請(qǐng)人:遼寧省燃燒工程技術(shù)中心（有限公司）