[发明专利]一种基于文丘里预混双旋喷嘴的多点直喷燃烧室

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用单管形式的微型燃气轮机燃烧室技术，特别涉及一种基于文丘里预混双旋喷嘴的多点直喷燃烧室。

背景技术

单管燃烧室由于刚性好、装拆维护方便等优点，通常在微型燃气轮机燃烧室设计中得以应用。美国著名的Honeywell公司推出的75kW微型燃气轮机燃油燃烧室即采用了单管形式。

燃气轮机燃烧室主要发展趋势是低污染燃烧。新发展的燃气轮机燃烧室必须满足日益严格的污染物排放标准。

燃气轮机燃烧室污染排放物主要为氮氧化物(NO_x)、一氧化碳(CO)、未燃碳氢(UHC)和冒烟(Soot)。目前技术条件下冒烟问题已得到很好解决，余下三大排气污染物可分为两类：

一类是由于高的火焰温度而产生的污染物-NO_x，一类是由于低的火焰温度而产生的污染物-CO和UHC。根据污染物产生的机理以及实验结果可知：燃烧室燃烧区当量比在很小的一个范围(0.6～0.8)内，上述两类污染物排放才达到最小。

对于常规微型单管燃油燃烧室来说，通常采用中心单喷嘴结构，这种结构进行的是液雾扩散燃烧方式，燃烧区当量比总是在1附近，远超过上述低污染燃烧所需当量比的范围要求，这样虽然CO和UHC排放较小，但NO_x排放量则非常大，因此无法满足污染物排放要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于文丘里预混双旋喷嘴的多点直喷燃烧室，以改进公知技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供的基于文丘里预混双旋喷嘴的多点直喷燃烧室，所述燃烧室为单管结构，燃烧室的火焰筒外包覆有隔热罩，隔热罩与火焰筒之间形成一环腔；其中：

所述燃烧室的头部由位于外圈的主燃级和位于中心的预燃级组成；

主燃级由多个主燃级喷嘴构成，所述的主燃级喷嘴绕火焰筒轴向中心线周向均匀布置，安装在燃烧室的头部端壁中；

主燃级喷嘴采用基于文丘里预混的中心喷雾，为外圈双级旋流的结构，其包括油嘴、轴向空气旋流器和文丘里预混段三部分，其中轴向空气旋流器为双级旋流结构；油嘴、轴向空气旋流器和文丘里预混段三者同轴心，轴向空气旋流器与文丘里预混段相连，油嘴安装在轴向空气旋流器中心，且油嘴出口端面布置在文丘里预混段的喉部处；

所述预燃级由单个预燃级喷嘴构成，安装在燃烧室的头部端壁中，且与主燃级同轴心；

主燃级和预燃级所需燃油由供油装置分配提供。

所述基于文丘里预混双旋喷嘴的多点直喷燃烧室，其中，所述主燃级喷嘴的个数大于或等于3。

所述基于文丘里预混双旋喷嘴的多点直喷燃烧室，其中，所述油嘴为压力雾化结构、气动雾化结构或组合式结构。

所述基于文丘里预混双旋喷嘴的多点直喷燃烧室，其中，所述轴向空气旋流器为叶片式双级反旋结构、叶片式双级同旋结构、斜切孔式双级反旋结构、斜切孔式双级同旋结构或组合式双级旋流结构。

所述基于文丘里预混双旋喷嘴的多点直喷燃烧室，其中，预燃级喷嘴与主燃级喷嘴结构相同或为其它常规扩散燃烧结构。

所述基于文丘里预混双旋喷嘴的多点直喷燃烧室，其中，所述主燃级与预燃级沿轴向间的距离x与径向间的距离y之间的关系是：x＜y。

所述基于文丘里预混双旋喷嘴的多点直喷燃烧室，其中，所述供油装置为套管结构，其内管为预燃级供油通道，外管为主燃级供油通道。

所述基于文丘里预混双旋喷嘴的多点直喷燃烧室，其中，所述主燃级供油通道连接均分进油管，并通过燃油分配环连接均分出油管，均分进油管和均分出油管与燃油分配环连接时采用相间均匀布置。

所述基于文丘里预混双旋喷嘴的多点直喷燃烧室，其中，所述火焰筒的冷却方式为气膜冷却、发散冷却或复合冷却方式。

本发明与现有技术相比的优点如下：

1)本发明采用多点喷射技术，使燃油与空气分别在燃烧区横截面上均匀分布，加速燃烧区上油气的混合，从而有效降低了燃烧室污染物的排放。

2)本发明采用燃油分级燃烧技术，通过控制主燃级和预燃级的燃油流量，以保证满足不同负荷下燃气轮机的污染物排放要求。

3)本发明单元喷嘴采用基于文丘里预混的双级旋流结构，该结构有助于雾化燃油和加强油气混合的作用，有利于减少污染物的产生。

4)本发明的燃烧室燃烧用气量全部由头部供入，火焰筒上只有必要的冷却孔和掺混孔，在增加燃烧室功效的同时简化了燃烧室的结构。

附图说明

图1是本发明的燃烧室剖视图；