本發(fā)明涉及一種微混燃燒器，具體是一種空氣旋流度可調(diào)節(jié)的微混燃燒器，屬于燃氣輪機。

背景技術(shù)：

1、燃氣輪機是以連續(xù)流動的氣體為工質(zhì)帶動葉輪高速旋轉(zhuǎn)，將燃料的能量轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ膬?nèi)燃式動力機械，是一種旋轉(zhuǎn)葉輪式熱力發(fā)動機，廣泛應(yīng)用于電力工業(yè)、石化工業(yè)、航空航天、船舶、軍事等領(lǐng)域。只有壓氣機、燃燒室和燃氣渦輪這三大部件組成的燃氣輪機循環(huán)，通稱為簡單循環(huán)，大多數(shù)燃氣輪機均采用簡單循環(huán)方案。燃氣輪機的工作原理：壓氣機連續(xù)地從大氣中吸入空氣并將其壓縮；壓縮后的空氣進入燃燒室，通過燃燒裝置與噴入的燃料混合后燃燒成為高溫燃氣，隨即流入燃氣渦輪中膨脹做功，推動渦輪葉輪帶著壓氣機葉輪一起旋轉(zhuǎn)；通過高溫燃氣推動燃氣渦輪做功帶動壓氣機的同時，尚有余功作為燃氣輪機的輸出機械功。燃燒室作為燃氣輪機的核心部件之一，其性能直接決定燃氣輪機的效率和排放水平。開發(fā)具有高燃燒效率和低污染物排放的燃燒技術(shù)成為了當務(wù)之急。

2、微混燃燒技術(shù)作為一種先進的燃燒方式，通過在微小尺度上實現(xiàn)燃料與空氣的混合，可以有效降低氮氧化物nox的排放、并提高燃燒效率。然而，常用的燃料如氫氣、甲烷、丙烷、氨氣等在燃料性質(zhì)方面差異較大，故而導(dǎo)致燃燒過程也存在極大的不同，因此現(xiàn)有技術(shù)中的微混燃燒器往往存在燃料適應(yīng)性差和燃燒穩(wěn)定區(qū)間窄等問題。為滿足微混燃燒器在燃料適應(yīng)性和nox排放等方面的發(fā)展需求，在開發(fā)設(shè)計新型微混燃燒器的過程中，不僅要考慮燃料的多樣化，還要保證寬負荷運行性能，即高燃燒效率、高燃燒穩(wěn)定性和低污染物排放。因此，如何實現(xiàn)燃氣輪機微混燃燒器在多燃料應(yīng)用場景下能夠根據(jù)燃料性質(zhì)差異來調(diào)節(jié)燃燒過程，進而實現(xiàn)維持寬范圍穩(wěn)定燃燒并產(chǎn)生極低的污染物排放，是業(yè)內(nèi)亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種空氣旋流度可調(diào)節(jié)的微混燃燒器，能夠?qū)崿F(xiàn)適用多種燃料的清潔、穩(wěn)定和高效燃燒，可以解決現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)燃氣輪機的燃燒室燃料適應(yīng)性差、穩(wěn)燃范圍窄及nox排放高的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本空氣旋流度可調(diào)節(jié)的微混燃燒器自下而上依次同軸密閉間隔設(shè)有燃料腔、空氣腔和燃燒腔，燃料腔與空氣腔之間通過燃料腔頂板間隔，空氣腔與燃燒腔之間通過頂隔板間隔，空氣腔內(nèi)還設(shè)有中隔板，多個噴嘴組件固定設(shè)置在空氣腔內(nèi)、且多個噴嘴組件相對于空氣腔中心對稱呈環(huán)形多層陣列結(jié)構(gòu)；

3、燃料腔上設(shè)有燃料進氣通道；

4、空氣腔上設(shè)有空氣進氣通道；

5、噴嘴組件包括同軸設(shè)置的空氣導(dǎo)流部件、切向旋流部件、燃料管和混合管；

6、切向旋流部件是內(nèi)部同軸設(shè)有盲孔的盲孔軸套結(jié)構(gòu)、且盲孔的開孔位置位于切向旋流部件的頂端，切向旋流部件的底端與燃料腔頂板密閉固定連接，切向旋流部件的頂端與空氣腔的中隔板密閉固定連接，切向旋流部件的盲孔形成初級混合腔，初級混合腔的外壁上沿其軸向方向均布設(shè)有多組空氣切向旋流結(jié)構(gòu)，每組空氣切向旋流結(jié)構(gòu)包括具有旋流角度的切向旋流通道，切向旋流通道貫穿初級混合腔的外壁，切向旋流通道的外側(cè)端為空氣旋流進氣口、內(nèi)側(cè)端為空氣旋流出氣口，多組空氣切向旋流結(jié)構(gòu)的切向旋流通道的旋流角度不同；

7、整體呈環(huán)套結(jié)構(gòu)的空氣導(dǎo)流部件軸向定位并轉(zhuǎn)動配合套接安裝在切向旋流部件上、且多個空氣導(dǎo)流部件對應(yīng)并正對多組空氣切向旋流結(jié)構(gòu)設(shè)置，空氣導(dǎo)流部件上對應(yīng)切向旋流通道的位置設(shè)有貫穿空氣導(dǎo)流部件的空氣直流通道；

8、燃料管是內(nèi)部同軸設(shè)有盲孔的盲孔軸套結(jié)構(gòu)、且盲孔的開孔位置位于燃料管的底端，燃料管的盲孔形成燃料通道，燃料管的底端貫穿切向旋流部件的底端、并與切向旋流部件密閉固定安裝連接，燃料管的頂端伸出并延伸至切向旋流部件的頂端外部，燃料通道上對應(yīng)切向旋流部件的初級混合腔的位置設(shè)有徑向燃料出氣口；

9、直管結(jié)構(gòu)的混合管的底端與切向旋流部件的初級混合腔頂端密閉固定安裝連接、呈套接在燃料管上的狀態(tài)，混合管的頂端貫穿頂隔板設(shè)置，混合管的內(nèi)表面與燃料管的外表面之間形成混合氣通道。

10、作為本發(fā)明的進一步改進方案，切向旋流部件的每組空氣切向旋流結(jié)構(gòu)的切向旋流通道設(shè)置為多個、且多個切向旋流通道的旋流度相同，多組空氣切向旋流結(jié)構(gòu)的切向旋流通道的旋流度沿初級混合腔的軸向方向自下而上依次增大或依次減小。

11、作為本發(fā)明的進一步改進方案，呈環(huán)形多層陣列結(jié)構(gòu)的多個噴嘴組件，根據(jù)層數(shù)的不同交錯設(shè)置不同的旋流度。

12、作為本發(fā)明的進一步改進方案，呈環(huán)形多層陣列結(jié)構(gòu)的多個噴嘴組件，同一層的多個噴嘴組件交錯設(shè)置不同的旋流度。

13、作為本發(fā)明的進一步改進方案，初級混合腔的內(nèi)表面為正多邊形結(jié)構(gòu)。

14、作為本發(fā)明的進一步改進方案，多組空氣切向旋流結(jié)構(gòu)的切向旋流通道的旋流角度范圍為0°～65°。

15、作為本發(fā)明的進一步改進方案，徑向燃料出氣口的孔徑小于空氣旋流出氣口的孔徑。

16、作為本發(fā)明的進一步改進方案，空氣導(dǎo)流部件與切向旋流部件之間還設(shè)有配合設(shè)置的轉(zhuǎn)動定位結(jié)構(gòu)。

17、作為本發(fā)明的進一步改進方案，徑向燃料出氣口設(shè)置為多個，多個徑向燃料出氣口沿燃料通道的周向方向均布設(shè)置形成徑向燃料出氣組件、且徑向燃料出氣組件沿燃料通道的軸向方向均布設(shè)置為多組。

18、作為本發(fā)明的進一步改進方案，混合管的頂端與燃料管的頂端平齊設(shè)置。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本空氣旋流度可調(diào)節(jié)的微混燃燒器具有以下有益效果：

20、1、在提高燃料適應(yīng)性方面，空氣導(dǎo)流部件與切向旋流部件的聯(lián)合調(diào)節(jié)機制可以實現(xiàn)單支噴嘴不同的旋流度，從而適應(yīng)不同性質(zhì)的燃料。針對燃燒速度極快的氫氣燃料，可以采用零旋流度或者極小的旋流度，以實現(xiàn)抑制回火發(fā)生；對于燃燒速度較慢的氨燃料或者摻氨燃料燃燒時，可以采用較大的旋流度，以減短火焰長度、增強燃燒穩(wěn)定性。

21、2、在提高燃燒穩(wěn)定性方面，多個噴嘴組件相對于空氣腔中心對稱呈環(huán)形多層陣列結(jié)構(gòu)，可根據(jù)不同工況條件，對不同層的噴嘴組件交錯設(shè)置不同的空氣旋流度、或者對同一層的多個噴嘴組件交錯設(shè)置不同的空氣旋流度，以利用不同噴嘴組件的火焰高低不同特征，通過精細調(diào)整火焰高度、使低火焰為高火焰提供高溫煙氣，進而實現(xiàn)大空間內(nèi)多噴嘴組件的分級耦合燃燒，達到強化燃燒穩(wěn)定性以及提高溫度均勻性的目的。

技術(shù)特征：

1.一種空氣旋流度可調(diào)節(jié)的微混燃燒器，自下而上依次同軸密閉間隔設(shè)有燃料腔(1)、空氣腔(2)和燃燒腔，燃料腔(1)與空氣腔(2)之間通過燃料腔頂板間隔，空氣腔(2)與燃燒腔之間通過頂隔板(4)間隔，空氣腔(2)內(nèi)還設(shè)有中隔板，多個噴嘴組件(3)固定設(shè)置在空氣腔(2)內(nèi)、且多個噴嘴組件(3)相對于空氣腔(2)中心對稱呈環(huán)形多層陣列結(jié)構(gòu)；燃料腔(1)上設(shè)有燃料進氣通道(11)；空氣腔(2)上設(shè)有空氣進氣通道(21)；其特征在于，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣旋流度可調(diào)節(jié)的微混燃燒器，其特征在于，切向旋流部件(32)的每組空氣切向旋流結(jié)構(gòu)的切向旋流通道(322)設(shè)置為多個、且多個切向旋流通道(322)的旋流度相同，多組空氣切向旋流結(jié)構(gòu)的切向旋流通道(322)的旋流度沿初級混合腔的軸向方向自下而上依次增大或依次減小。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣旋流度可調(diào)節(jié)的微混燃燒器，其特征在于，呈環(huán)形多層陣列結(jié)構(gòu)的多個噴嘴組件(3)，根據(jù)層數(shù)的不同交錯設(shè)置不同的旋流度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣旋流度可調(diào)節(jié)的微混燃燒器，其特征在于，呈環(huán)形多層陣列結(jié)構(gòu)的多個噴嘴組件(3)，同一層的多個噴嘴組件(3)交錯設(shè)置不同的旋流度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣旋流度可調(diào)節(jié)的微混燃燒器，其特征在于，初級混合腔的內(nèi)表面為正多邊形結(jié)構(gòu)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一權(quán)利要求所述的空氣旋流度可調(diào)節(jié)的微混燃燒器，其特征在于，多組空氣切向旋流結(jié)構(gòu)的切向旋流通道(322)的旋流角度范圍為0°～65°。

7.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一權(quán)利要求所述的空氣旋流度可調(diào)節(jié)的微混燃燒器，其特征在于，徑向燃料出氣口(333)的孔徑小于空氣旋流出氣口(323)的孔徑。

8.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一權(quán)利要求所述的空氣旋流度可調(diào)節(jié)的微混燃燒器，其特征在于，空氣導(dǎo)流部件(31)與切向旋流部件(32)之間還設(shè)有配合設(shè)置的轉(zhuǎn)動定位結(jié)構(gòu)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一權(quán)利要求所述的空氣旋流度可調(diào)節(jié)的微混燃燒器，其特征在于，徑向燃料出氣口(333)設(shè)置為多個，多個徑向燃料出氣口(333)沿燃料通道(332)的周向方向均布設(shè)置形成徑向燃料出氣組件、且徑向燃料出氣組件沿燃料通道(332)的軸向方向均布設(shè)置為多組。

10.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一權(quán)利要求所述的空氣旋流度可調(diào)節(jié)的微混燃燒器，其特征在于，混合管(34)的頂端與燃料管(33)的頂端平齊設(shè)置。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種空氣旋流度可調(diào)節(jié)的微混燃燒器，自下而上依次同軸密閉間隔設(shè)有燃料腔、空氣腔和燃燒腔，多個噴嘴組件固定設(shè)置在空氣腔內(nèi)、且多個噴嘴組件相對于空氣腔中心對稱呈環(huán)形多層陣列結(jié)構(gòu)；噴嘴組件包括同軸設(shè)置的空氣導(dǎo)流部件、切向旋流部件、燃料管和混合管。本發(fā)明通過空氣導(dǎo)流部件與切向旋流部件的聯(lián)合調(diào)節(jié)機制，可以實現(xiàn)單支噴嘴不同的旋流度、從而適應(yīng)不同性質(zhì)的燃料，可根據(jù)不同工況條件對不同層的噴嘴組件交錯設(shè)置不同的空氣旋流度、或者對同一層的多個噴嘴組件交錯設(shè)置不同的空氣旋流度，以實現(xiàn)大空間內(nèi)多噴嘴組件的分級耦合燃燒、達到強化燃燒穩(wěn)定性以及提高溫度均勻性的目的。

技術(shù)研發(fā)人員：楊霄,盛克勤,王夢雨,劉方,楊麗,翟成
受保護的技術(shù)使用者：中國礦業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30