燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室頭部結(jié)構(gòu)及其燃燒組織方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室頭部結(jié)構(gòu)及其燃燒組織方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對于工業(yè)重型燃?xì)廨啓C(jī)而言，數(shù)十年間發(fā)展目標(biāo)始終為更高的燃燒室出口平均溫度(標(biāo)定燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)等級)以及更低污染物排放；上述技術(shù)指標(biāo)與燃燒室緊密相關(guān)且自身互相矛盾，更高的燃燒室出口平均溫度意味著更多燃料參與燃燒過程，燃燒室內(nèi)平均溫度更高，而作為燃燒室主要污染物的氮氧化物與燃燒室內(nèi)部熱力過程密切相關(guān)。燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的基本功能為在有限空間內(nèi)高強(qiáng)度的通過組織燃料與空氣流動并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將燃料中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為燃?xì)庵袩崮軓亩苿油钙阶龉?。其核心為湍流混合過程與化學(xué)反應(yīng)動力過程的交互作用?，F(xiàn)有燃燒室采用旋流預(yù)混結(jié)構(gòu)，隨著燃燒室平均出口溫度的進(jìn)一步升高，該種燃燒室頭部結(jié)構(gòu)對于控制燃燒室氮氧化物排放作用有限。比較國際上20世紀(jì)90年代與現(xiàn)在最新的燃燒室產(chǎn)品可知，其出口平均溫度增加約200°C，雖然燃燒室經(jīng)過一系列優(yōu)化與改進(jìn)，然而其氮氧化物的排放水平持平甚至略有升高，這說明了目前燃燒室設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)針對未來更高參數(shù)燃燒室時，其潛力有限，面臨著不能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)險。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003](一 )要解決的技術(shù)問題
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室頭部結(jié)構(gòu)及其燃燒組織方法，解決現(xiàn)有技術(shù)的燃燒室氮氧化物超標(biāo)，不適用于更高參數(shù)燃燒室的技術(shù)問題。
[0005]( 二)技術(shù)方案
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室頭部結(jié)構(gòu)，包括頭部端板、中心旋流噴嘴模塊、多個高速射流噴嘴模塊和多個低速射流噴嘴模塊，所述中心旋流噴嘴模塊安裝在所述頭部端板上；多個所述高速射流噴嘴模塊和多個所述低速射流噴嘴模塊安裝在所述中心旋流噴嘴模塊的周圍，形成一個內(nèi)噴嘴圈和一個外噴嘴圈。
[0007]其中，多個所述高速射流噴嘴模塊均勻排列形成所述外噴嘴圈；多個所述低速射流噴嘴模塊均勻排列形成所述內(nèi)噴嘴圈。
[0008]其中，所述內(nèi)噴嘴圈和外噴嘴圈均由多個所述高速射流噴嘴模塊和多個所述低速射流噴嘴模塊交錯均勻排列而成。
[0009]其中，每個所述高速射流噴嘴模塊包括高速射流筒和高速射流燃料管，所述高速射流筒的后端與所述高速射流燃料管連接，所述高速射流筒的前端設(shè)有第一出口擋板，所述高速射流筒中設(shè)有第一入口擋板；所述第一入口擋板將所述高速射流筒分成第一前腔室和第一后腔室；所述第一出口擋板設(shè)有第一燃料噴射孔和第一空氣噴射孔；所述第一燃料噴射孔通過第一小燃料管與第一后腔室連通；所述第一前腔室的側(cè)壁設(shè)有第一空氣入口 ；
[0010]每個所述低速射流噴嘴模塊包括低速射流筒和低速射流燃料管，所述低速射流筒的后端與所述低速射流燃料管連接；所述低速射流筒的前端設(shè)有第二出口擋板，所述低速射流筒中設(shè)有第二入口擋板；所述第二入口擋板將所述低速射流筒分成第二前腔室和第二后腔室；所述第二出口擋板設(shè)有第二燃料噴射孔和第二空氣噴射孔；所述第二燃料噴射孔通過第二小燃料管與第二后腔室連通；所述第二前腔室的側(cè)壁設(shè)有第二空氣入口 ；
[0011 ] 所述第一空氣入口的總面積大于第二空氣入口的總面積。
[0012]其中，所述高速射流噴嘴模塊的平均當(dāng)量比為0.3?0.6 ;所述低速射流噴嘴模塊的平均當(dāng)量比為0.5?1.0。
[0013]其中，所述高速射流筒的內(nèi)徑和低速射流筒的內(nèi)徑均為4?12cm ;所述第一燃料噴射孔和第一空氣噴射孔的直徑均為I?1.5mm ;所述第二燃料噴射孔和第二空氣噴射孔的直徑均為2?3mm。
[0014]其中，所述高速射流噴嘴模塊的平均當(dāng)量比為0.45?0.55，所述低速射流噴嘴模塊的平均當(dāng)量比為0.65?0.75。
[0015]其中，所述中心旋流噴嘴模塊包括中心旋流筒、中心旋流燃料管和多個旋流葉片，所述中心旋流燃料管設(shè)置在所述中心旋流筒的中心；多個所述旋流葉片安裝在所述中心旋流燃料管與中心旋流筒的內(nèi)壁之間；每個所述旋流葉片設(shè)有多個旋流燃?xì)鈬娍?，所述旋流燃?xì)鈬娍着c中心旋流燃料管連通。
[0016]其中，所述中心旋流燃料管的前端設(shè)有堵頭，其后端設(shè)有燃料接頭；所述燃料接頭設(shè)有第一旋流供氣孔和第二旋流供氣孔；所述第一旋流供氣孔與中心旋流燃料管連通；所述堵頭上設(shè)有堵頭噴孔，所述堵頭噴孔通過中心內(nèi)部空氣管與第二旋流供氣孔連通。
[0017]本發(fā)明還提供一種使用上述所述的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室頭部結(jié)構(gòu)的燃燒組織方法，其特征在于，向中心旋流噴嘴模塊通入燃料，建立旋流穩(wěn)定火焰；向高速射流噴嘴模塊和低速射流噴嘴模塊通入燃料，建立渦結(jié)構(gòu)穩(wěn)定火焰；控制高速射流噴嘴模塊的平均速度為250?350m/s，控制低速射流噴組模塊的平均速度為100?150m/s。
[0018](三)有益效果
[0019]本發(fā)明提供的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室頭部結(jié)構(gòu)及其燃燒組織方法，采用多個高速射流噴嘴和低速射流噴嘴模塊，在噴嘴模塊間通過剪切作用形成穩(wěn)定的回流區(qū)進(jìn)而形成火焰穩(wěn)定區(qū)/點(diǎn)火區(qū)；燃料空氣高速射流進(jìn)入反應(yīng)區(qū)，在反應(yīng)區(qū)完成摻混燃燒，高速射流區(qū)域會卷吸已燃煙氣至低速射流區(qū)域，從而利用高速射流區(qū)域的煙氣(惰性物質(zhì))對低速區(qū)進(jìn)行稀釋，形成局部不斷“熄滅-再燃”的分布式火焰，在更高出口平均溫度下降低火焰峰值溫度，從而控制燃燒室的污染物排放。除此之外，燃料噴射與空氣噴射在每個噴嘴模塊中分開，燃燒區(qū)遠(yuǎn)離頭部罩帽區(qū)域，節(jié)省了頭部罩帽部分的冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，節(jié)約冷卻面積，保證更多空氣可以參與燃燒，滿足更高等級燃燒室需求。燃料噴射與空氣噴射在每個噴嘴模塊中分開，在噴嘴模塊下游需要一定的區(qū)域進(jìn)行摻混，減小回火發(fā)生的可能性。本發(fā)明屬于極弱旋流燃燒室設(shè)計(jì)，只有中間旋流噴嘴模塊的火焰有旋流，周圍噴嘴模塊完全沒有旋流，對透平冷卻設(shè)計(jì)負(fù)荷較小，有利于透平工作在更高參數(shù)下。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室頭部結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室頭部結(jié)構(gòu)的前端面結(jié)構(gòu)示意圖及燃燒示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室頭部結(jié)構(gòu)的高速射流噴嘴模塊立體結(jié)構(gòu)圖；
[0023]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室頭部結(jié)構(gòu)的高速射流噴嘴模塊剖視圖；
[0024]圖5為本發(fā)明實(shí)施例1燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室頭部結(jié)構(gòu)的低速射流噴嘴模塊剖視圖；
[0025]圖6為本發(fā)明實(shí)施例1燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室頭部結(jié)構(gòu)的中心旋流噴嘴模塊剖視圖；
[0026]圖7為本發(fā)明實(shí)施例2燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室頭部結(jié)構(gòu)的前端面結(jié)構(gòu)示意圖及燃燒示意圖。
[0027]圖中，1:頭部端板；10:中心旋流噴嘴模塊；11:高速射流噴嘴模塊；12:低速射流噴嘴模塊；100:中心旋流筒；101:中心旋流燃料管；102:旋流葉片；103:旋流燃料噴孔；104:燃料接頭；105:第一旋流供氣孔；106:第二旋流供氣孔；107:堵頭；108:堵頭噴孔；109:中心內(nèi)部空氣管；110:高速射流筒；111:第一空氣入口 ；112:高速射流燃料管；113:第一入口擋板；114:第一小燃料管道；115:第一出口擋板；116:第一燃料噴射孔；117