一种低污染排放燃烧室的头部结构、燃烧室及燃气轮机的制作方法

本发明涉及燃气轮机，具体涉及一种低污染排放燃烧室的头部结构、燃烧室及燃气轮机。

背景技术：

1、燃气轮机污染物排放的源头来自燃烧室，因此发展低污染燃烧技术是降低燃气轮机污染排放的关键。燃烧室的主要污染物包括氮氧化物、一氧化碳和未燃碳氢，其中最重要的是减少氮氧化物的生成量。在燃烧室中，热力型氮氧化物生成机理起到主导作用，因此降低燃烧区燃烧温度是降低氮氧化物生成量的有效手段之一。

2、贫燃预混燃烧技术可有效降低燃烧区燃烧温度，从而减少氮氧化物的生成量。先进低排放燃烧室的降低污染排放的能力，在很大程度上要归功于先进头部组织燃烧的技术设计。针对贫燃低排放燃烧室，由于空气分区燃油分级燃烧的需要，大部分先进的低排放燃烧室喷嘴主要由值班级喷嘴(离心式)和主燃级(直射式)喷嘴组成。针对贫油燃烧技术，国外研究者们提出了贫油预混预蒸发燃烧技术，并对其开展了广泛研究，该技术可有效控制主燃区燃烧温度，在降低氮氧化物方面具有很大的潜力。

3、随着我国燃气轮机国产化逐渐发展，我国已经开始进行dle燃烧室基础研究工作，在国产燃机cgt25-d燃气轮机上应用了干式低排放燃烧室设计，虽然与国外存在一定差距，但是各项技术已经相对成熟，具备自主开发改造现有燃机燃烧室的能力。

4、从国内外开展低排放燃烧室发展的经历来看，贫燃预混技术已经成为干式低排放燃烧室的主流技术。同时，低排放燃烧室不是传统扩散燃烧室的简单改进，而是针对应用环境的全新设计，涉及气动、结构、控制等多方面的因素，需要解决燃烧振荡、污染、熄火、回火等多方面的问题，并没有公开的成熟经验可以借鉴。这使得低排放燃烧室的设计者面临更多的挑战，不仅要熟悉燃烧室本身的技术，还要了解燃气轮机总体、部件以及控制等方面的知识。只有将低排放燃烧室的设计融入到燃气轮机整体的系统中考虑，才能设计出满足要求的燃烧室。

技术实现思路

1、本发明提供一种低污染排放燃烧室的头部结构、燃烧室及燃气轮机，旨在解决现有技术中的问题。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、一种低污染排放燃烧室的头部结构，包括预燃级装置和主燃级装置，所述主燃级装置包括主燃级外壳和主燃级内壳，所述主燃级内壳同轴固定套设在所述预燃级装置外，所述主燃级外壳同轴固定套设在所述主燃级内壳外，所述主燃级内壳将所述主燃级外壳与所述预燃级装置之间的区域由内至外分隔成一级喷嘴和二级喷嘴。

4、本发明的有益效果是：本发明采用中心分级贫燃预混的燃烧模式，即预燃级在中心，一级主燃级与预燃级共轴在其外围，二级主燃级与一级主燃级共轴在其外围；预燃级采用扩散燃烧的组织方式，用于保证起动、贫燃稳定燃烧边界及小工况的燃烧效率等燃烧性能，大工况下，起辅助燃烧和为主燃级提供稳定的点火源的作用；两级主燃级的燃烧均是贫燃预混燃烧的模式，用于满足大工况下的nox排放及温度场分布的要求。

5、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

6、进一步，所述主燃级外壳和/或所述主燃级内壳分别呈圆筒状结构，且其两端均敞口。

7、采用上述进一步方案的有益效果是主燃级外壳和主燃级内壳的形状设计合理，整齐美观。

8、进一步，所述一级喷嘴呈环状结构，其内固定安装有一级旋流器。

9、采用上述进一步方案的有益效果是结构简单，设计合理，一级喷嘴方便燃气流通，一级旋流器用于将燃气混合均匀，燃烧更加充分。

10、进一步，所述二级喷嘴呈环状结构，其内固定安装有二级旋流器。

11、采用上述进一步方案的有益效果是结构简单，设计合理，二级喷嘴方便燃气流通，二级旋流器用于将燃气混合均匀，燃烧更加充分。

12、进一步，所述预燃级装置包括预燃级管和预燃级旋流器，所述预燃级管同轴分布在所述主燃级内壳内，其两端均敞口，且内部空间形成预燃级气腔；所述预燃级旋流器安装在所述预燃级气腔内。

13、采用上述进一步方案的有益效果是结构简单，设计合理，预燃级管方便燃气流通，预燃级旋流器用于将燃气混合均匀，燃烧更加充分。

14、进一步，所述预燃级装置还包括预燃级喷嘴，所述预燃级喷嘴同轴固定安装在所述预燃级管内，其上均匀间隔分布有多个贯穿的喷孔；所述预燃级旋流器位于所述预燃级喷嘴与所述预燃级管之间。

15、采用上述进一步方案的有益效果是结构简单，设计合理，预燃级喷嘴可将利用自身设计的多个喷孔将燃气送至预燃级管内的各个部位。

16、进一步，还包括三根燃气进气杆，三根所述燃气进气杆的两端均敞口，其一端分别与所述预燃级喷嘴的进气端以及所述一级喷嘴和所述二级喷嘴的进气端连通。

17、采用上述进一步方案的有益效果是结构简单，设计合理，通过三根燃气进气杆分别将燃气送至预燃级喷嘴、一级喷嘴和二级喷嘴内。

18、进一步，还包括燃烧腔，所述燃烧腔的一端与所述主燃级外壳的出气端连通，且所述燃烧腔的一端内壁上固定安装有防震环。

19、采用上述进一步方案的有益效果是预燃级喷嘴、一级主燃级机构和二级主燃级机构内的燃气最后均送入燃烧腔内进行燃烧，燃烧方便。

20、本发明还涉及一种燃烧室，包括如上所述的低污染排放燃烧室的头部结构。

21、采用上述进一步方案的有益效果是本发明还提供一种燃烧室，该燃烧室采用中心分级贫燃预混的燃烧模式，即预燃级在中心，一级主燃级与预燃级共轴在其外围，二级主燃级与一级主燃级共轴在其外围；预燃级采用扩散燃烧的组织方式，用于保证起动、贫燃稳定燃烧边界及小工况的燃烧效率等燃烧性能，大工况下，起辅助燃烧和为主燃级提供稳定的点火源的作用；两级主燃级的燃烧均是贫燃预混燃烧的模式，用于满足大工况下的nox排放及温度场分布的要求。

22、本发明还涉及一种燃气轮机，包括如上所述的燃烧室。

23、采用上述进一步方案的有益效果是本发明还提供一种燃气轮机，该燃气轮机采用中心分级贫燃预混的燃烧模式，即预燃级在中心，一级主燃级与预燃级共轴在其外围，二级主燃级与一级主燃级共轴在其外围；预燃级采用扩散燃烧的组织方式，用于保证起动、贫燃稳定燃烧边界及小工况的燃烧效率等燃烧性能，大工况下，起辅助燃烧和为主燃级提供稳定的点火源的作用；两级主燃级的燃烧均是贫燃预混燃烧的模式，用于满足大工况下的nox排放及温度场分布的要求。

技术特征：

1.一种低污染排放燃烧室的头部结构，其特征在于：包括预燃级装置和主燃级装置，所述主燃级装置包括主燃级外壳(1)和主燃级内壳(3)，所述主燃级内壳(3)同轴固定套设在所述预燃级装置外，所述主燃级外壳(1)同轴固定套设在所述主燃级内壳(3)外，所述主燃级内壳(3)将所述主燃级外壳(1)与所述预燃级装置之间的区域由内至外分隔成一级喷嘴(4)和二级喷嘴(2)。

2.根据权利要求1所述的低污染排放燃烧室的头部结构，其特征在于：所述主燃级外壳(1)和/或所述主燃级内壳(3)分别呈圆筒状结构，且其两端均敞口。

3.根据权利要求2所述的低污染排放燃烧室的头部结构，其特征在于：所述一级喷嘴(4)呈环状结构，其内固定安装有一级旋流器(10)。

4.根据权利要求2所述的低污染排放燃烧室的头部结构，其特征在于：所述二级喷嘴(2)呈环状结构，其内固定安装有二级旋流器(11)。

5.根据权利要求2-4任一项所述的低污染排放燃烧室的头部结构，其特征在于：所述预燃级装置包括预燃级管(5)和预燃级旋流器(9)，所述预燃级管(5)同轴分布在所述主燃级内壳(3)内，其两端均敞口，且内部空间形成预燃级气腔(6)；所述预燃级旋流器(9)安装在所述预燃级气腔(6)内。

6.根据权利要求5所述的低污染排放燃烧室的头部结构，其特征在于：所述预燃级装置还包括预燃级喷嘴(7)，所述预燃级喷嘴(7)同轴固定安装在所述预燃级管(5)内，其上均匀间隔分布有多个贯穿的喷孔；所述预燃级旋流器(9)位于所述预燃级喷嘴(7)与所述预燃级管(5)之间。

7.根据权利要求6所述的低污染排放燃烧室的头部结构，其特征在于：还包括三根燃气进气杆(12)，三根所述燃气进气杆(12)的两端均敞口，其一端分别与所述预燃级喷嘴(7)的进气端以及所述一级喷嘴(4)和所述二级喷嘴(2)的进气端连通。

8.根据权利要求1-4任一项所述的低污染排放燃烧室的头部结构，其特征在于：还包括燃烧腔(13)，所述燃烧腔(13)的一端与所述主燃级外壳(1)的出气端连通，且所述燃烧腔(13)的一端内壁上固定安装有防震环(8)。

9.一种燃烧室，其特征在于：包括如权利要求1-8任一项所述的低污染排放燃烧室的头部结构。

10.一种燃气轮机，其特征在于：包括如权利要求9所述的燃烧室。

技术总结本发明涉及一种低污染排放燃烧室的头部结构、燃烧室及燃气轮机，该头部结构包括预燃级装置和主燃级装置，主燃级装置包括主燃级外壳和主燃级内壳，主燃级外壳、主燃级内壳及预燃级装置由外至内依次同轴分布。本发明的有益效果是采用中心分级贫燃预混的燃烧模式，即预燃级在中心，一级主燃级与预燃级共轴在其外围，二级主燃级与一级主燃级共轴在其外围；预燃级采用扩散燃烧的组织方式，用于保证起动、贫燃稳定燃烧边界及小工况的燃烧效率等燃烧性能，大工况下，起辅助燃烧和为主燃级提供稳定的点火源的作用；两级主燃级的燃烧均是贫燃预混燃烧的模式，用于满足大工况下的NOx排放及温度场分布的要求。技术研发人员：朱喜平,谷思宇,赵洪亮,王世龙,贾超受保护的技术使用者：国家石油天然气管网集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/4/7