一种燃烧室的头部装置及燃烧室的制作方法

本申请涉及燃气轮机，特别涉及一种燃烧室的头部装置及燃烧室。

背景技术：

1、燃烧污染排放对人类的健康和环境造成越来越严重的危害受到大量关注，并且有关控制污染排放的法律法规和相关政策也日益严格，很多国家对于燃气轮机的nox污染排放问题提出了限制要求。近期提出的碳中和碳达峰国策对现有设备减碳排放提出了新的要求，例如能否使用含氢的无碳燃料也成为燃气轮机的先进性指标之一。含氢燃料性质活泼，相比传统的碳烃燃料具有更高的火焰温度，更快的火焰传播速度和更短的着火延迟时间，导致产生回火和高排放的问题。

2、现有大部分燃气燃烧室针对天然气设计，具体采用双级旋流器产生低速回流区稳定火焰的方式，燃用高活性燃料(含氢气30-40vol％)时并不适用，例如回火、火焰温度高造成设备损坏，而且，现有的双级旋流器的火焰体积较大，在燃用含氢燃料时，会产大体积的高温火焰，造成nox排放量增加。因此，现有的燃气燃烧室通常需要进行大幅度改造以适应燃料变动。

技术实现思路

1、本申请公开了一种燃烧室的头部装置及燃烧室以解决现有燃烧室燃用高活性燃料时存在回火和高排放的问题。

2、为达到上述目的，本申请提供以下技术方案：

3、第一方面，本申请提供一种燃烧室的头部装置，该燃烧室的头部装置包括火焰筒、第一燃料管、第二燃料管和集气腔，其中，火焰筒设有进口和出口，进口和出口之间为火焰室；第一燃料管的轴线与火焰筒的轴线重合，第一燃料管的出料端伸入火焰筒内，出料端的侧壁设有周向均布的多个第一燃料孔；第二燃料管与第一燃料管平行设置，第二燃料管的出料端伸入火焰筒内；集气腔为环绕第一燃料管的环形腔室，集气腔与第二燃料管的出料端连通，集气腔的外周面设有周向均布的多个第二燃料孔；其中，以集气腔的背离第二燃料管的端面为外端面，外端面与火焰筒的轴线方向之间的夹角α为锐角，沿火焰筒的径向，外端面自靠近第一燃料管的端部朝向火焰室的方向延伸；第一燃料孔的轴线方向与火焰筒的径面之间的夹角β1为锐角，且第一燃料孔的轴线方向朝向火焰室；第二燃料孔的轴线方向与火焰筒的径面之间的夹角β2为锐角，且第二燃料孔的轴线方向朝向火焰室。

4、进一步地，夹角α为60°≤α＜90°，夹角β1为0＜β1≤40°，夹角β2为0＜β2≤40°。

5、进一步地，任意两个相邻的第一燃料孔之间的周向距离为l1，第一燃料孔的直径为d1，其中，l1≥10d1。

6、进一步地，任意两个相邻的第二燃料孔之间的周向距离为l2，第二燃料孔的直径为d2，其中，l2≥10d2。

7、进一步地，第一燃料孔的直径为d1为0.6mm≤d1≤1mm；第二燃料孔的直径为d2为0.6mm≤d2≤1mm。

8、进一步地，第二燃料管的数量至少为两个，一个第二燃料管与一个集气腔连通。

9、进一步地，以外端面的靠近第一燃料管的一端为第一端部，以外端面的远离第一燃料管的一端为第二端部；沿火焰筒的轴线方向，第一燃料管的靠近出口的端面超出第一端部，且第二端部超出第一燃料管的靠近出口的端面。

10、进一步地，沿火焰筒的轴线方向，第一端部和第二端部之间的距离为l3，第二燃料孔的直径为d2，其中，5d2≤l3≤30d2。

11、进一步地，还包括第一点火器和第二点火器，第一点火器用于点燃第一燃料孔喷出的燃气；第二点火器用于点燃第二燃料孔喷出的燃气。

12、第二方面，本申请提供一种燃烧室，该燃烧室包括第一方面的燃烧室的头部装置。

13、本申请提供的燃烧室的头部装置，其中，燃料通过第一燃料孔和第二燃料孔进入火焰腔内，即通过至少两条路径通入燃料，以提升变负荷工况的调节能力，可以通过控制不同路径的燃料阀门，从而调控燃料流量以得到更合理的运行曲线，获得更好的出口温度均匀性，no排放、co排放、及燃烧稳定性的综合性能。

14、第一燃料管的出料端的侧壁周向均布多个第一燃料孔，集气腔的外周面周向均布多个第二燃料孔，喷出的燃料与空气混合后形成体积较小的火焰，且第一燃料孔位于第一燃料管的末端，第二燃料孔位于集气腔的外周面，自第一燃料孔和第二燃料孔喷出的燃料与空气混合之后，火焰不能进入第一燃料管或者第二燃料管内，从而抑制回火现象。此外，通过控制第一燃料孔和第二燃料孔的延伸方向，调控燃料的射流深度、以及和空气的射流动量比，从而调控火焰的位置和形状，同时，调控集气腔的外端面的延伸方向，以使气流的流速改变并在外端面的朝向火焰室的一侧形成回流区，自燃料孔喷出的燃料与空气混合之后的混合气体在回流区的作用下，在相邻的两个回流区之间的剪切层位置形成稳定的小体积的火焰，有助于降低nox排放。

技术特征：

1.一种燃烧室的头部装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的燃烧室的头部装置，其特征在于，所述夹角α为60°≤α＜90°，所述夹角β1为0＜β1≤40°，所述夹角β2为0＜β2≤40°。

3.根据权利要求1所述的燃烧室的头部装置，其特征在于，任意两个相邻的所述第一燃料孔之间的周向距离为l1，所述第一燃料孔的直径为d1，其中，l1≥10d1。

4.根据权利要求1所述的燃烧室的头部装置，其特征在于，任意两个相邻的所述第二燃料孔之间的周向距离为l2，所述第二燃料孔的直径为d2，其中，l2≥10d2。

5.根据权利要求3或4所述的燃烧室的头部装置，其特征在于，所述第一燃料孔的直径为d1为0.6mm≤d1≤1mm；所述第二燃料孔的直径为d2为0.6mm≤d2≤1mm。

6.根据权利要求5所述的燃烧室的头部装置，其特征在于，所述第二燃料管的数量至少为两个，一个所述第二燃料管与一个所述集气腔连通。

7.根据权利要求5所述的燃烧室的头部装置，其特征在于，以所述外端面的靠近所述第一燃料管的一端为第一端部，以所述外端面的远离所述第一燃料管的一端为第二端部；

8.根据权利要求7所述的燃烧室的头部装置，其特征在于，沿所述火焰筒的轴线方向，所述第一端部和所述第二端部之间的距离为l3，所述第二燃料孔的直径为d2，其中，5d2≤l3≤30d2。

9.根据权利要求7所述的燃烧室的头部装置，其特征在于，还包括第一点火器和第二点火器，所述第一点火器用于点燃所述第一燃料孔喷出的燃气；所述第二点火器用于点燃所述第二燃料孔喷出的燃气。

10.一种燃烧室，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的燃烧室的头部装置。

技术总结本申请涉及燃气轮机技术领域，特别涉及一种燃烧室的头部装置及燃烧室。该头部装置包括火焰筒、第一燃料管、第二燃料管和集气腔，其中，火焰筒设有进口和出口，进口和出口之间为火焰室；第一燃料管的轴线与火焰筒的轴线重合，第一燃料管的出料端伸入火焰筒内，出料端的侧壁设有周向均布的多个第一燃料孔；第二燃料管与第一燃料管平行设置且出料端伸入火焰筒内；集气腔为环绕第一燃料管的环形腔室，集气腔与第二燃料管的出料端连通，集气腔的外周面设有周向均布的多个第二燃料孔；其中，以集气腔的背离第二燃料管的端面为外端面，外端面与火焰筒的轴线方向之间的夹角α为锐角，沿火焰筒的径向，外端面自靠近第一燃料管的端部朝向火焰室的方向延伸。技术研发人员：钟猷兰,李耀强,费元庆,张洪,胡桃桃,梁银林,孙炎光受保护的技术使用者：新奥能源动力科技（上海）有限公司技术研发日：20230904技术公布日：2024/4/17