一种侧向进气的低氮氢燃烧室结构的制作方法

本技术涉及燃烧室，尤其是一种侧向进气的低氮氢燃烧室结构。

背景技术：

1、氢气作为一种新型绿色能源，其与氧气的反应产物为水或水蒸气，具有宽适燃、高热值和零碳排放的优势，是非常具有发展潜力的燃料，尤其是在航空发动机及地面燃气轮机领域。氢气具有密度低、可燃边界宽、燃烧速度快、火焰温度高的特点。传统燃气轮机燃烧室常采用旋流稳焰燃烧组织方式，所有燃料均由放置在火焰筒头部的燃料喷嘴一次性供入，助燃空气则分别从头部、主燃孔、掺混孔进入火焰筒补充燃烧。如此燃烧组织方式，会导致燃烧区燃烧温度高、高温区域面积大等问题。若在此种燃烧室中直接燃烧氢气，将会高氮氧化物排放的问题。因此，采用传统旋流稳焰、空气沿燃烧室轴向分阶段助燃的燃烧室不再适用于氢气燃烧。应该采用旋流稳焰、空气和燃料预混气分成小股、分阶段燃烧的方式组织燃烧，可在保证头部火焰源头稳定的同时，降低燃烧室燃烧温度、减少高温区域面积。

2、传统低污染排放燃烧室无法实现氢气安全、稳定、低氮燃烧。对于传统燃烧室，所有燃料均由放置在火焰筒头部的燃料喷嘴一次性供入，无论采取扩散燃烧、预混燃烧还是扩散预混组合燃烧方式，都会导致火焰中当量比高，出现大范围高温区，使得氮氧化物排放高。

技术实现思路

1、本申请针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种侧向进气的低氮氢燃烧室结构，采用旋流稳焰、可燃预混气沿燃烧室轴向分阶段燃烧的方式组织燃烧，提供安全、稳定的头部火焰源头，降低火焰筒头部燃烧当量比，可对沿火焰筒轴线进入的可燃预混气当量比进行精确控制，从而控制火焰筒内的温度分布，降低燃烧温度，减少高温区区域，进而降低氮氧化物排放；同时，采用侧向进气的结构形式会形成近同轴向的点火火焰和预混火焰，该火焰组合结构有利于减少火焰垂直于轴向的振动，进而减少燃烧室由于热声振造成的破坏。

2、本实用新型所采用的技术方案如下：

3、一种侧向进气的低氮氢燃烧室结构，包括火焰筒，所述火焰筒包括首尾相连成一体的点火段和混合燃烧段，所述点火段段背向混合燃烧段一端中心位置设置点火组件，所述点火组件能够在火焰筒头部形成稳定的点火火焰；所述混合燃烧段直径大于点火段直径，混合燃烧段面向点火段一端侧面连接预混管组件，预混管组件的出气端和混合燃烧段内腔连通；所述预混管组件和混合燃烧段相互平行设置，预混管组件环绕贴附设置在混合燃烧段外圆周表面。

4、进一步的，火焰筒为长筒形结构。

5、进一步的，点火组件包括旋流器和位于旋流器中心位置的燃料喷嘴，旋流器能够将外部空气引入点火筒段，旋流器具有切向气流通道，能够为空气引入切向速度，燃料喷嘴能够将氢气流引入点火段内。

6、进一步的，点火组件的出气端设置点火扩散段，点火扩散段的横截面积从前往后由小变大。

7、进一步的，预混管组件包括多个预混管环形结构，多个预混管环形结构在混合燃烧段圆周端面上沿着径向等距分布，每个预混管环形结构包括多个预混管，多个预混管沿着混合燃烧段圆周方向均匀分布。

8、进一步的，点火段面向混合燃烧段一端设置第一收缩段，第一收缩段的横截面积从前往后由大变小。

9、进一步的，混合燃烧段面向点火段一端设置侧向进气段，侧向进气段为圆锥台结构，侧向进气段外表面设置多个侧向进气孔，多个侧向进气孔和预混管组件的多个预混管一一对应连接。

10、进一步的，混合燃烧段背向点火段一端设置收缩段，收缩段的横截面积从左到右由大变小，收缩段背向合燃烧段一端设置燃烧段。

11、本实用新型的有益效果如下：

12、本实用新型采用旋流稳焰、可燃预混气沿燃烧室轴向分阶段燃烧的方式组织燃烧，提供安全、稳定的头部火焰源头，降低火焰筒头部燃烧当量比，可对沿火焰筒轴线进入的可燃预混气当量比进行精确控制，从而控制火焰筒内的温度分布，降低燃烧温度，减少高温区区域，进而降低氮氧化物排放；本实用新型的侧向进气结构形式会形成近同轴向的点火火焰和预混火焰，该火焰组合结构有利于减少火焰垂直于轴向的振动，进而减少燃烧室由于热声振造成的破坏；预混管组件环绕贴附设置在混合燃烧段外圆周表面，如此设置的结构更紧凑，更节省空间，在相同安装空间下，可以大大增加预混管组件的长度，而预混管组件越长，预混管组件内空气和氢气的预混效果越好，在结构上更加适用于工程实际应用。

技术特征：

1.一种侧向进气的低氮氢燃烧室结构，包括火焰筒（100），其特征在于：所述火焰筒（100）包括首尾相连成一体的点火段（110）和混合燃烧段（120），所述点火段（110）背向混合燃烧段（120）一端中心位置设置点火组件（200），所述点火组件（200）能够在火焰筒（100）头部形成稳定的点火火焰；所述混合燃烧段（120）直径大于点火段（110）直径，混合燃烧段（120）面向点火段（110）一端侧面连接预混管组件（300），预混管组件（300）的出气端和混合燃烧段（120）内腔连通；所述预混管组件（300）和混合燃烧段（120）相互平行设置，预混管组件（300）环绕贴附设置在混合燃烧段（120）外圆周表面。

2.如权利要求1所述的一种侧向进气的低氮氢燃烧室结构，其特征在于：所述火焰筒（100）为长筒形结构。

3.如权利要求2所述的一种侧向进气的低氮氢燃烧室结构，其特征在于：所述点火组件（200）包括旋流器和位于旋流器中心位置的燃料喷嘴，旋流器能够将外部空气引入点火筒段（110），旋流器具有切向气流通道，能够为空气引入切向速度，燃料喷嘴能够将氢气流引入点火段（110）内。

4.如权利要求3所述的一种侧向进气的低氮氢燃烧室结构，其特征在于：所述点火组件（200）的出气端设置点火扩散段（210），点火扩散段（210）的横截面积从前往后由小变大。

5.如权利要求4所述的一种侧向进气的低氮氢燃烧室结构，其特征在于：所述预混管组件（300）包括多个预混管环形结构，多个预混管环形结构在混合燃烧段（120）圆周端面上沿着径向等距分布，每个预混管环形结构包括多个预混管（310），多个预混管（310）沿着混合燃烧段（120）圆周方向均匀分布。

6.如权利要求5所述的一种侧向进气的低氮氢燃烧室结构，其特征在于：所述点火段（110）面向混合燃烧段（120）一端设置第一收缩段（111），第一收缩段（111）的横截面积从前往后由大变小。

7.如权利要求6所述的一种侧向进气的低氮氢燃烧室结构，其特征在于：所述混合燃烧段（120）面向点火段（110）一端设置侧向进气段（121），侧向进气段（121）为圆锥台结构，侧向进气段（121）外表面设置多个侧向进气孔（124），多个侧向进气孔（124）和预混管组件（300）的多个预混管（310）一一对应连接。

8.如权利要求7所述的一种侧向进气的低氮氢燃烧室结构，其特征在于：所述混合燃烧段（120）背向点火段（110）一端设置收缩段（122），收缩段（122）的横截面积从左到右由大变小，收缩段（122）背向混合燃烧段（120）一端设置燃烧段（123）。

技术总结本技术涉及燃烧室技术领域，尤其是一种侧向进气的低氮氢燃烧室结构。其包括火焰筒，所述火焰筒包括首尾相连成一体的点火段和混合燃烧段，所述点火段段背向混合燃烧段一端中心位置设置点火组件，所述混合燃烧段直径大于点火段直径，混合燃烧段面向点火段一端侧面连接预混管组件，预混管组件的出气端和混合燃烧段内腔连通。本技术采用旋流稳焰、可燃预混气沿燃烧室轴向分阶段燃烧的方式组织燃烧，提供安全、稳定的头部火焰源头，降低火焰筒头部燃烧当量比，可对沿火焰筒轴线进入的可燃预混气当量比进行精确控制，从而控制火焰筒内的温度分布，降低燃烧温度，减少高温区区域，进而降低氮氧化物排放。技术研发人员：王永志,杭开祥,庞笑坤,梁祥辉,陈圣斌,陶鹏受保护的技术使用者：无锡明阳氢燃动力科技有限公司技术研发日：20231020技术公布日：2024/6/26