一种裂解燃气?空气快速掺混装置的制造方法
【专利摘要】本发明的目的在于提供一种裂解燃气?空气快速掺混装置，包括外壳体、内壳体、波瓣掺混器，内壳体设置在外壳体里，内壳体与外壳体之间形成旋流器空气进气流道，波瓣掺混器包括波瓣掺混结构内流道壁、波瓣凸结构、波瓣凹结构，波瓣凸结构与波瓣凹结构相间布置构成环形结构，波瓣掺混结构内流道壁连接环形结构，波瓣掺混结构内流道壁形成连通富油裂解燃烧室的波瓣掺混结构内流道裂解燃气入口，波瓣掺混器设置在内壳体里，波瓣掺混结构内流道壁与内壳体之间形成波瓣掺混空气流道，波瓣掺混器的出口处设置安装有旋流叶片的斜径向流道，斜径向流道的出口设置裂解燃气?空气掺混气出口。本发明能够完成裂解燃气与空气的快速掺混，降低贫燃区NOx的生成。
【专利说明】
一种裂解燃气-空气快速掺混装置
技术领域
[0001]本发明涉及的是一种燃气轮机燃烧室，具体地说是燃气轮机燃烧室的掺混装置。
【背景技术】
[0002]低排放燃烧技术逐渐成为发动机燃烧技术的中心课题之一，针对这一问题研发了比如分级燃烧、富油-淬熄-贫油(RQL)、双旋预混旋流(TAPS)、贫油预混预蒸发(LPP)、贫油多点喷射(LDI)等技术。这些技术已能满足目前国际民航组织对排放的需要。RQL燃烧技术是众多低排放燃烧技术中的佼佼者，富油区的燃烧是其燃烧技术实现的重要一环。在富油燃烧段中，燃油与空气以高当量比(1.4-1.8)的比例混合并燃烧，产生大量高活性基团，这为之后的淬熄与贫油燃烧奠定了基础。同时，富油燃烧区的温度也是影响NOx生成的重要因素。首先，面临的问题是，富油区不能采用气膜式冷却，以减少当量比燃烧产生氮氧化物;其次，燃烧区的温度不宜过高，以避免热力型NOx的生成。
[0003]为了解决这样的问题，提出一种新的燃烧室控制策略一一富燃自裂解燃烧方式，该策略与RQL低排放燃烧室控制策略相似，首先燃油在高当量比条件下，在富燃裂解段进行反应，由于燃料过多，燃烧火焰温度较低，整个反应区处在低温还原氛围中，空气中的仏很难被氧化为NO，同时过剩的燃料会吸收燃烧区的热量，进行蒸发和裂解，形成高能氢和小碳链碳氢成分，进一步降低了燃烧区温度，初步以富油燃烧形式控制NOx的生成。然后，未完全燃烧的裂解燃料通过快速与混合空气掺混，形成贫燃混合气，在贫燃区再次燃烧，这种策略巧妙地避免了燃烧室恰当比燃烧的高温区域的生成，从而达到降低污染物NOx排放的目的。但是，是否能够保证裂解燃气与空气快速掺混，使裂解燃气在贫燃区贫油燃烧仍是需要解决的一大难题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供能够完成裂解燃气与空气的快速掺混，降低贫燃区NOx生成的一种裂解燃气-空气快速掺混装置。
[0005]本发明的目的是这样实现的:
[0006]本发明一种裂解燃气-空气快速掺混装置，其特征是:包括外壳体、内壳体、波瓣掺混器，内壳体设置在外壳体里，内壳体与外壳体之间形成旋流器空气进气流道，所述波瓣掺混器包括波瓣掺混结构内流道壁、波瓣凸结构、波瓣凹结构，波瓣凸结构与波瓣凹结构相间布置构成环形结构，环形结构端部的中心为闭式结构，波瓣掺混结构内流道壁连接环形结构，波瓣掺混结构内流道壁形成连通富油裂解燃烧室的波瓣掺混结构内流道裂解燃气入口，波瓣掺混器设置在内壳体里，波瓣掺混结构内流道壁与内壳体之间形成波瓣掺混空气流道，波瓣掺混结构内流道裂解燃气入口连通波瓣凸结构，波瓣掺混空气流道连通波瓣凹结构，波瓣掺混器的出口处设置安装有旋流叶片的斜径向流道，旋流器空气进气流道连通斜径向流道，斜径向流道的出口设置裂解燃气-空气掺混气出口。
[0007]本发明还可以包括:
[0008]1、波瓣掺混结构内流道裂解燃气入口与波瓣凸结构构成波瓣掺混结构内流道，波瓣掺混结构内流道为收缩-渐扩形式。
[0009]本发明的优势在于:
[0010]1、在燃气轮机富油-淬熄-贫油(RQL)燃烧室燃烧技术领域的富油燃烧室与贫油燃烧室之间的连接段中，首次提出一种裂解燃气-空气快速掺混装置。
[0011 ] 2、裂解燃气和空气都会流经一个收缩-扩张通道，会使流体的流动速度快速增加，旋流器的作用是让裂解燃气-空气进行快速掺混。
[0012]3、波瓣的收缩-扩张通道可以按比例调配，可使裂解燃气、空气按一定比例掺混。
【附图说明】
[0013]图1为本发明带有富油燃烧室的装配图；
[0014]图2为本发明的立体剖视图；
[0015]图3为本发明的平面剖视图；
[0016]图4为图3剖切位置示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图举例对本发明做更详细地描述:
[0018]结合图1-4，本发明裂解燃气-空气快速掺混装置包括旋流器空气进气流道I，波瓣掺混空气流道2，安装旋流叶片的斜径向流道3，波瓣掺混结构内流道裂解燃气入口 5，裂解燃气-空气掺混气出口 6，旋流叶片7，波瓣掺混器8，波瓣凸结构9也是波瓣掺混结构内流道裂解燃气出口，波瓣凹结构10也是波瓣掺混结构外流道空气出口，安装旋流叶片的斜径向流道出口 11，波瓣掺混结构中心流道的闭式结构12，旋流器14，该装置与富油裂解燃烧室4安装结构如图1所示。
[0019]其中旋流叶片7安装在旋流器端部，波瓣掺混结构中心流道为闭式结构12，富油自裂解燃烧室4出口与波瓣结构连接，由于波瓣结构的凹凸变化，裂解燃气13流入波瓣掺混器入口 5后将被分成多股，由波瓣凸结构9流出。在波瓣外通道2，空气也被分成多股，由波瓣凹结构10流出，波瓣空气通道10与波瓣裂解燃气内通道9成相间分布，可以控制比例掺混。波瓣结构的出口连接旋流器，波瓣掺混结构与旋流器之间形成收缩-渐扩通道9，波瓣结构外流道空气与裂解燃气经过收缩-渐扩通道9流出，裂解燃气与空气在波瓣结构出口成相间分布，且流速降低，大量的空气由旋流器空气进口 3进入，经旋流叶片7旋流后与来自波瓣结构相间分布裂解燃气-空气掺混，最后从裂解燃气-空气掺混气出口6流出，由于旋流空气具有较大的旋转动量，进一步加速了裂解燃气-空气的快速掺混，快速掺混的气体进入下级燃烧室进行贫油燃烧。
[0020]由于波瓣掺混结构中心流道为闭式结构，裂解燃气只能从波瓣凸结构9流出。
[0021]波瓣掺混结构内流道为裂解燃气流道，结构上为收缩-渐扩形式，在收缩段主要为了加速裂解燃气自身掺混，在扩张段主要为了降低裂解燃气流速，提高其与外流道甚至旋流器的空气惨混性能。
[0022]波瓣掺混结构为凹凸相间布置，内通道裂解燃气通道和外通道空气在波瓣结构出口会相间分布。
[0023]旋流器内部叶片是斜切形式的，其旋流叶片内部空气通道与轴向成一定角度，裂解燃气-空气掺混之后会受到旋流器的快速旋流作用，进一步使裂解燃气-空气进行快速掺混。
[0024]图1和图2共同说明了该波瓣掺混器的工作原理，富油自裂解燃烧室出口排出的裂解燃气13首先通过波瓣掺混结构内流道入口 5进入，在波瓣出口与裂解燃气将要掺混的空气从掺混空气通道2流入，由外流道空气出口 10流出，强化由波瓣掺混结构内流道出口 9流出的裂解燃气和外流道空气出口 10流出的空气掺混，此过程可以控制二者比例掺混。另一部分空气从旋流器气体流道I进入旋流叶片内的斜径向流道3，经旋流叶片7旋流后，并在裂解燃气-空气掺混气出口 6形成快速的旋转气流。由于旋流空气具有较大的旋转动量，进一步加速了裂解燃气-空气的快速掺混。
[0025]图3进一步说明了该裂解燃气-空气快速掺混装置的主要掺混结构。波瓣掺混结构内流道为收缩-渐扩形式5、9，收缩段5加速了裂解燃气自身掺混，在扩张段9降低了裂解燃气流速，提高其与外流道空气10掺混性能。外流道为收缩形式10，因为其通道相对掺混空气通道2减小一半，所以为收缩形式。快速的轴向气流对火焰产生了一定的推举作用，这使得下级贫油燃烧室的高温区后移，有效避免了对掺混器高温灼烧等不利因素，在此过程中也会起到稳定火焰，防止不稳定燃烧的作用。
[0026]图4说明了图3所选择的剖切位置。
[0027]图4中示意了旋流器的设计主要是为了和波瓣掺混器形成一个收缩-渐扩通道5，9以及给裂解燃气和空气提供一个良好的快速掺混方式，收缩-渐扩通道5，9和旋流器的共同作用使掺混气速度进一步增加，产生推举火焰，使高温区远离该裂解燃气-空气快速掺混装置。
【主权项】
1.一种裂解燃气-空气快速掺混装置，其特征是:包括外壳体、内壳体、波瓣掺混器，内壳体设置在外壳体里，内壳体与外壳体之间形成旋流器空气进气流道，所述波瓣掺混器包括波瓣掺混结构内流道壁、波瓣凸结构、波瓣凹结构，波瓣凸结构与波瓣凹结构相间布置构成环形结构，环形结构端部的中心为闭式结构，波瓣掺混结构内流道壁连接环形结构，波瓣掺混结构内流道壁形成连通富油裂解燃烧室的波瓣掺混结构内流道裂解燃气入口，波瓣掺混器设置在内壳体里，波瓣掺混结构内流道壁与内壳体之间形成波瓣掺混空气流道，波瓣掺混结构内流道裂解燃气入口连通波瓣凸结构，波瓣掺混空气流道连通波瓣凹结构，波瓣掺混器的出口处设置安装有旋流叶片的斜径向流道，旋流器空气进气流道连通斜径向流道，斜径向流道的出口设置裂解燃气-空气掺混气出口。2.根据权利要求1所述的一种裂解燃气-空气快速掺混装置，其特征是:波瓣掺混结构内流道裂解燃气入口与波瓣凸结构构成波瓣掺混结构内流道，波瓣掺混结构内流道为收缩-渐扩形式。
【文档编号】F23R3/28GK106051826SQ201610416346
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月12日
【发明人】郑洪涛, 邵志强, 张国强, 唐胜, 杨家龙, 李智明, 杨洪磊, 杨仁
【申请人】哈尔滨工程大学