双级叶片混合的双燃料燃烧室

1.本发明涉及燃烧室技术领域，尤其涉及一种双级叶片混合的双燃料燃烧室。


背景技术：

2.双燃料燃气轮机是利用双燃料燃烧技术，在同一台机组中同时使用两种及以上燃料的燃气轮机机组，其核心是双燃料燃烧室，研发的目的是满足燃气轮机的燃料多样性要求，拓宽燃气轮机的应用领域。在对双燃料燃烧室的研制中，还需要在喷嘴设计、双燃料混烧技术、低排放燃烧技术等方面开展深入的研究，尤其是双燃料的混烧技术，处理不当会导致燃烧室的回火及no
x
排放升高等问题。
3.为解决双燃料掺混均匀度的问题，大多数双燃料燃烧室的主燃级都是由一级径向旋流器提供掺混，燃料由直射式喷孔射流进入空腔，在空腔内完成燃料与空气的预混。但大部分的燃烧室的一级旋流器虽能做到一定的掺混作用，但并不能达到很好的双燃料掺混均匀度，而双燃料掺混均匀度的掺混均匀度会对后续的燃烧程度及污染物的产生有着很大影响。


技术实现要素：

4.本发明提供一种双级叶片混合的双燃料燃烧室，用以解决现有技术中的双燃料燃烧室不能达到很好的双燃料掺混均匀度，造成后续的燃烧程度不足及污染物较多的技术问题，以提高双燃料的掺混均匀度以及燃料与空气的掺混均匀度，从而实现更低的污染排放和更均匀的燃烧室出口温度。
5.本发明提供一种双级叶片混合的双燃料燃烧室，包括：
6.预燃级组件；
7.主燃级组件，环绕设置于所述预燃级组件的外侧，所述主燃级组件内设有主燃级通道，所述主燃级通道内设有一级旋流叶片和二级旋流叶片；
8.燃烧室本体，与所述主燃级组件的所述主燃级通道相连通；
9.其中，所述一级旋流叶片和所述二级旋流叶片的内部分别开设有第一燃料腔室和第二燃料腔室，所述第一燃料腔室设有第一进料孔和第一喷料孔，所述第二燃料腔室设有第二进料孔和第二喷料孔，所述第一喷料孔和所述第二喷料孔均朝向所述主燃级通道，所述第一喷料孔和所述第二喷料孔分别喷出异种燃料。
10.根据本发明提供的一种双级叶片混合的双燃料燃烧室，所述第一喷料孔位于所述一级旋流叶片的前端，用于喷出第一燃料，所述第二喷料孔位于所述二级旋流叶片的前端，用于喷出第二燃料，其中，所述第一燃料和第二燃料为异种燃料，所述第一喷料孔和所述第二喷料孔的喷料方向相同或不同。
11.根据本发明提供的一种双级叶片混合的双燃料燃烧室，所述一级旋流叶片内设有至少两个所述第一燃料腔室，两个所述第一燃料腔室所对应的所述第一喷料孔分别位于所述一级旋流叶片的前端和后端，且至少两个所述第一喷料孔的喷料方向不同，用于喷出异
种燃料。
12.根据本发明提供的一种双级叶片混合的双燃料燃烧室，所述第一喷料孔和所述第二喷料孔共设有10-50个，且所述第一喷料孔和所述第二喷料孔的张角均为30-90
°
。
13.根据本发明提供的一种双级叶片混合的双燃料燃烧室，所述主燃级组件包括：主燃级旋流器和主燃级外环，所述主燃级外环环绕设置于所述主燃级旋流器的外侧，所述主燃级通道设置于所述主燃级旋流器内。
14.根据本发明提供的一种双级叶片混合的双燃料燃烧室，所述主燃级组件还包括：第一进料管路和第一导料腔，所述第一导料腔的一端与所述第一进料孔相连通，所述第一导料腔的另一端与所述第一进料管路相连通，所述第一进料管路的另一端位于所述主燃级组件的外侧。
15.根据本发明提供的一种双级叶片混合的双燃料燃烧室，所述主燃级组件还包括：第二进料管路和第二导料腔，所述第二导料腔的一端与所述第二进料孔相连通，所述第二导料腔的另一端与所述第二进料管路相连通，所述第二进料管路的另一端位于所述主燃级组件的外侧。
16.根据本发明提供的一种双级叶片混合的双燃料燃烧室，所述预燃级组件包括：中心体、预燃级旋流器和级间段，所述预燃级旋流器环绕设置于所述中心体的外侧，所述级间段环绕设置于所述预燃级旋流器的外侧，所述级间段远离所述预燃级旋流器的一侧与所述主燃级旋流器相连。
17.根据本发明提供的一种双级叶片混合的双燃料燃烧室，所述燃烧室本体包括：连接段和火焰筒，所述连接段的一端与所述主燃级外环相连，所述连接段的另一端与所述火焰筒相连通。
18.根据本发明提供的一种双级叶片混合的双燃料燃烧室，沿所述主燃级外环至所述火焰筒的方向，所述连接段向外倾斜。
19.本发明实施例提供的双级叶片混合的双燃料燃烧室，通过第一进料孔和第二进料孔分别将异种燃料输送至第一燃料腔室和第二燃料腔室内，然后分别从第一喷料孔和第二喷料孔喷出，以使一级旋流叶片和二级旋流叶片能喷射两种燃料，通过两级叶片之间产生的复杂漩涡强化燃料掺混效果，提高两种燃料的掺混均匀度，从而实现更低的污染排放和更均匀的燃烧室出口温度。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是本发明提供的双级叶片混合的双燃料燃烧室的剖面图；
22.图2是本发明提供的双级叶片混合的双燃料燃烧室中，一级旋流叶片和二级旋流叶片中燃料喷射方向的示意图之一；
23.图3是本发明提供的双级叶片混合的双燃料燃烧室中，一级旋流叶片和二级旋流叶片中燃料喷射方向的示意图之二；
24.图4是本发明提供的双级叶片混合的双燃料燃烧室中，一级旋流叶片和二级旋流叶片中燃料喷射方向的示意图之三。
25.附图标记：
26.1、主燃级旋流器；2、主燃级外环；3、中心体；4、预燃级旋流器；5、级间段；6、第一进料管路；7、第一导料腔；8、第二进料管路；9、第二导料腔；10、一级旋流叶片；11、二级旋流叶片；12、连接段；13、火焰筒。
具体实施方式
27.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
28.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
29.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
30.在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
31.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
32.下面结合图1-图4描述本发明的双级叶片混合的双燃料燃烧室，包括预燃级组件、主燃级组件和燃烧室本体，其中，主燃级组件环绕设置于预燃级组件的外侧，主燃级组件内设有主燃级通道，主燃级通道内设有一级旋流叶片10和二级旋流叶片11，燃烧室本体与主燃级组件的主燃级通道相连通，一级旋流叶片10和二级旋流叶片11的内部分别开设有第一燃料腔室和第二燃料腔室，第一燃料腔室设有第一进料孔和第一喷料孔，第二燃料腔室设有第二进料孔和第二喷料孔，第一喷料孔和第二喷料孔均朝向主燃级通道。
33.在本实施例中，利用第一进料孔和第二进料孔分别将异种燃料输送至第一燃料腔室和第二燃料腔室内，然后分别从第一喷料孔和第二喷料孔喷出，以使一级旋流叶片10和二级旋流叶片11能喷射两种燃料，通过两级叶片之间产生的复杂漩涡强化燃料掺混效果，提高两种燃料的掺混均匀度以及燃料与空气的掺混均匀度，从而实现更低的污染排放和更均匀的燃烧室出口温度。
34.可以理解的是，主燃级通道在主燃级组件的一侧形成有空气进口，从而使空气能进入到主燃级组件内与燃料进行掺混。
35.从第一喷料孔和第二喷料孔喷出的燃料可以是气态燃料或液态燃料，喷出的燃料可以在主燃级通道内进行掺混，并制造处复杂的涡系，提高掺混均匀度。
36.一级旋流叶片10和二级旋流叶片11可以沿主燃级组件的轴向分布。沿燃料的输送方向，一级旋流叶片10位于二级旋流叶片11的前侧，一级旋流叶片10在前也能加长掺混距离，并配合后方的二级旋流叶片11来加强空气燃料掺混，制造复杂的涡系，提供高效的掺混，提高燃料空气的掺混均匀度，使得主燃级通道的出口处具有最好的掺混均匀度。
37.一级旋流叶片10和二级旋流叶片11可以设置为锯齿形或在一级旋流叶片10和二级旋流叶片11的后端设置有锯齿形的凸起，设置锯齿状凸起后可以使掺混的过程中在主燃级通道内部形成复杂涡系，强化制造湍流，从而强化燃料掺混。
38.在本实施例中，如图2和图3所示，第一喷料孔位于一级旋流叶片10的前端，用于喷出第一燃料，第二喷料孔位于二级旋流叶片11的前端，用于喷出第二燃料，其中，第一燃料和第二燃料为异种燃料，第一喷料孔和第二喷料孔的喷料方向相同或不同。
39.可以理解的是，在一级旋流叶片10的前端开设第一喷料孔，在二级旋流叶片10的前端开设第二喷料孔，开设在前端也可以加长掺混距离，也即利用前缘开孔、两级搅拌的方式，加长掺混距离，两级旋流搅拌加强空气燃料掺混，制造复杂的涡系，提供高效的掺混，提高燃料空气的掺混均匀度，使得主燃级通道的出口具有最好的掺混均匀度。具体的，在一级旋流叶片10的前端喷射第一燃料，加长掺混距离，提高掺混均匀度，在二级旋流叶片11的前端喷出第二燃料，从而达到双燃料均匀掺混的效果。其中，第一燃料和第二燃料均可以是气态燃料或液态燃料。
40.在本实施例中，第一喷料孔和第二喷料孔的喷料方向相同或不同，第一喷料孔的喷射方向可以朝上或朝下，也可以带有一定的倾斜方向，同理，第二喷料孔的喷射方向可以朝上或朝下，也可以带有一定的倾斜方向。
41.例如，当第一喷料孔和第二喷料孔的喷射方向均朝上时，第一燃料和第二燃料均向上喷射，第一燃料与空气在一级旋流叶片10后端区域进行掺混，达到一定均匀度后于第二燃料混合，从而达到双燃料均匀掺混的效果。
42.在另一个实施例中，如图4所示，一级旋流叶片10内设有至少两个第一燃料腔室，两个第一燃料腔室所对应的第一喷料孔分别位于一级旋流叶片10的前端和后端，且至少两个第一喷料孔的喷料方向不同，用于喷出异种燃料。
43.可以理解的是，在一级旋流叶片10的前端喷射第一燃料，加长掺混距离，在二级旋流叶片11的后端喷射第二燃料，从而起到双燃料均匀掺混的效果。利用两级旋流搅拌加强空气燃料掺混，以提高掺混均匀度。至少两个第一喷料孔的喷料方向不同，用于喷出异种燃料，至少两个第一喷料孔的喷射方向可以均朝上或朝下，也可以带有一定的倾斜方向。
44.例如，当至少两个第一喷料孔的喷射方向均朝上且向前喷射时，喷出的燃料可以强化制造湍流，在一级旋流叶片10的前端会产生复杂的涡系，从而强化掺混，使空气与燃料的混合更加充分。
45.在本实施例中，第一喷料孔和第二喷料孔共设有10-50个，且第一喷料孔和第二喷料孔的张角均为30-90
°
。根据不同的使用需求确定第一喷料孔和第二喷料孔的数量、位置以及张角，其中，第一喷料孔和第二喷料孔的数量可以相同或不同，第一喷料孔和第二喷料孔的张角可以相同或不同，在本实施例中不进行具体限制。
46.主燃级组件包括：主燃级旋流器1和主燃级外环2，主燃级外环2环绕设置于主燃级旋流器1的外侧，主燃级通道设置于主燃级旋流器1内。主燃级外环2作为双级叶片混合的双燃料燃烧室前端部分的外圈封闭结构，主燃级旋流器1中设置主燃级通道，也就是说，一级旋流叶片10、二级旋流叶片11均设置于主燃级旋流器1中，利用本主燃级旋流器1来实现强化燃料掺混效果，起到提高燃料与空气的掺混均匀度的效果。
47.在本实施例中，主燃级组件还包括：第一进料管路6和第一导料腔7，第一导料腔7的一端与第一进料孔相连通，第一导料腔7的另一端与第一进料管路6相连通，第一进料管路6的另一端位于主燃级组件的外侧。其中，第一导料腔7沿主燃级组件的长度方向设置，更具体的，第一导料腔7开设于主燃级旋流器1上，且第一导料腔7为环形腔体，第一导料腔7沿主燃级旋流器1的轴向布置。
48.可以理解的是，燃料沿第一进料管路6、第一导料腔7、第一进料孔、第一燃料腔室流过后从第一喷料孔喷射出来，并形成螺旋轨迹的油雾(以燃料为燃油为例)，螺旋轨迹的油雾在主燃级通道内与空气进行气流混合，形成油气混合物参与燃烧。一级旋流叶片10内部的第一燃料腔室可以呈螺旋状分布。
49.在本实施例中，主燃级组件还包括：第二进料管路8和第二导料腔9，第二导料腔9的一端与第二进料孔相连通，第二导料腔9的另一端与第二进料管路8相连通，第二进料管路8的另一端位于主燃级组件的外侧。其中，第二导料腔9沿主燃级组件的长度方向设置，更具体的，第二导料腔9开设于主燃级外环2上，且第二导料腔9为环形腔体，第二导料腔9沿主燃级外环2的轴向布置。
50.可以理解的是，燃料沿第二进料管路8、第二导料腔9、第二进料孔、第二燃料腔室流过后从第二喷料孔喷射出来，并形成螺旋轨迹的油雾(以燃料为燃油为例)，螺旋轨迹的油雾在主燃级通道内与从第一喷料孔喷射出来的燃料进行双燃料掺混，形成油气混合物参与燃烧。二级旋流叶片11内部的第二燃料腔室可以呈螺旋状分布。
51.上述的结构可以使双级叶片混合的双燃料燃烧室采用空气燃料掺混均匀再燃烧的预混燃烧模式。
52.在本实施例中，预燃级组件包括：中心体3、预燃级旋流器4和级间段5，预燃级旋流器4环绕设置于中心体3的外侧，级间段5环绕设置于预燃级旋流器4的外侧，级间段5远离预燃级旋流器4的一侧与主燃级旋流器1相连。
53.可以理解的是，级间段5用于连接预燃级旋流器4和主燃级旋流器1，中心体3配合预燃级旋流器4形成预燃级组件。
54.燃烧室本体包括：连接段12和火焰筒13，连接段12的一端与主燃级外环2相连，连接段12的另一端与火焰筒13相连通。沿主燃级外环2至火焰筒13的方向，连接段12向外倾
斜。
55.如图1所示，连接段12大致为向外扩张的结构，连接段12的一侧与主燃级外环2相连，连接段12的另一侧与火焰筒13相连。连接段12与火焰筒13之间可以为一体成型的结构，当然，连接段12和火焰筒13之间还能采用焊接或螺栓连接等方式相连，在本实施例中不做限制。
56.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。