一种火焰筒结构及其燃烧器的制作方法

本发明属于燃烧装置，尤其涉及一种火焰筒结构及其燃烧器。

背景技术：

1、地面燃气轮机为了降低nox排放，一般会采用贫燃燃烧，而在贫燃燃烧模式中，燃料的波动或者气流的波动会对燃烧稳定性产生重大的影响，进而影响化学反应和热释放的波动，当声波波动与释热率波动的相位小于90°时，两者会相互促进，引起更大的波动。当波动的频率与燃烧器本体的固有频率耦合时，会产生共振现象，严重损害燃烧器结构。

2、目前，为了解决燃烧不稳定问题，采用的措施通常为改善喷嘴设计和改善燃烧室本体设计。专利cn104896513b中提出了一种声衬与声腔组合的防振结构，可以使燃烧室内声阻和非线性效应显著降低，克服燃烧室内的横向及纵向振荡燃烧，但该种结构完全覆盖了火焰筒本体，对火焰筒的冷却设计、气量分配以及燃烧组织都产生了不好的影响。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种火焰筒结构及其燃烧器。

2、这种火焰筒结构及其燃烧器，包括：火焰筒和燃烧器头部，火焰筒设于燃烧器内，燃烧器头部伸入火焰筒前端内部；火焰筒轴向设有数组凹形舌片组件，每组凹形舌片组件环向设于火焰筒壁面内侧；

3、凹形舌片组件包括凹形舌片，凹形舌片前端固定在火焰筒壁面上，后端开放，凹形舌片和火焰筒壁面之间形成冷却凹腔，火焰筒壁面上对应冷却凹腔开设有火焰筒冷却孔，相邻凹形舌片组件的凹形舌片之间设有隔板和声腔板，声腔板朝向火焰筒壁面一侧形成冷却过渡腔，朝向火焰筒内部的一侧形成声腔。

4、作为优选，凹形舌片包括凹形段和平直段，平直段位于凹形段的下游，平直段和火焰筒壁面平行，平直段一侧圆角连接凹形段，另一侧和火焰筒壁面之间形成冷气出口。

5、作为优选，声腔板和相邻两个凹形舌片的平直段齐平，声腔板前端通过凸起结构固定在火焰筒壁面上；隔板呈弓形，隔板弯曲的一边固定在凹形段端部，直边固定在声腔板侧边，隔板包括第一隔板和第二隔板，第一隔板和第二隔板分别设于声腔板两侧，用于部分封闭相邻两个凹形段端部。

6、作为优选，火焰筒径向上的火焰筒壁面和声腔板之间形成冷却过渡腔，冷却过渡腔在火焰筒环向上的连通两侧的冷却凹腔；声腔板朝向火焰筒内部的一侧形成声腔，声腔位于声腔板两侧的第一隔板和第二隔板之间。

7、作为优选，在火焰筒轴向上声腔板和凹形舌片等长，且声腔沿火焰筒轴向的长度大于声腔的宽度。

8、作为优选，冷却凹腔在凹形段的截面积大于在平直段的截面积。

9、作为优选，燃烧器头部包括燃料进口管道，燃料进口管道伸入火焰筒的一端设有燃料喷射口，燃料喷射口外套设有一级旋流器，一级旋流器外套设有二级旋流器。

10、作为优选，在火焰筒轴向上相邻两组凹形舌片组件之间的距离为30～40mm；数组凹形舌片组件设于燃烧器头部末端后方，最接近火焰筒前端的一组凹形舌片组件距离火焰筒前端的距离为50～80mm。

11、这种火焰筒结构及其燃烧器的使用方法，包括以下步骤：

12、步骤一、从压气机过来的冷空气一部分通过燃烧器头部进入火焰筒内，另一部分通过火焰筒壁面上的火焰筒冷却孔进入冷却凹腔；

13、步骤二、冷空气在冷却凹腔内进行换热，然后沿火焰筒轴向流出凹形舌片；

14、同时，通过燃烧器头部进入火焰筒内的冷空气和燃料混合燃烧，形成压力波作用在火焰筒壁面和凹形舌片组件上，声腔对压力波的部分能量进行吸收。

15、作为优选，步骤二中，同组的数个凹形舌片组件之间通过冷却过渡腔连接，冷空气通过冷却过渡腔进行绕火焰筒环向的流动。

16、本发明的有益效果是：

17、1)本发明通过凹形舌片组件形成数组冷却凹腔，提高了火焰筒壁面冷却效果，凹形舌片分为凹形段和平直段的组合设计提高了冷却效果，在凹形段通过增加换热面积来提升换热效果，在平直段由于截面积减小，流速提升，增强了对流换热效果，也能有效抑制热烟气回流。

18、2)本发明通过声腔板将两个凹形舌片之间的空隙分割为声腔和冷却过渡腔，充分利用了空间；其中声腔用于吸收压力波能量，冷却过渡腔用于平衡环向上凹形舌片的冷却效果，提供了周向冷却效果的均匀性，还能对声腔起到一定的冷却作用，冷却效果大大提升。

19、3)本发明通过在凹形舌片之间设置声腔，燃烧区域产生压力波后，会有部分进入声腔结构，改变了压力波的传导，吸收了压力波的部分能量，从而避免与化学反应相互促进，提高了燃烧的稳定性，且由于声腔狭长，长度方向平行于火焰筒内的流动方向，因此在吸收能量时不会影响火焰筒内的流动，还能起到额外的梳理作用，进一步提升流动燃烧的稳定性。

技术特征：

1.一种火焰筒结构及其燃烧器，其特征在于，包括：火焰筒(2)和燃烧器头部(4)，火焰筒(2)设于燃烧器内，燃烧器头部(4)伸入火焰筒(2)前端内部；火焰筒(2)轴向设有数组凹形舌片组件(3)，每组凹形舌片组件(3)环向设于火焰筒壁面(23)内侧；

2.根据权利要求1所述的火焰筒结构及其燃烧器，其特征在于，凹形舌片(31)包括凹形段(311)和平直段(312)，平直段(312)位于凹形段(311)的下游，平直段(312)和火焰筒壁面(23)平行，平直段(312)一侧圆角连接凹形段(311)，另一侧和火焰筒壁面(23)之间形成冷气出口。

3.根据权利要求2所述的火焰筒结构及其燃烧器，其特征在于，声腔板(33)和相邻两个凹形舌片(31)的平直段(312)齐平，声腔板(33)前端通过凸起结构固定在火焰筒壁面(23)上；隔板呈弓形，隔板弯曲的一边固定在凹形段(311)端部，直边固定在声腔板(33)侧边，隔板包括第一隔板(32)和第二隔板(34)，第一隔板(32)和第二隔板(34)分别设于声腔板(33)两侧，用于部分封闭相邻两个凹形段(311)端部。

4.根据权利要求3所述的火焰筒结构及其燃烧器，其特征在于，火焰筒(2)径向上的火焰筒壁面(23)和声腔板(33)之间形成冷却过渡腔(37)，冷却过渡腔(37)在火焰筒(2)环向上的连通两侧的冷却凹腔(35)；声腔板(33)朝向火焰筒(2)内部的一侧形成声腔(36)，声腔(36)位于声腔板(33)两侧的第一隔板(32)和第二隔板(34)之间。

5.根据权利要求4所述的火焰筒结构及其燃烧器，其特征在于，在火焰筒(2)轴向上声腔板(33)和凹形舌片(31)等长，且声腔(36)沿火焰筒(2)轴向的长度大于声腔(36)的宽度。

6.根据权利要求2所述的火焰筒结构及其燃烧器，其特征在于，冷却凹腔(35)在凹形段(311)的截面积大于在平直段(312)的截面积。

7.根据权利要求1所述的火焰筒结构及其燃烧器，其特征在于，燃烧器头部(4)包括燃料进口管道(41)，燃料进口管道(41)伸入火焰筒(2)的一端设有燃料喷射口(42)，燃料喷射口(42)外套设有一级旋流器(43)，一级旋流器(43)外套设有二级旋流器(45)。

8.根据权利要求1所述的火焰筒结构及其燃烧器，其特征在于，在火焰筒(2)轴向上相邻两组凹形舌片组件(3)之间的距离为30～40mm；数组凹形舌片组件(3)设于燃烧器头部(4)末端后方，最接近火焰筒(2)前端的一组凹形舌片组件(3)距离火焰筒(2)前端的距离为50～80mm。

9.如权利要求1至8中任一所述的火焰筒结构及其燃烧器的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的火焰筒结构及其燃烧器的使用方法，其特征在于，步骤二中，同组的数个凹形舌片组件(3)之间通过冷却过渡腔(37)连接，冷空气通过冷却过渡腔(37)进行绕火焰筒(2)环向的流动。

技术总结
本发明涉及一种火焰筒结构及其燃烧器，火焰筒设于燃烧器内，燃烧器头部伸入火焰筒前端内部；火焰筒轴向设有数组凹形舌片组件，每组凹形舌片组件环向设于火焰筒壁面内侧；凹形舌片组件的凹形舌片之间设有隔板和声腔板，声腔板朝向火焰筒壁面一侧形成冷却过渡腔，朝向火焰筒内部的一侧形成声腔。本发明的有益效果是：凹形舌片分为凹形段和平直段的组合设计提高了冷却效果，在凹形段通过增加换热面积来提升换热效果，在平直段由于截面积减小，流速提升，增强了对流换热效果；通过声腔板将两个凹形舌片之间的空隙分割为声腔和冷却过渡腔，充分利用了空间；声腔用于吸收压力波能量，冷却过渡腔用于平衡环向上凹形舌片的冷却效果。

技术研发人员：汪玉明,谢尉扬,蒋月红,郑渭建,秦刚华,马聪,林钢,林俊光,王羽晟,朱家豪
受保护的技术使用者：浙江浙能技术研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15