CN104896510B - 火焰稳定器和带有该火焰稳定器的地面燃机燃烧室 - Google Patents

火焰稳定器和带有该火焰稳定器的地面燃机燃烧室 Download PDF

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本发明公开了火焰稳定器和带有该火焰稳定器的地面燃机燃烧室，所述火焰稳定器，包括中心环和沿径向均匀地固定在中心环外环面上的若干个径向支柱，所述中心环的环体和所述径向支柱皆由槽状结构的构件组成，且所述中心环和所述径向支柱的槽口方向相同，所述槽状结构的构件内设有气流通道，所述气流通道通过槽底设置的多个喷气孔与外界连通，所述中心环和所述径向支柱内的气流通道彼此连通，形成一个形状与所述火焰稳定器对应的气流腔。本发明火焰稳定器使燃气即使在高速气流的冲击下也能在火焰稳定器上稳定燃烧。

Description

火焰稳定器和带有该火焰稳定器的地面燃机燃烧室
技术领域
本发明涉及燃气轮机领域，具体而言，涉及一种火焰稳定器，还涉及一种安装有该火焰稳定器的地面燃机燃烧室。
背景技术
随着人们的环保意识普遍加强，世界各国都相应的制订了环境保护条例(法)，对各种燃烧设备和动力装置的污染排放物提出了日益严格的限定。虽然二十世纪80年代到90年代期间有了国际法的规定,使许多国家二氧化硫(SO2)的排放量明显减少，但是氮氧化物(NOX)减少量相对较少。NOX已经日益成为各国污染排放控制的关键，因为其是复合型污染的关键污染物，并且会带来一系列的环境问题。干式低NOx(DLN)燃烧技术是根据热力型NOx的Zeldovich生成原理，将燃烧室主燃区温度约束在1670-1900K的狭窄范围内以减排NOx，因此必须采用预混燃烧方式，通过调节主燃区的燃料/空气当量比来控制火焰温度。但仅控制平均当量比还不能满足要求，所有DLN燃烧室都要求燃料/空气均匀预混。国际上先进DLN燃烧室的研发都在燃料/空气预混均匀性问题上花费了很大精力。
图1是现有的一般干式低氮氧化物排放燃烧室的结构示意图，如图1所示，燃烧筒设于燃烧室内，燃烧筒的进气端设有端板，端板上固定有值班旋流器和围绕值班旋流器的8个主旋流器。旋流器由旋流筒4、5和叶片41、31组成，叶片41、31围绕中部的中心孔设置。主燃级喷管1从主旋流器叶片41中部的中心孔穿入主旋流筒4中，值班级喷管3从值班旋流器叶片31中部的中心孔穿入值班旋流筒5中。主旋流筒4尾部收敛，值班旋流筒5尾部扩张。
为了加强混合度以及防止回火，主旋流筒4尾部设计了收敛段，以便加速未燃气流。但是如此设计又使其下游相当一段距离内，由于气流速度太高不能着火，浪费了燃烧室空间，并且增加了燃气在燃烧室内的停留时间，增多了污染物的产生。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种火焰稳定器，该火焰稳定器能使其上的火焰稳定燃烧。
本发明通过如下技术手段解决上述技术问题：一种火焰稳定器，其特征在于，包括中心环和沿径向均匀地固定在中心环外环面上的若干个径向支柱，所述中心环的环体和所述径向支柱皆由槽状结构的构件组成，且所述中心环和所述径向支柱的槽口方向相同，所述槽状结构的构件内设有气流通道，所述气流通道通过槽底设置的多个喷气孔与外界连通，所述中心环和所述径向支柱内的气流通道彼此连通，形成一个形状与所述火焰稳定器对应的气流腔。
燃气输入所述气流腔后，从所述构件槽底的喷气孔喷出，与助燃气体如空气接触完成燃烧，槽状结构的构件能很好的阻挡外界气流的冲击，使燃气能在火焰稳定器内实现稳定燃烧。
所述径向支柱的自由端均与一连接环的内环面相连，以便加强整个火焰稳定器的机械强度。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种带有所述火焰稳定器的地面燃机燃烧室，所述燃烧室包括燃烧筒，所述燃烧筒的进气端设有值班旋流器和围绕所述值班旋流器的若干个主旋流器，其特征在于，所述燃烧筒内还设置有所述火焰稳定器，所述火焰稳定器通过其径向支柱或连接环固定在所述旋流器的下游，所述径向支柱的数量与所述主旋流器的数量对应，每个所述主旋流器与相邻两个所述径向支柱之间的间隙相对，所述燃烧筒还包括燃气管，所述燃气管从所述燃烧筒的进气端伸进燃烧筒内部与所述火焰稳定器相连，且与所述火焰稳定器的气流腔连通。
所述火焰稳定器与所述主旋流器之间的距离范围为20～40mm。
所述火焰稳定器的中心环的环体与所述值班旋流器的值班旋流筒扩张的筒口相对，所述主旋流器叶片中心孔与相邻两所述径向支柱之间的间隙的中部相对，便于降低火焰稳定器对主换流器和值班换流器下游气流的阻力。
每个所述径向支柱上的喷气孔的数量为1或2个，分布在所述径向支柱的中部；所述中心环上的喷气孔的数量范围为10～20个，均匀分布；所述喷气孔的直径范围为0.9mm～1.5mm。
作为本发明的进一步改进：若干个所述主旋流器的旋流筒连为一体，形成一环形结构，由相间设置的外环壁和内环壁构成，所述外环壁和内环壁由若干块位于它们之间的连接板连在一起，各主旋流器的叶片一一对应地设于两连接板之间的间隙中，所述外环壁和所述内环壁的尾部相靠近，形成主旋流筒的收敛段，各主旋流器的收敛段彼此连通，即没有被连接板隔开，所述内环壁与所述值班旋流器的值班旋流筒相连，所述外环壁固定在所述燃烧筒的内壁上或与所述燃烧筒的内壁合为一体。
作为本发明的优选实施方式：所述外环壁内侧轴向设有若干个凸棱，凸棱中具有一贯穿其两端面的通孔，所述燃气管从所述凸棱的通孔中穿过，就近与所述火焰稳定器的径向支柱相连，所述连接板一一对应的固定在所述凸棱上。
相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
1)本发明由于增多了燃气喷射点(喷射点不再限于主燃级喷管和值班级喷管，火焰稳定器上的多个喷气孔也构成了燃气喷射点)，有利于使燃气与空气混合地更加均匀，从而有利于消除局部高温点的出现，使燃烧更加充分；
2)本发明通过设置火焰稳定器，将一部分燃气直接送入火焰稳定器，通过火焰稳定器上的多个喷气孔喷出，由于火焰稳定器本身的结构特点，即使在旋流器下游高速气流的冲击下，燃气也能在火焰稳定器上稳定燃烧，从而使燃气能在燃烧筒头部燃烧；另外，由于本发明火焰稳定器对主燃级喷管的分流作用，有利于降低主旋流器下游的燃气速度，缩短燃气着火点离旋流器的距离；本发明主旋流器的旋流筒连为一体，各主旋流筒的收敛段彼此连通，也有利于降低主旋流筒下游燃气的速度，使燃气在燃烧筒头部燃烧；本发明缩短燃气着火点离旋流器的距离，使燃气能在燃烧筒头部燃烧，有利于充分的利用燃烧筒的内部空间，降低燃气在燃烧筒内的停留时间，达到减少污染物的排放量的目的，还利于使燃烧室的结构更加紧凑。
附图说明
图1为现有的一般干式低氮氧化物排放燃烧室的结构示意图的剖视图；
图2为本发明具体实施例的火焰稳定器的后视图；
图3为构成图2中火焰稳定器的槽状结构的构件的截面图；
图4为图2中火焰稳定器的正视图；
图5为本发明具体实施例的燃烧筒的结构示意图的剖视图；
图6为图5中燃烧筒的左视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述：
如图2～4所示，本实施例的火焰稳定器包括中心环7、八个径向支柱6(径向支柱的数量与燃烧筒内主旋流器的数量对应)和连接环。中心环7平行地设于连接环中部，八个径向支柱6沿径向均匀地固定在中心环7外环面上，自由端与连接环的内环面相连。
中心环7的环体和径向支柱6皆由槽状结构的构件构成。如图3所示，槽状结构的构件由上下两个弧形面构成，两弧形面两侧搭接在一起，中间形成空腔，构成气流通道。如图4所示，气流通道通过槽底设置的多个喷气孔11与外界连通。中心环7和径向支柱6的槽口方向相同，中心环7和径向支柱6内的气流通道彼此连通，形成一个形状与火焰稳定器对应的气流腔。燃气输入气流腔后，从槽状结构的构件槽底的喷气孔11喷出，与空气接触完成燃烧，槽状结构的构件的槽壁能很好的阻挡主燃级喷管1和值班级喷管3喷出的高速气流的冲击，使燃气能在火焰稳定器上实现稳定燃烧。
每个径向支柱6上的喷气孔的数量为1或2个，分布在径向支柱的中部，距离中心环7中心95～130mm范围内；中心环7上的喷气孔的数量范围为10～20个，均匀分布；喷气孔的直径范围为0.9mm～1.5mm。
地面燃机燃烧室包括若干个燃烧器，燃烧器沿机组圆周方向均匀布置，斜***燃烧室外壳里.燃烧室外壳与燃烧室兼压气机缸连接成一整体。燃烧器由燃料喷管组(包括主燃级喷管和值班级喷管)、燃烧筒、过渡段和旁路阀及附件组成。旁路阀可以控制燃料的燃烧，稳定火焰，防止爆燃。
如图5所示，燃烧筒的进气端中部设置有值班旋流器和围绕值班旋流器的八个主旋流器。旋流器由旋流筒、叶片组成，叶片位于旋流筒内，叶片中部具有中心孔，叶片围绕中心孔设置。如图5、6所示，主燃级喷管1从主旋流器叶片41中部的中心孔10穿入主旋流筒4中，值班级喷管3从值班旋流器叶片31中部的中心孔8穿入值班旋流筒5中。八个主旋流器的旋流筒4连为一体，形成一环形结构，由相间设置的外环壁42和内环壁43构成。外环壁42和内环壁43由若干块位于它们之间的连接板44连在一起，各主旋流器的叶片41一一对应地设于相邻的两连接板44之间的间隙中。外环壁42和内环壁43的尾部相靠近，形成主旋流筒的收敛段，各主旋流器的收敛段彼此连通，即没有被连接板44隔开。外环壁42固定在燃烧筒的内壁上或与燃烧筒的内壁合为一体，各主旋流筒的收敛段彼此连通，可以进一步降低旋流筒下游燃气的速度。另外，环形的旋流筒，有利于减轻燃烧筒的重量，简化燃烧筒的结构。主旋流筒的外环壁42与内环壁43之间的距离，前端为燃烧筒直径的1/4～1/3，收敛段两壁的收敛角度范围为20°～30°。值班旋流筒5尾部扩张，内环壁43前端与值班旋流筒前端连在一起。外环壁42与燃烧筒的内壁合为一体。
燃烧筒还包括若干条燃气管16，燃气管16从燃烧筒的进气端沿着主旋流筒的外环壁42伸进燃烧筒内部，距壁面2～5mm，具体结构为：外环壁42内侧轴向设有若干个凸棱9，凸棱9中具有一贯穿其两端面的通孔，连接板44一一对应的固定在凸棱9上，每条燃气管16从一个凸棱9的通孔中穿过，在主旋流筒的收敛段，随外环壁42向内侧弯曲20°～30°，并就近与火焰稳定器的径向支柱6相连，且与火焰稳定器的气流腔连通，将燃气输进火焰稳定器的气流腔内。
火焰稳定器通过其外接环固定在燃烧筒内，位于旋流器下游，与主旋流器的主旋流筒的内环壁43之间的距离范围为20～40mm。火焰稳定器的中心环的环体与值班旋流器的值班旋流筒5扩张的筒口相对，主旋流器叶片中心孔10与相邻两径向支柱6之间的间隙的中部相对。该结构主要为了降低火焰稳定器对主换流器和值班换流器下流气流的阻力。
上述实施例仅为本发明的一个优选实施方式，不应成为对本发明保护范围的限制，本发明的具体实施方式不限上述实施例。根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明权利保护范围内。

Claims (8)

1.一种火焰稳定器，其特征在于，包括中心环和沿径向均匀地固定在中心环外环面上的若干个径向支柱，所述中心环的环体和所述径向支柱皆由槽状结构的构件组成，且所述中心环和所述径向支柱的槽口方向相同，所述槽状结构的构件内设有气流通道，所述气流通道通过槽底设置的多个喷气孔与外界连通，所述中心环和所述径向支柱内的气流通道彼此连通，形成一个形状与所述火焰稳定器对应的气流腔。
2.根据权利要求1所述的火焰稳定器，其特征在于，所述径向支柱的自由端均与一连接环的内环面相连。
3.一种带有权利要求2中所述火焰稳定器的地面燃机燃烧室，所述燃烧室包括燃烧筒，所述燃烧筒的进气端设有值班旋流器和围绕所述值班旋流器的若干个主旋流器，其特征在于，所述燃烧筒内还设置有所述火焰稳定器，所述火焰稳定器通过其径向支柱或连接环固定在所述旋流器的下游，所述径向支柱的数量与所述主旋流器的数量对应，每个所述主旋流器与相邻两个所述径向支柱之间的间隙相对，所述燃烧筒还包括燃气管，所述燃气管从所述燃烧筒的进气端伸进燃烧筒内部与所述火焰稳定器相连，且与所述火焰稳定器的气流腔连通。
4.根据权利要求3所述的地面燃机燃烧室，其特征在于，所述火焰稳定器与所述主旋流器之间的距离范围为20～40mm。
5.根据权利要求4所述的地面燃机燃烧室，其特征在于，所述火焰稳定器的中心环的环体与所述值班旋流器的值班旋流筒扩张的筒口相对，所述主旋流器叶片中心孔与相邻两所述径向支柱之间的间隙的中部相对。
6.根据权利要求3所述的地面燃机燃烧室，其特征在于，每个所述径向支柱上的喷气孔的数量为1或2个，分布在所述径向支柱的中部；所述中心环上的喷气孔的数量范围为10～20个，均匀分布；所述喷气孔的直径范围为0.9mm～1.5mm。
7.根据权利要求3～6任一项权利要求所述的地面燃机燃烧室，其特征在于，若干个所述主旋流器的旋流筒连为一体，形成一环形结构，由相间设置的外环壁和内环壁构成，所述外环壁和内环壁由若干块位于它们之间的连接板连在一起，各主旋流器的叶片一一对应地设于两连接板之间的间隙中，所述外环壁和所述内环壁的尾部相靠近，形成主旋流筒的收敛段，各主旋流器的收敛段彼此连通，即没有被连接板隔开，所述内环壁与所述值班旋流器的值班旋流筒相连，所述外环壁固定在所述燃烧筒的内壁上或与所述燃烧筒的内壁合为一体。
8.根据权利要求7所述的地面燃机燃烧室，其特征在于，所述外环壁内侧轴向设有若干个凸棱，凸棱中具有一贯穿其两端面的通孔，所述燃气管从所述凸棱的通孔中穿过，就近与所述火焰稳定器的径向支柱相连，所述连接板一一对应的固定在所述凸棱上。
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