一種燃?xì)廨啓C(jī)柔和燃燒室及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種柔和燃燒室，其包括燃燒室火焰筒、燃燒室機(jī)匣、燃燒室頭部擋板，燃燒室頭部擋板和燃燒室機(jī)匣前壁構(gòu)成燃燒室頭部；值班噴嘴組件設(shè)置在燃燒室頭部的中心，該組射流噴嘴組件設(shè)置在燃燒室頭部的以燃燒室頭部中心為圓心的圓周上，值班噴嘴組件形成的第一回流區(qū)位于值班噴嘴組件出口端的下游位置，該組射流噴嘴組件形成的第二回流區(qū)位于第一回流區(qū)的下游位置，在燃燒室火焰筒內(nèi)實(shí)現(xiàn)柔和燃燒，可在較寬負(fù)荷范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)超低氮氧化物排放；還使得高溫?zé)煔馀c空氣/燃料混合氣摻混，從而實(shí)現(xiàn)提高了燃燒效率；其結(jié)構(gòu)緊湊，為筒形燃燒室，可直接替換結(jié)構(gòu)相似的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室。
【專利說明】
一種燃?xì)廨啓C(jī)柔和燃燒室及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種燃?xì)廨啓C(jī)柔和燃燒室及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氮氧化物包含一氧化氮、二氧化氮、氧化亞氮等，其對環(huán)境的損害作用極大，是形成酸雨、光化學(xué)煙霧的主要來源之一。隨著環(huán)境保護(hù)需求的不斷提高，氮氧化物排放的標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)，燃?xì)廨啓C(jī)作為核心動(dòng)力裝備，一方面需要不斷提高燃燒室出口(透平進(jìn)口)溫度以提升燃?xì)廨啓C(jī)效率，另一方面同時(shí)需要進(jìn)一步降低氮氧化物排放。隨著燃?xì)廨啓C(jī)參數(shù)的提升，傳統(tǒng)擴(kuò)散燃燒技術(shù)、預(yù)混燃燒技術(shù)面臨巨大挑戰(zhàn)。擴(kuò)散燃燒技術(shù)降低氮氧化物排放潛力有限；天然氣貧預(yù)混燃燒隨著燃機(jī)級別提高其噴嘴及控制系統(tǒng)越來越復(fù)雜，低負(fù)荷工況下氮氧化物排放超標(biāo)，進(jìn)一步降低氮氧化物也越來越困難，燃燒煤制合成氣的貧預(yù)混技術(shù)還不成熟。因此，本領(lǐng)域還缺乏一種可在較寬負(fù)荷范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)超低氮氧化物排放的柔和燃燒室。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003](一)要解決的技術(shù)問題
[0004]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種燃?xì)廨啓C(jī)柔和燃燒室及其控制方法。
[0005](二)技術(shù)方案
[0006]本發(fā)明提供了一種柔和燃燒室，包括:結(jié)構(gòu)組件、一值班噴嘴組件和一組射流噴嘴組件;其中，所述結(jié)構(gòu)組件包括:燃燒室火焰筒110、燃燒室機(jī)匣160、燃燒室頭部擋板170，所述燃燒室頭部擋板170和燃燒室機(jī)匣前壁構(gòu)成燃燒室頭部;所述值班噴嘴組件設(shè)置在燃燒室頭部的中心，該組射流噴嘴組件也設(shè)置在燃燒室頭部，并且該組射流噴嘴組件均勻設(shè)置于以燃燒室頭部中心為圓心的圓周上，在所述燃燒室火焰筒內(nèi)，所述值班噴嘴組件形成的第一回流區(qū)位于值班噴嘴組件出口端的下游位置，該組射流噴嘴組件形成的第二回流區(qū)位于第一回流區(qū)的下游位置，射流噴嘴組件燃燒產(chǎn)生的高速混合氣卷吸周圍的高溫低氧混合物，在燃燒室火焰筒的下游區(qū)實(shí)現(xiàn)柔和燃燒。
[0007]優(yōu)選地，所述值班噴嘴組件包括:同軸設(shè)置的一值班旋流噴嘴120和一值班燃料噴嘴150，其中，所述值班旋流噴嘴120設(shè)置在燃燒室頭部擋板的中心，包括:本體、錐罩和徑向旋流器，所述本體為中空管狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部形成環(huán)形通道，所述本體的出口端朝向燃燒室火焰筒110并與錐罩連接，其進(jìn)口端設(shè)置徑向旋流器;所述值班燃料噴嘴150設(shè)置于燃燒室機(jī)匣前壁中心，其出口段位于值班旋流噴嘴的環(huán)形通道內(nèi)，其出口端朝向燃燒室火焰筒110，且與值班旋流噴嘴錐罩的底部在同一個(gè)平面內(nèi)。
[0008]優(yōu)選地，所述徑向旋流器具有沿周向均勻分布的N個(gè)旋流槽通道，所述旋流槽通道具有切向旋流角％，其中N>4。
[0009]優(yōu)選地，所述錐罩的出口端伸入燃燒室火焰筒110內(nèi)，所述錐罩的高度出滿足:2R3^Hi^Ri，錐罩的出口半徑R4滿足:SR3SR4SR1/^，其中，R1為燃燒室頭部擋板的半徑，R3為值班旋流噴嘴環(huán)形通道的半徑。
[0010]優(yōu)選地，所述燃燒室頭部擋板的以其中心為圓心的圓周上均勻布置M個(gè)孔，M個(gè)孔的位置與錐罩伸入燃燒室火焰筒的部分相對應(yīng)，其中M316。
[0011 ]優(yōu)選地，所述值班燃料噴嘴的出口端整體封閉，且其出口端面上具有與燃燒室火焰筒中心軸呈夾角θ3的X個(gè)值班燃料進(jìn)孔，其中X多4。
[0012]優(yōu)選地，所述射流噴嘴組件包括:K個(gè)射流噴嘴130以及配套的K個(gè)主燃料噴嘴140，其中，所述K個(gè)射流噴嘴130均勻設(shè)置于在燃燒室頭部擋板的以燃燒室頭部擋板中心為圓心的圓周上，其中K多8，其出口端平行朝向燃燒室火焰筒110，并伸入燃燒室火焰筒110內(nèi)，其出口端伸入燃燒室火焰筒的距離與錐罩出口端伸入燃燒室火焰筒的距離相同;射流噴嘴中心軸線與燃燒室火焰筒中心軸線的距離L2滿足且其與燃燒室火焰筒內(nèi)壁的距離不小于R2,其中，R1為燃燒室頭部擋板的半徑，R2為射流噴嘴的半徑;所述K個(gè)主燃料噴嘴140均勻設(shè)置于在燃燒室機(jī)匣前壁的以燃燒室機(jī)匣前壁中心為圓心的圓周上，主燃料噴嘴出口段位于射流噴嘴內(nèi)，所述主燃料噴嘴140與射流噴嘴130同軸設(shè)置，其出口端朝向燃燒室火焰筒110，且其出口平面與射流噴嘴出口平面之間的距離L1可進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0013]優(yōu)選地，所述燃燒室火焰筒的外壁設(shè)置有多個(gè)肋，用于增強(qiáng)燃燒室火焰筒110和空氣之間的換熱，避免產(chǎn)生過熱點(diǎn)。
[0014]優(yōu)選地，所述燃燒室火焰筒110為圓筒型結(jié)構(gòu)，所述燃燒室頭部擋板170為圓形平板，二者采用高溫合金材料制成，燃燒室機(jī)匣的前壁采用不銹鋼材料制成，其余部分采用碳鋼材料制成。
[0015]本發(fā)明還提供了一種柔和燃燒室的控制方法，用于控制上述柔和燃燒室燃燒，其包括:步驟A:低負(fù)荷下，空氣進(jìn)入值班噴嘴組件和射流噴嘴組件，向值班噴嘴組件供入燃料，空氣和燃料點(diǎn)火燃燒，燃燒室進(jìn)入點(diǎn)火狀態(tài);步驟B:隨著負(fù)荷提升，空氣流量增加，將供入值班噴嘴組件的燃料量逐步提高至最大值，然后逐步向射流噴嘴組件供入燃料，當(dāng)值班噴嘴組件和射流噴嘴組件的燃料量之和達(dá)到預(yù)定負(fù)荷時(shí)，逐漸減小值班噴嘴組件的燃料供應(yīng)，并保持預(yù)定負(fù)荷不變，直至值班噴嘴組件的燃料供應(yīng)降為零;步驟C:提高射流噴嘴組件供入的燃料量，直至其燃料量達(dá)到最大負(fù)荷。
[0016](三)有益效果
[0017]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)柔和燃燒室及其控制方法具有以下有益效果:
[0018](I)值班噴嘴組件在錐罩下游形成第一回流區(qū)，射流噴嘴組件在遠(yuǎn)離噴嘴的地方形成第二回流區(qū)，兩者共同作用在較大范圍內(nèi)形成回流，射流噴嘴組件產(chǎn)生的高速混合氣卷吸周圍的高溫?zé)煔庑纬筛邷氐脱醯幕旌衔铮趪娮斐隹诘南掠螀^(qū)實(shí)現(xiàn)柔和燃燒，有效降低了燃燒過程中的峰值火焰溫度，在保證燃燒室燃燒效率和燃燒室性能的前提下，可在較寬負(fù)荷范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)超低氮氧化物排放；
[0019](2)通過第一回流區(qū)和第二回流區(qū)形成的回流不僅形成了高溫低氧環(huán)境，還使得高溫?zé)煔馀c空氣/燃料混合氣摻混，高速混合氣不會直接快速燃燒，增加了煙氣停留時(shí)間，保證了燃燒充分，從而實(shí)現(xiàn)提高了燃燒效率；
[0020](3)燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊，為筒形燃燒室，可直接替換結(jié)構(gòu)相似的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室；
[0021](4)針對天然氣、煤制合成氣等多種工業(yè)燃料氣，可根據(jù)燃料氣的點(diǎn)火延遲時(shí)間、火焰?zhèn)鞑ニ俣?、燃料熱值等燃料特性調(diào)整主燃料噴嘴和射流噴嘴尺寸及相對位置，能夠適應(yīng)多種工業(yè)燃料氣；
[0022](5)通過在燃燒室前擋板上增加冷卻孔，有助于降低值班噴嘴錐罩溫度；
[0023](6)燃燒室火焰筒外壁設(shè)置有多個(gè)肋，用于增強(qiáng)燃燒室火焰筒和空氣之間的換熱，避免產(chǎn)生過熱點(diǎn)；
[0024](7)射流噴嘴出口端面與值班旋流噴嘴錐罩出口端面在同一平面，且均伸出燃燒室頭部擋板，有助于避免燃燒室頭部擋板溫度過高；
[0025](8)主燃料噴嘴還可以具有沿周向均勻分布的多個(gè)噴孔，以增強(qiáng)射流噴嘴內(nèi)空氣和燃料的混合。
【附圖說明】
[0026]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的柔和燃燒室的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為圖1所示柔和燃燒室的左視圖；
[0028]圖3為圖1所示柔和燃燒室工作狀態(tài)示意圖；
[0029]圖4為圖1所示柔和燃燒室值班旋流噴嘴的徑向旋流器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖5為圖1所示柔和燃燒室值班燃料噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031 ]圖6為圖1所示柔和燃燒室值班燃料噴嘴左視圖；
[0032]圖7為本發(fā)明實(shí)施例的柔和燃燒室控制方法的流程圖。
[0033]符號說明
[0034]100-柔和燃燒室；
[0035]110-燃燒室火焰筒； 120-值班旋流噴嘴；
[0036]130-射流噴嘴；140-主燃料噴嘴；
[0037]150-值班燃料噴嘴； 160-燃燒室機(jī)匣；
[0038]170-燃燒室頭部擋板；180-燃燒室過渡段；
[0039]Q1-半張角；θ2-切向旋流角；θ3-夾角；
[0040]H1-錐罩的高度;L1-主燃料噴嘴出口平面與射流噴嘴出口平面之間的距離;L2-射流噴嘴中心軸線與燃燒室中心軸線的距離；
[0041]R1-燃燒室頭部擋板的半徑;R2-射流噴嘴的半徑;R3-值班旋流噴嘴環(huán)形通道的半徑;R4-錐罩的出口半徑。
【具體實(shí)施方式】
[0042]本發(fā)明通過在燃燒室內(nèi)布置射流噴嘴、值班旋流噴嘴，利用射流噴嘴和值班旋流噴嘴的共同作用，在燃燒室內(nèi)部形成高效低壓損回流，混合氣體射流卷吸高溫?zé)煔庋杆傩纬筛邷氐脱醯幕旌衔?，減少了摻混時(shí)間，提升了摻混效率，可直接實(shí)現(xiàn)柔和燃燒，有效地降低燃燒過程中的峰值火焰溫度，從而實(shí)現(xiàn)超低氮氧化物排放。本發(fā)明在保證燃燒室燃燒效率和燃燒室性能的前提下，可在較寬負(fù)荷范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)超低氮氧化物排放，該燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊，適用于天然氣、煤制合成氣以及其他中低熱值合成氣的燃燒。
[0043]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0044]參見圖1至圖6，本發(fā)明第一實(shí)施例提供了一種柔和燃燒室100，包括:結(jié)構(gòu)組件和噴嘴組件；
[0045]結(jié)構(gòu)組件包括:燃燒室火焰筒110、燃燒室機(jī)匣160、燃燒室頭部擋板170和燃燒室過渡段180。燃燒室火焰筒110固定于燃燒室機(jī)匣內(nèi)壁，燃燒室頭部擋板170固定于燃燒室火焰筒進(jìn)口端，燃燒室火焰筒110、燃燒室頭部擋板170和燃燒室機(jī)匣160同軸設(shè)置，燃燒室火焰筒110與燃燒室機(jī)匣160之間形成環(huán)形空氣進(jìn)氣道，燃燒室頭部擋板170和燃燒室機(jī)匣前壁構(gòu)成燃燒室頭部，二者之間形成集氣腔，燃燒室機(jī)匣160連接壓氣機(jī)排氣缸，燃燒室過渡段180—端連接燃燒室火焰筒出口端，另一端連接透平進(jìn)口。
[0046]其中，燃燒室火焰筒110為圓筒型結(jié)構(gòu)，燃燒室頭部擋板170為圓形平板，二者采用高溫合金材料制成，燃燒室機(jī)匣前壁采用不銹鋼材料制成，其余部分采用碳鋼材料制成;燃燒室火焰筒外壁設(shè)置有多個(gè)肋，用于增強(qiáng)燃燒室火焰筒110和空氣之間的換熱，避免產(chǎn)生過熱點(diǎn)，肋的高度不超過5mm，寬度不超過10mm。
[0047]如圖2所示，噴嘴組件包括:一值班噴嘴組件和一組射流噴嘴組件;其中，
[0048]值班噴嘴組件包括:一值班旋流噴嘴120和一值班燃料噴嘴150，其中，
[0049]值班旋流噴嘴120設(shè)置在燃燒室頭部擋板的中心，包括本體、錐罩和徑向旋流器，本體為中空管狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部形成環(huán)形通道，本體出口端朝向燃燒室火焰筒110并連接錐罩，其進(jìn)口端設(shè)置徑向旋流器。值班旋流噴嘴120經(jīng)徑向旋流器與集氣腔相連通，集氣腔的空氣可通過徑向旋流器進(jìn)入值班旋流噴嘴的環(huán)形通道，并經(jīng)值班旋流噴嘴的錐罩進(jìn)入燃燒室火焰筒110。
[0050]如圖4所示，徑向旋流器具有沿周向均勻分布的N個(gè)旋流槽通道，旋流槽通道具有切向旋流角θ2，徑向旋流器通過旋流槽通道與集氣腔相連通，其中，切向旋流角θ2滿足:30°<θ2<60°，所述N多4，且N個(gè)旋流槽通道的橫截面積之和小于環(huán)形通道的橫截面積。
[0051 ] 錐罩出口端伸入燃燒室火焰筒110—定距離，該距離優(yōu)選20mm-80mm;錐罩的半張角9!滿足30°彡0^45°，錐罩的高度H1滿足:SR3SH1SR1，錐罩的出口半徑R4滿足:2R3彡R4彡Ri/2，其中，R1為燃燒室頭部擋板的半徑，R3為值班旋流噴嘴環(huán)形通道的半徑;優(yōu)選地，值班旋流噴嘴環(huán)形通道的半徑R3為15mm，錐罩的半張角，錐罩的高度出為40臟，錐罩出口半徑R4為40mm。
[0052]在燃燒室頭部擋板的以其中心為圓心的圓周上均勻布置M個(gè)孔，M個(gè)孔的位置與錐罩伸入燃燒室火焰的部分相對應(yīng)，集氣腔的氣體經(jīng)孔后產(chǎn)生氣流，氣流沖擊冷卻錐罩外側(cè)，可以避免錐罩過熱，孔徑小于3mm，所述M多16 ;優(yōu)選地，所述M取16，16個(gè)孔布置在半徑為24mm的圓周上，孔徑為2mm。在燃燒室頭部擋板上增加孔的起到冷卻作用，有助于降低值班旋流噴嘴錐罩的溫度。
[0053]值班燃料噴嘴150設(shè)置于燃燒室機(jī)匣前壁中心，其出口段位于值班旋流噴嘴的環(huán)形通道內(nèi)，值班燃料噴嘴150與值班旋流噴嘴120同軸設(shè)置，其出口端朝向燃燒室火焰筒110，且出口端與值班旋流噴嘴錐罩的底部在同一個(gè)平面內(nèi)，進(jìn)口端連接值班燃料供應(yīng)管路。
[0054]如圖5和圖6所示，值班燃料噴嘴出口端整體封閉，且在出口端面上沿與燃燒室中心軸線呈夾角θ3開設(shè)X個(gè)值班燃料進(jìn)孔，夾角θ3滿足:30°彡0660°，所述X彡4，；優(yōu)選地，所述X取4，值班燃料進(jìn)孔的孔徑為2mm，值班燃料噴嘴半徑為10mm。
[0055]射流噴嘴組件包括:K個(gè)射流噴嘴130以及配套的K個(gè)主燃料噴嘴140，其中，
[0056]K個(gè)射流噴嘴130均勻設(shè)置于在燃燒室頭部擋板的以燃燒室頭部擋板中心為圓心的圓周上，所述K多8，其出口端平行朝向燃燒室火焰筒110，進(jìn)口端與集氣腔相連通，射流噴嘴出口端伸入燃燒室火焰筒110—定距離，該距離與錐罩出口端伸入燃燒室火焰筒的距離相同，優(yōu)選為20mm-80mm。射流噴嘴出口端面與值班旋流噴嘴錐罩出口端面在同一平面，且均伸出燃燒室頭部擋板170，有助于避免燃燒室頭部擋板溫度過高。
[0057]射流噴嘴中心軸線與燃燒室中心軸線的距離1^2滿足:1^/2彡L2SSR1/^,且其與燃燒室火焰筒內(nèi)壁的距離不小于R2,其中，R1為燃燒室頭部擋板的半徑，R2為射流噴嘴的半徑，K個(gè)射流噴嘴的出口面積之和為值班旋流噴嘴環(huán)形通道出口面積的3?10倍;優(yōu)選地，射流噴嘴的半徑R2為16mm，射流噴嘴中心軸線與燃燒室中心軸線的距離L2S70mm，射流噴嘴中心軸線與燃燒室火焰筒內(nèi)壁的距離為24mm。
[0058]配套的K個(gè)主燃料噴嘴140均勻設(shè)置于在燃燒室機(jī)匣前壁的以燃燒室機(jī)匣前壁中心為圓心的圓周上，主燃料噴嘴出口段位于射流噴嘴內(nèi)，主燃料噴嘴140與射流噴嘴130同軸設(shè)置，其出口端朝向燃燒室火焰筒110，且其出口平面與射流噴嘴出口平面之間的距離L1可根據(jù)燃料進(jìn)行調(diào)節(jié)，其進(jìn)口端與主燃料供應(yīng)管路相連通;優(yōu)選地，所述K取8，八個(gè)主燃料噴嘴各自與射流噴嘴130同軸布置，主燃料噴嘴孔徑為射流噴嘴孔徑的1/6，主燃料噴嘴出口平面與射流噴嘴出口平面之間的距離LiSAOmm。主燃料噴嘴140還可以具有沿周向均勻分布的多個(gè)噴孔，以增強(qiáng)射流噴嘴內(nèi)空氣和燃料的混合。
[0059]如圖3所示，本發(fā)明第一實(shí)施例的柔和燃燒室，燃燒室工作時(shí)，空氣進(jìn)入值班旋流噴嘴和射流噴嘴，向值班燃料噴嘴和主燃料噴嘴分別供入值班燃料和主燃料，值班噴嘴組件在錐罩下游形成第一回流區(qū)，射流噴嘴組件在遠(yuǎn)離噴嘴的地方形成第二回流區(qū)，兩者共同作用在較大范圍內(nèi)形成回流，射流噴嘴組件產(chǎn)生的高速混合氣卷吸周圍的高溫?zé)煔庑纬筛邷氐脱醯幕旌衔铮趪娮斐隹诘南掠螀^(qū)實(shí)現(xiàn)柔和燃燒，有效降低了燃燒過程中的峰值火焰溫度，實(shí)現(xiàn)了超低氮氧化物排放;通過第一回流區(qū)和第二回流區(qū)形成的回流不僅形成了高溫低氧環(huán)境，還使得高溫?zé)煔馀c空氣/燃料混合氣摻混，高速混合氣不會直接快速燃燒，增加了煙氣停留時(shí)間，保證了燃燒充分，從而實(shí)現(xiàn)提高了燃燒效率。針對天然氣、煤制合成氣等多種工業(yè)燃料氣，可根據(jù)燃料氣的點(diǎn)火延遲時(shí)間、火焰?zhèn)鞑ニ俣?、燃料熱值等燃料特性調(diào)整主燃料噴嘴和射流噴嘴尺寸及相對位置，能夠適應(yīng)多種工業(yè)燃料氣。
[0060]本發(fā)明第二實(shí)施例還提供了一種柔和燃燒室的控制方法，用于控制上述柔和燃燒室的燃燒，如圖7所示，其包括:
[0061]步驟A:低負(fù)荷下，空氣進(jìn)入值班噴嘴組件和射流噴嘴組件，向值班噴嘴組件供入燃料，空氣和燃料點(diǎn)火燃燒，燃燒室進(jìn)入點(diǎn)火狀態(tài)；
[0062]具體地，在步驟A中，空氣進(jìn)入值班旋流噴嘴120和射流噴嘴130，向值班燃料噴嘴150供入燃料;供應(yīng)的燃料量的范圍為總?cè)剂狭康?%?30%。
[0063]步驟B:隨著負(fù)荷提升，空氣流量增加，將供入值班噴嘴組件的燃料量逐步提高至最大值，然后逐步向射流噴嘴組件供入燃料，當(dāng)值班噴嘴組件和射流噴嘴組件的燃料量之和達(dá)到預(yù)定負(fù)荷時(shí)，逐漸減小值班噴嘴組件的燃料供應(yīng)，并保持預(yù)定負(fù)荷不變，直至值班噴嘴組件的燃料供應(yīng)降為零。
[0064]具體地，在步驟B中，將供入值班燃料噴嘴的燃料量逐步提高至最大值，然后逐步向主燃料噴嘴140供入燃料，當(dāng)值班燃料噴嘴和主燃料噴嘴的燃料量之和達(dá)到預(yù)定負(fù)荷時(shí)，逐漸減小值班燃料噴嘴的燃料供應(yīng)，并保持預(yù)定負(fù)荷不變，直至值班燃料噴嘴燃料供應(yīng)降為零;預(yù)定負(fù)荷的燃料量為總?cè)剂狭康?0%?50 %。
[0065]步驟C:提高射流噴嘴組件供入的燃料量，直至其燃料量達(dá)到最大負(fù)荷。
[0066]具體地，在步驟C中，提高主燃料噴嘴供入的燃料量，直至其燃料量達(dá)到最大負(fù)荷；最大負(fù)荷的燃料量的范圍為總?cè)剂狭康?0%?100%。
[0067]其中，主燃料供應(yīng)管路、值班燃料供應(yīng)管路分別由調(diào)節(jié)閥控制，向主燃料噴嘴和值班燃料噴嘴供應(yīng)燃料，空氣流量可隨著燃燒室負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)。
[0068]在該實(shí)施例中，設(shè)置射流噴嘴速度為80m/s?160m/s，主燃料噴嘴速度為120m/s?200m/s，值班旋流噴嘴環(huán)形通道出口速度60m/s?120m/s，高速引射高溫?zé)煔獠⑴c之高效摻混后再與燃料混合，形成溫度1200 0C?1800 0C、氧濃度5 %?1 %的未燃混合物，實(shí)現(xiàn)了以高溫、低氧為特征的柔和燃燒。
[0069]需要說明的是，在附圖或說明書正文中，未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，均為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式，并未進(jìn)行詳細(xì)說明。此外，上述對各元件的定義并不僅限于實(shí)施例中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、形狀，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可對其進(jìn)行簡單地更改或替換，例如:
[0070](I)噴嘴組件還可以采用其他構(gòu)造，只要能夠完成相同的功能即可；
[0071](2)本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但這些參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)值；
[0072](3)實(shí)施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向，并非用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍；
[0073](4)上述實(shí)施例可基于設(shè)計(jì)及可靠度的考慮，彼此混合搭配使用或與其他實(shí)施例混合搭配使用，即不同實(shí)施例中的技術(shù)特征可以自由組合形成更多的實(shí)施例。
[0074]綜上所述，本發(fā)明提供的燃?xì)廨啓C(jī)柔和燃燒室及其控制方法，值班噴嘴組件在錐罩下游形成第一回流區(qū)，射流噴嘴組件在遠(yuǎn)離噴嘴的地方形成第二回流區(qū)，兩者共同作用在較大范圍內(nèi)形成回流，射流噴嘴組件產(chǎn)生的高速混合氣卷吸周圍的高溫?zé)煔庑纬筛邷氐脱醯幕旌衔?，在噴嘴出口的下游區(qū)實(shí)現(xiàn)柔和燃燒，有效降低了燃燒過程中的峰值火焰溫度，在保證燃燒室燃燒效率和燃燒室性能的前提下，可在較寬負(fù)荷范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)超低氮氧化物排放;通過第一回流區(qū)和第二回流區(qū)形成的回流不僅形成了高溫低氧環(huán)境，還使得高溫?zé)煔馀c空氣/燃料混合氣摻混，高速混合氣不會直接快速燃燒，增加了煙氣停留時(shí)間，保證了燃燒充分，從而實(shí)現(xiàn)提高了燃燒效率;該燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊，為筒形燃燒室，可直接替換結(jié)構(gòu)相似的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室;針對天然氣、煤制合成氣等多種工業(yè)燃料氣，可根據(jù)燃料氣的點(diǎn)火延遲時(shí)間、火焰?zhèn)鞑ニ俣?、燃料熱值等燃料特性調(diào)整主燃料噴嘴和射流噴嘴尺寸及相對位置，能夠適應(yīng)多種工業(yè)燃料氣;通過在燃燒室前擋板上增加冷卻孔，有助于降低值班噴嘴錐罩溫度;燃燒室火焰筒外壁設(shè)置有多個(gè)肋，用于增強(qiáng)燃燒室火焰筒和空氣之間的換熱，避免產(chǎn)生過熱點(diǎn)；射流噴嘴出口端面與值班旋流噴嘴錐罩出口端面在同一平面，且均伸出燃燒室頭部擋板，有助于避免燃燒室頭部擋板溫度過高;主燃料噴嘴還可以具有沿周向均勻分布的多個(gè)噴孔，以增強(qiáng)射流噴嘴內(nèi)空氣和燃料的混合。
[0075]以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種柔和燃燒室，其特征在于，包括:結(jié)構(gòu)組件、一值班噴嘴組件和一組射流噴嘴組件;其中， 所述結(jié)構(gòu)組件包括:燃燒室火焰筒(110)、燃燒室機(jī)匣(160)、燃燒室頭部擋板(170)，所述燃燒室頭部擋板(170)和燃燒室機(jī)匣前壁構(gòu)成燃燒室頭部； 所述值班噴嘴組件設(shè)置在燃燒室頭部的中心，該組射流噴嘴組件也設(shè)置在燃燒室頭部，并且該組射流噴嘴組件均勻設(shè)置于以燃燒室頭部中心為圓心的圓周上，在所述燃燒室火焰筒內(nèi)，所述值班噴嘴組件形成的第一回流區(qū)位于值班噴嘴組件出口端的下游位置，該組射流噴嘴組件形成的第二回流區(qū)位于第一回流區(qū)的下游位置，射流噴嘴組件燃燒產(chǎn)生的高速混合氣卷吸周圍的高溫低氧混合物，在燃燒室火焰筒內(nèi)實(shí)現(xiàn)柔和燃燒。2.如權(quán)利要求1所述柔和燃燒室，其特征在于，所述值班噴嘴組件包括:同軸設(shè)置的一值班旋流噴嘴(120)和一值班燃料噴嘴(150)，其中， 所述值班旋流噴嘴(120)設(shè)置在燃燒室頭部擋板的中心，包括:本體、錐罩和徑向旋流器，所述本體為中空管狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部形成環(huán)形通道，所述本體的出口端朝向燃燒室火焰筒(110)并與錐罩連接，其進(jìn)口端設(shè)置徑向旋流器； 所述值班燃料噴嘴(150)設(shè)置于燃燒室機(jī)匣前壁中心，其出口段位于值班旋流噴嘴的環(huán)形通道內(nèi)，其出口端朝向燃燒室火焰筒(110)，且與值班旋流噴嘴錐罩的底部在同一個(gè)平面內(nèi)。3.如權(quán)利要求2所述柔和燃燒室，其特征在于，所述徑向旋流器具有沿周向均勻分布的N個(gè)旋流槽通道，所述旋流槽通道具有切向旋流角θ2，其中Ν>4。4.如權(quán)利要求2所述柔和燃燒室，其特征在于，所述錐罩的出口端伸入燃燒室火焰筒(110)內(nèi)，所述錐罩的高度H1滿足:SR3SH1SR1，錐罩的出口半徑R4滿足:2R3彡R4彡Ri/2，其中，R1為燃燒室頭部擋板的半徑，R3為值班旋流噴嘴環(huán)形通道的半徑。5.如權(quán)利要求4所述柔和燃燒室，其特征在于，所述燃燒室頭部擋板的以其中心為圓心的圓周上均勻布置M個(gè)孔，M個(gè)孔的位置與錐罩伸入燃燒室火焰筒的部分相對應(yīng)，其中M多16。6.如權(quán)利要求2所述柔和燃燒室，其特征在于，所述值班燃料噴嘴的出口端整體封閉，且其出口端面上具有與燃燒室火焰筒中心軸呈夾角θ3的X個(gè)值班燃料進(jìn)孔，其中X多4。7.如權(quán)利要求1所述柔和燃燒室，其特征在于，所述射流噴嘴組件包括:K個(gè)射流噴嘴(130)以及配套的K個(gè)主燃料噴嘴(140 )，其中， 所述K個(gè)射流噴嘴(130)均勻設(shè)置于在燃燒室頭部擋板的以燃燒室頭部擋板中心為圓心的圓周上，其中K多8，其出口端平行朝向燃燒室火焰筒(110)，并伸入燃燒室火焰筒(110)內(nèi)，其出口端伸入燃燒室火焰筒的距離與錐罩出口端伸入燃燒室火焰筒的距離相同； 射流噴嘴中心軸線與燃燒室火焰筒中心軸線的距離1^2滿足=且其與燃燒室火焰筒內(nèi)壁的距離不小于R2,其中，R1為燃燒室頭部擋板的半徑，R2為射流噴嘴的半徑； 所述K個(gè)主燃料噴嘴(140)均勻設(shè)置于在燃燒室機(jī)匣前壁的以燃燒室機(jī)匣前壁中心為圓心的圓周上，主燃料噴嘴出口段位于射流噴嘴內(nèi)，所述主燃料噴嘴(140)與射流噴嘴(130)同軸設(shè)置，其出口端朝向燃燒室火焰筒(110)，且其出口平面與射流噴嘴出口平面之間的距離L1可進(jìn)行調(diào)節(jié)。8.如權(quán)利要求1所述柔和燃燒室，其特征在于，所述燃燒室火焰筒的外壁設(shè)置有多個(gè)肋，用于增強(qiáng)燃燒室火焰筒(110)和空氣之間的換熱，避免產(chǎn)生過熱點(diǎn)。9.如權(quán)利要求1所述柔和燃燒室，其特征在于，所述燃燒室火焰筒(110)為圓筒型結(jié)構(gòu)，所述燃燒室頭部擋板(170)為圓形平板，二者采用高溫合金材料制成，燃燒室機(jī)匣的前壁采用不銹鋼材料制成，其余部分采用碳鋼材料制成。10.—種柔和燃燒室的控制方法，用于控制權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的柔和燃燒室燃燒，其包括: 步驟A:低負(fù)荷下，空氣進(jìn)入值班噴嘴組件和射流噴嘴組件，向值班噴嘴組件供入燃料，空氣和燃料點(diǎn)火燃燒，燃燒室進(jìn)入點(diǎn)火狀態(tài)； 步驟B:隨著負(fù)荷提升，空氣流量增加，將供入值班噴嘴組件的燃料量逐步提高至最大值，然后逐步向射流噴嘴組件供入燃料，當(dāng)值班噴嘴組件和射流噴嘴組件的燃料量之和達(dá)到預(yù)定負(fù)荷時(shí)，逐漸減小值班噴嘴組件的燃料供應(yīng)，并保持預(yù)定負(fù)荷不變，直至值班噴嘴組件的燃料供應(yīng)降為零； 步驟C:提高射流噴嘴組件供入的燃料量，直至其燃料量達(dá)到最大負(fù)荷。
【文檔編號】F23R3/28GK106016362SQ201610322684
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】熊燕, 周子琛, 邵衛(wèi)衛(wèi), 張哲巔, 肖云漢
【申請人】中國科學(xué)院工程熱物理研究所