一種裂解燃氣?空氣快速摻混裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種裂解燃氣?空氣快速摻混裝置，包括外殼體、內(nèi)殼體、波瓣摻混器，內(nèi)殼體設(shè)置在外殼體里，內(nèi)殼體與外殼體之間形成旋流器空氣進氣流道，波瓣摻混器包括波瓣摻混結(jié)構(gòu)內(nèi)流道壁、波瓣凸結(jié)構(gòu)、波瓣凹結(jié)構(gòu)，波瓣凸結(jié)構(gòu)與波瓣凹結(jié)構(gòu)相間布置構(gòu)成環(huán)形結(jié)構(gòu)，波瓣摻混結(jié)構(gòu)內(nèi)流道壁連接環(huán)形結(jié)構(gòu)，波瓣摻混結(jié)構(gòu)內(nèi)流道壁形成連通富油裂解燃燒室的波瓣摻混結(jié)構(gòu)內(nèi)流道裂解燃氣入口，波瓣摻混器設(shè)置在內(nèi)殼體里，波瓣摻混結(jié)構(gòu)內(nèi)流道壁與內(nèi)殼體之間形成波瓣摻混空氣流道，波瓣摻混器的出口處設(shè)置安裝有旋流葉片的斜徑向流道，斜徑向流道的出口設(shè)置裂解燃氣?空氣摻混氣出口。本發(fā)明能夠完成裂解燃氣與空氣的快速摻混，降低貧燃區(qū)NOx的生成。
【專利說明】
一種裂解燃氣-空氣快速摻混裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及的是一種燃氣輪機燃燒室，具體地說是燃氣輪機燃燒室的摻混裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]低排放燃燒技術(shù)逐漸成為發(fā)動機燃燒技術(shù)的中心課題之一，針對這一問題研發(fā)了比如分級燃燒、富油-淬熄-貧油(RQL)、雙旋預(yù)混旋流(TAPS)、貧油預(yù)混預(yù)蒸發(fā)(LPP)、貧油多點噴射(LDI)等技術(shù)。這些技術(shù)已能滿足目前國際民航組織對排放的需要。RQL燃燒技術(shù)是眾多低排放燃燒技術(shù)中的佼佼者，富油區(qū)的燃燒是其燃燒技術(shù)實現(xiàn)的重要一環(huán)。在富油燃燒段中，燃油與空氣以高當量比(1.4-1.8)的比例混合并燃燒，產(chǎn)生大量高活性基團，這為之后的淬熄與貧油燃燒奠定了基礎(chǔ)。同時，富油燃燒區(qū)的溫度也是影響NOx生成的重要因素。首先，面臨的問題是，富油區(qū)不能采用氣膜式冷卻，以減少當量比燃燒產(chǎn)生氮氧化物;其次，燃燒區(qū)的溫度不宜過高，以避免熱力型NOx的生成。
[0003]為了解決這樣的問題，提出一種新的燃燒室控制策略一一富燃自裂解燃燒方式，該策略與RQL低排放燃燒室控制策略相似，首先燃油在高當量比條件下，在富燃裂解段進行反應(yīng)，由于燃料過多，燃燒火焰溫度較低，整個反應(yīng)區(qū)處在低溫還原氛圍中，空氣中的仏很難被氧化為NO，同時過剩的燃料會吸收燃燒區(qū)的熱量，進行蒸發(fā)和裂解，形成高能氫和小碳鏈碳氫成分，進一步降低了燃燒區(qū)溫度，初步以富油燃燒形式控制NOx的生成。然后，未完全燃燒的裂解燃料通過快速與混合空氣摻混，形成貧燃混合氣，在貧燃區(qū)再次燃燒，這種策略巧妙地避免了燃燒室恰當比燃燒的高溫區(qū)域的生成，從而達到降低污染物NOx排放的目的。但是，是否能夠保證裂解燃氣與空氣快速摻混，使裂解燃氣在貧燃區(qū)貧油燃燒仍是需要解決的一大難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供能夠完成裂解燃氣與空氣的快速摻混，降低貧燃區(qū)NOx生成的一種裂解燃氣-空氣快速摻混裝置。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明一種裂解燃氣-空氣快速摻混裝置，其特征是:包括外殼體、內(nèi)殼體、波瓣摻混器，內(nèi)殼體設(shè)置在外殼體里，內(nèi)殼體與外殼體之間形成旋流器空氣進氣流道，所述波瓣摻混器包括波瓣摻混結(jié)構(gòu)內(nèi)流道壁、波瓣凸結(jié)構(gòu)、波瓣凹結(jié)構(gòu)，波瓣凸結(jié)構(gòu)與波瓣凹結(jié)構(gòu)相間布置構(gòu)成環(huán)形結(jié)構(gòu)，環(huán)形結(jié)構(gòu)端部的中心為閉式結(jié)構(gòu)，波瓣摻混結(jié)構(gòu)內(nèi)流道壁連接環(huán)形結(jié)構(gòu)，波瓣摻混結(jié)構(gòu)內(nèi)流道壁形成連通富油裂解燃燒室的波瓣摻混結(jié)構(gòu)內(nèi)流道裂解燃氣入口，波瓣摻混器設(shè)置在內(nèi)殼體里，波瓣摻混結(jié)構(gòu)內(nèi)流道壁與內(nèi)殼體之間形成波瓣摻混空氣流道，波瓣摻混結(jié)構(gòu)內(nèi)流道裂解燃氣入口連通波瓣凸結(jié)構(gòu)，波瓣摻混空氣流道連通波瓣凹結(jié)構(gòu)，波瓣摻混器的出口處設(shè)置安裝有旋流葉片的斜徑向流道，旋流器空氣進氣流道連通斜徑向流道，斜徑向流道的出口設(shè)置裂解燃氣-空氣摻混氣出口。
[0007]本發(fā)明還可以包括:
[0008]1、波瓣摻混結(jié)構(gòu)內(nèi)流道裂解燃氣入口與波瓣凸結(jié)構(gòu)構(gòu)成波瓣摻混結(jié)構(gòu)內(nèi)流道，波瓣摻混結(jié)構(gòu)內(nèi)流道為收縮-漸擴形式。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)勢在于:
[0010]1、在燃氣輪機富油-淬熄-貧油(RQL)燃燒室燃燒技術(shù)領(lǐng)域的富油燃燒室與貧油燃燒室之間的連接段中，首次提出一種裂解燃氣-空氣快速摻混裝置。
[0011 ] 2、裂解燃氣和空氣都會流經(jīng)一個收縮-擴張通道，會使流體的流動速度快速增加，旋流器的作用是讓裂解燃氣-空氣進行快速摻混。
[0012]3、波瓣的收縮-擴張通道可以按比例調(diào)配，可使裂解燃氣、空氣按一定比例摻混。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明帶有富油燃燒室的裝配圖；
[0014]圖2為本發(fā)明的立體剖視圖；
[0015]圖3為本發(fā)明的平面剖視圖；
[0016]圖4為圖3剖切位置示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述:
[0018]結(jié)合圖1-4，本發(fā)明裂解燃氣-空氣快速摻混裝置包括旋流器空氣進氣流道I，波瓣摻混空氣流道2，安裝旋流葉片的斜徑向流道3，波瓣摻混結(jié)構(gòu)內(nèi)流道裂解燃氣入口 5，裂解燃氣-空氣摻混氣出口 6，旋流葉片7，波瓣摻混器8，波瓣凸結(jié)構(gòu)9也是波瓣摻混結(jié)構(gòu)內(nèi)流道裂解燃氣出口，波瓣凹結(jié)構(gòu)10也是波瓣摻混結(jié)構(gòu)外流道空氣出口，安裝旋流葉片的斜徑向流道出口 11，波瓣摻混結(jié)構(gòu)中心流道的閉式結(jié)構(gòu)12，旋流器14，該裝置與富油裂解燃燒室4安裝結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0019]其中旋流葉片7安裝在旋流器端部，波瓣摻混結(jié)構(gòu)中心流道為閉式結(jié)構(gòu)12，富油自裂解燃燒室4出口與波瓣結(jié)構(gòu)連接，由于波瓣結(jié)構(gòu)的凹凸變化，裂解燃氣13流入波瓣摻混器入口 5后將被分成多股，由波瓣凸結(jié)構(gòu)9流出。在波瓣外通道2，空氣也被分成多股，由波瓣凹結(jié)構(gòu)10流出，波瓣空氣通道10與波瓣裂解燃氣內(nèi)通道9成相間分布，可以控制比例摻混。波瓣結(jié)構(gòu)的出口連接旋流器，波瓣摻混結(jié)構(gòu)與旋流器之間形成收縮-漸擴通道9，波瓣結(jié)構(gòu)外流道空氣與裂解燃氣經(jīng)過收縮-漸擴通道9流出，裂解燃氣與空氣在波瓣結(jié)構(gòu)出口成相間分布，且流速降低，大量的空氣由旋流器空氣進口 3進入，經(jīng)旋流葉片7旋流后與來自波瓣結(jié)構(gòu)相間分布裂解燃氣-空氣摻混，最后從裂解燃氣-空氣摻混氣出口6流出，由于旋流空氣具有較大的旋轉(zhuǎn)動量，進一步加速了裂解燃氣-空氣的快速摻混，快速摻混的氣體進入下級燃燒室進行貧油燃燒。
[0020]由于波瓣摻混結(jié)構(gòu)中心流道為閉式結(jié)構(gòu)，裂解燃氣只能從波瓣凸結(jié)構(gòu)9流出。
[0021]波瓣摻混結(jié)構(gòu)內(nèi)流道為裂解燃氣流道，結(jié)構(gòu)上為收縮-漸擴形式，在收縮段主要為了加速裂解燃氣自身摻混，在擴張段主要為了降低裂解燃氣流速，提高其與外流道甚至旋流器的空氣慘混性能。
[0022]波瓣摻混結(jié)構(gòu)為凹凸相間布置，內(nèi)通道裂解燃氣通道和外通道空氣在波瓣結(jié)構(gòu)出口會相間分布。
[0023]旋流器內(nèi)部葉片是斜切形式的，其旋流葉片內(nèi)部空氣通道與軸向成一定角度，裂解燃氣-空氣摻混之后會受到旋流器的快速旋流作用，進一步使裂解燃氣-空氣進行快速摻混。
[0024]圖1和圖2共同說明了該波瓣摻混器的工作原理，富油自裂解燃燒室出口排出的裂解燃氣13首先通過波瓣摻混結(jié)構(gòu)內(nèi)流道入口 5進入，在波瓣出口與裂解燃氣將要摻混的空氣從摻混空氣通道2流入，由外流道空氣出口 10流出，強化由波瓣摻混結(jié)構(gòu)內(nèi)流道出口 9流出的裂解燃氣和外流道空氣出口 10流出的空氣摻混，此過程可以控制二者比例摻混。另一部分空氣從旋流器氣體流道I進入旋流葉片內(nèi)的斜徑向流道3，經(jīng)旋流葉片7旋流后，并在裂解燃氣-空氣摻混氣出口 6形成快速的旋轉(zhuǎn)氣流。由于旋流空氣具有較大的旋轉(zhuǎn)動量，進一步加速了裂解燃氣-空氣的快速摻混。
[0025]圖3進一步說明了該裂解燃氣-空氣快速摻混裝置的主要摻混結(jié)構(gòu)。波瓣摻混結(jié)構(gòu)內(nèi)流道為收縮-漸擴形式5、9，收縮段5加速了裂解燃氣自身摻混，在擴張段9降低了裂解燃氣流速，提高其與外流道空氣10摻混性能。外流道為收縮形式10，因為其通道相對摻混空氣通道2減小一半，所以為收縮形式?？焖俚妮S向氣流對火焰產(chǎn)生了一定的推舉作用，這使得下級貧油燃燒室的高溫區(qū)后移，有效避免了對摻混器高溫灼燒等不利因素，在此過程中也會起到穩(wěn)定火焰，防止不穩(wěn)定燃燒的作用。
[0026]圖4說明了圖3所選擇的剖切位置。
[0027]圖4中示意了旋流器的設(shè)計主要是為了和波瓣摻混器形成一個收縮-漸擴通道5，9以及給裂解燃氣和空氣提供一個良好的快速摻混方式，收縮-漸擴通道5，9和旋流器的共同作用使摻混氣速度進一步增加，產(chǎn)生推舉火焰，使高溫區(qū)遠離該裂解燃氣-空氣快速摻混裝置。
【主權(quán)項】
1.一種裂解燃氣-空氣快速摻混裝置，其特征是:包括外殼體、內(nèi)殼體、波瓣摻混器，內(nèi)殼體設(shè)置在外殼體里，內(nèi)殼體與外殼體之間形成旋流器空氣進氣流道，所述波瓣摻混器包括波瓣摻混結(jié)構(gòu)內(nèi)流道壁、波瓣凸結(jié)構(gòu)、波瓣凹結(jié)構(gòu)，波瓣凸結(jié)構(gòu)與波瓣凹結(jié)構(gòu)相間布置構(gòu)成環(huán)形結(jié)構(gòu)，環(huán)形結(jié)構(gòu)端部的中心為閉式結(jié)構(gòu)，波瓣摻混結(jié)構(gòu)內(nèi)流道壁連接環(huán)形結(jié)構(gòu)，波瓣摻混結(jié)構(gòu)內(nèi)流道壁形成連通富油裂解燃燒室的波瓣摻混結(jié)構(gòu)內(nèi)流道裂解燃氣入口，波瓣摻混器設(shè)置在內(nèi)殼體里，波瓣摻混結(jié)構(gòu)內(nèi)流道壁與內(nèi)殼體之間形成波瓣摻混空氣流道，波瓣摻混結(jié)構(gòu)內(nèi)流道裂解燃氣入口連通波瓣凸結(jié)構(gòu)，波瓣摻混空氣流道連通波瓣凹結(jié)構(gòu)，波瓣摻混器的出口處設(shè)置安裝有旋流葉片的斜徑向流道，旋流器空氣進氣流道連通斜徑向流道，斜徑向流道的出口設(shè)置裂解燃氣-空氣摻混氣出口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種裂解燃氣-空氣快速摻混裝置，其特征是:波瓣摻混結(jié)構(gòu)內(nèi)流道裂解燃氣入口與波瓣凸結(jié)構(gòu)構(gòu)成波瓣摻混結(jié)構(gòu)內(nèi)流道，波瓣摻混結(jié)構(gòu)內(nèi)流道為收縮-漸擴形式。
【文檔編號】F23R3/28GK106051826SQ201610416346
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月12日
【發(fā)明人】鄭洪濤, 邵志強, 張國強, 唐勝, 楊家龍, 李智明, 楊洪磊, 楊仁
【申請人】哈爾濱工程大學(xué)