本發明涉及燃氣輪機燃燒室結構設計，具體涉及一種燃料分級燃燒器。

背景技術：

1、能源行業對電站燃氣輪機低碳排放技術改進的需求日益增長。具有燃氫能力的燃氣輪機是主要技術途徑，而富氫燃料有別于常規燃料，所以燃氣輪機燃燒室中通常所采用的擴散燃燒和預混燃燒技術均不再適用。因此需根據富氫燃料成分的特點通過開發新的燃燒技術和改進燃燒室結構，推動燃氣輪機技術的進一步發展。

2、目前，通常采用微預混使燃料與空氣在摻混更加均勻更貧燃的條件下燃燒，微預混燃燒技術雖然在降低氮氧化物(nox)排放和提高燃燒效率方面具有顯著優勢，但也存在一些弊端和挑戰。回火風險：氫氣的燃燒速度快，容易引發回火現象，特別是在高速流動條件下，回火問題可能導致燃燒不穩定和安全性問題。燃燒不穩定性：氫氣火焰傳播速度快，容易引起燃燒不穩定性，包括振蕩和共振現象。混合不均勻：氫氣密度低，射流穿透能力弱，容易被高速氣流快速卷走，導致噴注后的氫氣無法在大流量、高速進口氣流中得到充分摻混，存在局部燃料集中、過富的現象，帶來局部當量比高和高溫熱點的問題，進而生成大量的nox。因此需要開發燃料靈活分級的燃燒技術，使燃燒器在整機運行各個工況下均能實現低污染穩定燃燒。

3、現有專利cn113091094b公開了一種應用于燃氣輪機燃燒室噴嘴及噴嘴中預混燃料和空氣的方法，噴嘴包括燃料輸送總管、燃料流道以及燃料空氣預混管。燃料輸送總管設有多個燃料出孔，每個燃料出孔對應至少一個燃料流道。燃料空氣預混管為多個，燃料空氣預混管設有燃料噴孔，燃料由燃料輸送總管進入，經過燃料出孔進入燃料流道，經過燃料噴孔進入燃料空氣預混管與其中預先進入的空氣混合形成混合物，混合物由燃料空氣預混管噴出。該噴嘴和方法能夠保證整個噴嘴具有良好的燃料與空氣預混均勻性，不足之處在于只有一級燃料分配，低負荷工況下容易熄火或火焰穩定性差，尤其是燃燒氫燃料時，熄火后氫燃料逃逸容易導致安全事故。

4、現有專利cn118423714a公開了一種燃氣輪機多噴嘴陣列燃料分級燃燒器頭部，由值班級噴嘴、一級主燃噴嘴、二級主燃噴嘴、燃燒室端部冷卻板、值班級燃料配氣腔、一級主燃燃料配氣腔以及二級主燃燃料配氣腔等部分組成，采用燃料分級分區的噴嘴布置形式，由內向外逐級增加負荷；通過控制燃燒室端部冷卻板上氣膜孔的面積和側向進氣孔的面積，來保證冷卻氣膜孔的速度低于噴嘴速度，且冷卻氣膜孔傾斜開孔不影響燃燒火焰；每一級燃料管均有獨立的燃料配氣腔進行配氣，保障配氣的均勻性和燃料調節的靈活性。

5、綜上所述，以上兩個現有專利均未完全實現燃料可以在燃氣輪機燃燒室中低污染穩定燃燒。

技術實現思路

1、基于上述技術問題，本發明提出一種燃料分級燃燒器，解決現有技術中燃料不能在燃氣輪機燃燒室中低污染穩定燃燒的問題。具體技術方案如下：

2、一種燃料分級燃燒器，包括同心設置的內側噴嘴和外側的機匣，還包括所述噴嘴和所述機匣之間的多個連接管，所述機匣有多個分級機匣燃料腔，所述機匣的外側連接多個與所述分級機匣燃料腔相對應的燃料入口管，所述連接管包括多個進氣通道，所述噴嘴包括噴嘴外壁和所述噴嘴外壁內側的多根噴嘴微管，所述噴嘴外壁與所述噴嘴微管的管壁之間的間隙形成噴嘴燃料腔，所述噴嘴燃料腔分隔為多個區，所述噴嘴微管上均設有燃料噴孔。

3、進一步的，所述機匣包括多個燃料腔隔板，所述燃料腔隔板用于將機匣燃料腔分隔為多個分級機匣燃料腔。

4、進一步的，所述機匣是環形組件，所述機匣上設有環形燃料腔，所述燃料腔隔板包括第一燃料腔隔板，所述第一燃料腔隔板用于將所述環形燃料腔沿軸向分隔為多個環形機匣燃料腔。

5、進一步的，所述燃料腔隔板還包括第二燃料腔隔板，所述第二燃料腔隔板位于所述環形機匣燃料腔中，所述第二燃料腔隔板用于將所述環形機匣燃料腔分隔為多個分級機匣燃料腔。

6、進一步的，所述分級機匣燃料腔的腔體容積逐級增大。

7、進一步的，所述連接管的一端連接所述環形燃料腔的內側壁，所述連接管的另一端連接所述噴嘴的外側壁。

8、進一步的，所述連接管中設有連接管隔板，所述連接管隔板用于將所述連接管分隔為多個進氣通道，所述多個環形機匣燃料腔與所述多個進氣通道一一對應。

9、進一步的，所述連接管隔板與所述第一燃料腔隔板連接。

10、進一步的，所述噴嘴為環形柱狀組件，所述多根噴嘴微管等間距排列在噴嘴外壁的內側，所述噴嘴微管沿軸向設置。

11、進一步的，所述噴嘴微管貫穿所述噴嘴的兩個端面，所述噴嘴微管包括微管入口和微管出口，所述燃料噴孔開設于靠近所述微管入口的一端。

12、進一步的，所述噴嘴外壁與所述噴嘴微管的管壁之間的間隙形成噴嘴燃料腔，所述噴嘴還包括多個分區隔板，所述分區隔板用于對所述噴嘴燃料腔進行分隔。

13、進一步的，所述分區隔板包括第一分區隔板，所述第一分區隔板用于將所述噴嘴燃料腔沿周向分隔為多個扇環形噴嘴燃料腔。

14、進一步的，所述分區隔板還包括第二分區隔板和第三分區隔板，所述第二分區隔板和所述第三分區隔板位于所述扇環形噴嘴燃料腔中，所述第二分區隔板的一端與所述噴嘴的側壁連接，所述第三分區隔板的一端與所述噴嘴靠近所述微管入口的端面連接，所述第二分區隔板的另一端和所述第三分區隔板的另一端垂直連接。

15、進一步的，所述第二分區隔板與所述連接管隔板連接。

16、進一步的，所述噴嘴微管上設有凸起彎曲部，所述燃料噴孔開設于所述凸起彎曲部凸起的一側。

17、基于上述技術方案，與現有技術相比，本發明至少具有如下有益效果：

18、1.本發明提出的一種燃料分級燃燒器，設置分級燃料腔，升負荷路徑多，調整不同燃料級的當量比，可滿足全工況范圍內安全穩定燃燒。

19、2.本發明提出的一種燃料分級燃燒器，噴嘴主體由數百根微管組成，實現微預混低污染燃燒，同時噴嘴微管分區多，便于實現多種燃料分級方案。

20、3.本發明提出的一種燃料分級燃燒器，單個連接管劃分為多個進氣通道，可以減少連接管數量及接口，并減少對空氣場的影響。

21、4.本發明提出的一種燃料分級燃燒器，實現氫燃料與空氣微混合，提高燃料與空氣摻混均勻性，避免局部燃燒溫度過高，從而降低燃燒室內氮氧化物的排放，保護環境。

技術特征：

1.一種燃料分級燃燒器，其特征在于：包括同心設置的內側噴嘴和外側的機匣，還包括所述噴嘴和所述機匣之間的多個連接管，所述機匣有多個分級機匣燃料腔，所述機匣的外側連接多個與所述分級機匣燃料腔相對應的燃料入口管，所述連接管包括多個進氣通道，所述噴嘴包括噴嘴外壁和所述噴嘴外壁內側的多根噴嘴微管，所述噴嘴外壁與所述噴嘴微管的管壁之間的間隙形成噴嘴燃料腔，所述噴嘴燃料腔分隔為多個區，所述噴嘴微管上均設有燃料噴孔。

2.根據權利要求1所述的燃料分級燃燒器，其特征在于：所述機匣包括多個燃料腔隔板，所述燃料腔隔板用于將機匣燃料腔分隔為多個分級機匣燃料腔。

3.根據權利要求2所述的燃料分級燃燒器，其特征在于：所述機匣是環形組件，所述機匣上設有環形燃料腔，所述燃料腔隔板包括第一燃料腔隔板，所述第一燃料腔隔板用于將所述環形燃料腔沿軸向分隔為多個環形機匣燃料腔。

4.根據權利要求3所述的燃料分級燃燒器，其特征在于：所述燃料腔隔板還包括第二燃料腔隔板，所述第二燃料腔隔板位于所述環形機匣燃料腔中，所述第二燃料腔隔板用于將所述環形機匣燃料腔分隔為多個分級機匣燃料腔。

5.根據權利要求4所述的燃料分級燃燒器，其特征在于：所述分級機匣燃料腔的腔體容積逐級增大。

6.根據權利要求3所述的燃料分級燃燒器，其特征在于：所述連接管的一端連接所述環形燃料腔的內側壁，所述連接管的另一端連接所述噴嘴的外側壁。

7.根據權利要求6所述的燃料分級燃燒器，其特征在于：所述連接管中設有連接管隔板，所述連接管隔板用于將所述連接管分隔為多個進氣通道，所述多個環形機匣燃料腔與所述多個進氣通道一一對應。

8.根據權利要求7所述的燃料分級燃燒器，其特征在于：所述連接管隔板與所述第一燃料腔隔板連接。

9.根據權利要求7所述的燃料分級燃燒器，其特征在于：所述噴嘴為環形柱狀組件，所述多根噴嘴微管等間距排列在所述噴嘴外壁的內側，所述噴嘴微管沿軸向設置。

10.根據權利要求9所述的燃料分級燃燒器，其特征在于：所述噴嘴微管貫穿所述噴嘴的兩個端面，所述噴嘴微管包括微管入口和微管出口，所述燃料噴孔開設于靠近所述微管入口的一端。

11.根據權利要求10所述的燃料分級燃燒器，其特征在于：所述噴嘴外壁與所述噴嘴微管的管壁之間的間隙形成噴嘴燃料腔，所述噴嘴還包括多個分區隔板，所述分區隔板用于對所述噴嘴燃料腔進行分隔。

12.根據權利要求11所述的燃料分級燃燒器，其特征在于：所述分區隔板包括第一分區隔板，所述第一分區隔板用于將所述噴嘴燃料腔沿周向分隔為多個扇環形噴嘴燃料腔。

13.根據權利要求12所述的燃料分級燃燒器，其特征在于：所述分區隔板還包括第二分區隔板和第三分區隔板，所述第二分區隔板和所述第三分區隔板位于所述扇環形噴嘴燃料腔中，所述第二分區隔板的一端與所述噴嘴的側壁連接，所述第三分區隔板的一端與所述噴嘴靠近所述微管入口的端面連接，所述第二分區隔板的另一端和所述第三分區隔板的另一端垂直連接。

14.根據權利要求13所述的燃料分級燃燒器，其特征在于：所述第二分區隔板與所述連接管隔板連接。

15.根據權利要求10所述的燃料分級燃燒器，其特征在于：所述噴嘴微管上設有凸起彎曲部，所述燃料噴孔開設于所述凸起彎曲部凸起的一側。

技術總結
本發明公開了一種燃料分級燃燒器，涉及燃氣輪機燃燒室結構設計技術領域。包括：同心設置的機匣和噴嘴及兩者之間的連接管，機匣上設有多個分級機匣燃料腔，機匣外側連接有與分級機匣燃料腔相對應的燃料入口管，噴嘴由噴嘴外壁和多根噴嘴微管組成，噴嘴外壁與噴嘴微管管壁的間隙形成噴嘴燃料腔，噴嘴燃料腔分隔為多個區，連接管中設有多個進氣通道。燃料由燃料入口管進入分級機匣燃料腔，通過不同進氣通道進入噴嘴燃料腔的不同區，從噴嘴微管的燃料噴孔噴入，與空氣摻混形成均勻的預混氣，最后從微管出口噴出。本發明不僅能形成溫度分布均勻的燃燒場，同時分級機匣燃料腔可依次開啟形成多種組合路徑，調整各級燃料當量比可有效調整燃燒模態。

技術研發人員：段冬霞,黃以民,趙光軍,靳景偉,王昆,辛芳,王海連
受保護的技術使用者：國家電投集團北京重燃能源科技發展有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28