CN103175222B - 一种用于化学回热循环的空气助燃双燃料喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种用于化学回热循环的空气助燃双燃料喷嘴，包括气体燃料通道外壁、主油路壁、副油路壁、油路喷口，主油路壁设置在气体燃料通道外壁里，副油路壁设置在主油路壁里，副油路壁内部为中空、形成副油路管道，主油路壁与副油路壁之间构成主油路管道，副油路管道的端部设置副油路旋流器，副油路旋流器的出口和主油路管道均连通油路喷口。本发明燃油可以直接与空气进行接触，而水蒸汽与助燃空气和旋流器进来的空气也能够快速掺混形成湿空气环境，降低燃烧室排放；在进行气体燃料燃烧时，在助燃空气和旋流器进来的空气双重掺混的作用下，气体燃料在燃烧室中的组分分布将更加均匀，可以有效缩短燃烧火焰，提高燃烧效率。

Description

一种用于化学回热循环的空气助燃双燃料喷嘴

技术领域

本发明涉及的是一种燃气轮机，具体地说是燃气轮机的喷嘴。

背景技术

燃气轮机由于具有结构简单、单机功率大、重量尺寸小、机动性好等优点，被广泛地应用于航空、船舶、电力、石油等诸多工业领域。因此，对常规燃机应用技术进行技术改造和性能优化，成为解决能源危机和环境污染问题的重要课题。化学回热循环是一种新型先进循环方式。它主要利用燃机排气的低端余热产生过热蒸汽，在催化剂作用下燃油-蒸汽裂解生成甲烷、氢气和一氧化碳等气态燃料。研究表明，如果柴油裂解完全，裂解气燃烧所产生的热量会比柴油燃烧释放的热量增加大约30%。化学回热循环燃机运行过程中，启动时采用柴油燃烧，此时利用水对烟气余热进行回收，生成水蒸汽并回注到燃烧室，燃烧室呈现蒸汽回注燃油燃烧状态；当水蒸汽的参数稳定时，燃油注入到化学回热器，与水蒸气进行裂解反应形成裂解气，燃烧室呈现油气混烧状态；当机组运行到一定工况，燃烧室单独燃烧裂解气，因此，要求化学回热燃气轮机燃烧室不但具有单独燃用燃油或裂解气燃料的功能，还具有蒸汽回注以及两种燃料混烧的功能。喷嘴作为燃烧室的重要组件，其性能的优劣将直接影响点火、燃烧效率、燃烧稳定性、温度分布和排气污染等方面的性能，同时也会影响火焰筒和涡轮叶片的寿命，因此为了满足化学回热循环燃机的要求，对于双燃料喷嘴的设计显得尤为重要。

为了保证进入燃烧室的出口温度相同，裂解气的质量流量要远远大于燃油质量流量，流速太大，裂解气与空气掺混不好，流场难以组织，容易造成火焰拉长，燃烧室出口温度场均匀性降低，恶化燃气轮机涡轮叶片的工作环境；燃油时水蒸汽通过气路回注，减少了蒸汽回注设备的投入，但在蒸汽流速过大时会在燃油周围形成屏蔽层，引起燃烧室熄火，对燃机的运行造成严重影响。

发明内容

本发明的目的在于提供采用空气助燃技术，保证蒸汽回注时燃油能够与空气直接接触，达到燃油燃烧不熄火，降低排放的目的，同时又能够在进行气体燃料燃烧时加强空气与燃料间的掺混，达到在燃烧室中燃料分布合理，缩短火焰长度，提高燃烧效率的一种用于化学回热循环的空气助燃双燃料喷嘴。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种用于化学回热循环的空气助燃双燃料喷嘴，其特征是：包括气体燃料通道外壁、主油路壁、副油路壁、油路喷口，主油路壁设置在气体燃料通道外壁里，副油路壁设置在主油路壁里，副油路壁内部为中空、形成副油路管道，主油路壁与副油路壁之间构成主油路管道，副油路管道的端部设置副油路旋流器，副油路旋流器的出口和主油路管道均连通油路喷口。

本发明还可以包括：

1、在气体燃料通道外壁和主油路壁之间设置空气通道外壁，气体燃料通道外壁和空气通道外壁之间构成气体燃料通道，空气通道外壁和主油路壁之间构成空气通道。

2、气体燃料通道外壁的端部和空气通道外壁的端部之间设置气体燃料旋流盘，空气通道外壁的端部和主油路壁的端部之间设置空气旋流盘，气体燃料旋流盘和空气旋流盘上分别设置气体燃料喷口和空气喷口。

3、气体燃料喷口与油路喷口中轴线的夹角为30～60度。

4、空气喷口与油路喷口中轴线的夹角为30～60度。

5、气体燃料喷口的旋向和空气喷口的旋向相反。

6、气体燃料喷口的形状为圆形或方形，空气喷口的形状为圆形或方形。

本发明的优势在于：本发明采用了在油路管道和气体燃料通道布置空气通道的技术，这样在进行燃油燃烧时，燃油可以直接与空气进行接触，而水蒸汽与助燃空气和旋流器进来的空气也能够快速掺混形成湿空气环境，降低燃烧室排放；在进行气体燃料燃烧时，在助燃空气和旋流器进来的空气双重掺混的作用下，气体燃料在燃烧室中的组分分布将更加均匀，可以有效缩短燃烧火焰，提高燃烧效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2a为本发明的气体燃料喷口和空气喷口结构示意图a；图2b为本发明的气体燃料喷口和空气喷口结构示意图b；图2c为本发明的气体燃料喷口和空气喷口结构示意图c；图2d为本发明的气体燃料喷口和空气喷口结构示意图d；

图3a为本发明的气体燃料旋流盘示意图；图3b为图3a的A-A视图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～3，本发明设计的双燃料喷嘴1主要包括气体燃料通道外壁4、气体燃料旋流盘3、空气通道外壁7、空气旋流盘6、主油路管道8、副油路管道9、副油路旋流器10。主油路管道8和空气通道外壁7之间形成空气通道5，空气通道外壁7和气体燃料外壁4之间形成气体燃料通道2，油路管道安装在空气通道5的里面，气体燃料通道2位于空气通道5的外侧，气体燃料通过气体燃料旋流盘3上的气体燃料喷口13喷出，空气通过空气旋流盘6上的空气喷口12喷出，液体燃料通过主副油路喷口喷射到燃烧室，在燃用液体燃料时，气路可以回注水蒸汽，并与助燃空气快速掺混，形成湿空气燃烧环境。气体燃料通道2在喷嘴燃用液体燃料时供应水蒸汽，在燃用气体燃料时供应气体燃料。

本发明所设计的双燃料喷嘴的工作过程共为三种情况：液体燃料、水蒸汽以及助燃空气喷射，液体燃料、气体燃料以及助燃空气喷射，气体燃料和助燃空气喷射。

喷嘴的喷射过程如下：

1、对于液体燃料，当工况较低时，液体燃料通过副油路管道9和副油路旋流器10经油路喷口11喷入燃烧室；当工况高时，液体燃料通过主油路管道8、副油路管道9和副油路旋流器10经油路喷口11进入燃烧室。

2、水蒸汽和气体燃料共用同一通道，通过气体燃料通道2，经气体燃料旋流盘3上的气体燃料喷口13喷入到燃烧室，气体燃料通道在不供应气体燃料的情况下进行水蒸汽回注。

3、助燃空气通过空气通道5，经空气旋流盘6上的空气喷口12喷入到燃烧室。

其中，如图2所示，本发明的双燃料喷嘴气体燃料和空气喷口可以为方形和圆形，如图所示共有气体燃料喷口方形—空气喷口方形、气体燃料喷口圆形－空气喷口方形、气体燃料喷口方形－空气喷口圆形、气体燃料喷口圆形－空气喷口圆形四种不同的组合方式。

如图3所示，气体燃料旋流盘上的喷口与喷嘴的中轴线成一定倾角，夹角为30～60度，空气旋流盘上的喷口也如此，但气体燃料旋流盘上的喷口和空气旋流盘上的喷口旋向相反，这样有助于助燃空气与气体燃料（水蒸汽）之间的掺混。

通过布置助燃空气通道，使得本发明的双燃料喷嘴在燃用燃油时，燃油能够与空气直接接触，解决了水蒸汽对于燃油的屏蔽问题，防止了熄火现象的发生，而水蒸汽回注后也能与空气进行快速掺混，形成湿空气环境，降低了排放；本发明的双燃料喷嘴在燃用气体燃料时，气体燃料喷射后位于旋流器进来的空气和助燃空气之间，不同的旋流作用使得气体燃料与空气间的掺混良好，燃料组分在燃烧室内分布均匀，能够缩短气体燃料的燃烧火焰，提高燃烧效率。

Claims (6)

1.一种用于化学回热循环的空气助燃双燃料喷嘴，其特征是：包括气体燃料通道外壁、主油路壁、副油路壁、油路喷口，主油路壁设置在气体燃料通道外壁里，副油路壁设置在主油路壁里，副油路壁内部为中空、形成副油路管道，主油路壁与副油路壁之间构成主油路管道，副油路管道的端部设置副油路旋流器，副油路旋流器的出口和主油路管道均连通油路喷口；

在气体燃料通道外壁和主油路壁之间设置空气通道外壁，气体燃料通道外壁和空气通道外壁之间构成气体燃料通道，空气通道外壁和主油路壁之间构成空气通道。

2.根据权利要求1所述的一种用于化学回热循环的空气助燃双燃料喷嘴，其特征是：气体燃料通道外壁的端部和空气通道外壁的端部之间设置气体燃料旋流盘，空气通道外壁的端部和主油路壁的端部之间设置空气旋流盘，气体燃料旋流盘和空气旋流盘上分别设置气体燃料喷口和空气喷口。

3.根据权利要求2所述的一种用于化学回热循环的空气助燃双燃料喷嘴，其特征是：气体燃料喷口与油路喷口中轴线的夹角为30～60度。

4.根据权利要求2所述的一种用于化学回热循环的空气助燃双燃料喷嘴，其特征是：空气喷口与油路喷口中轴线的夹角为30～60度。

5.根据权利要求3或4所述的一种用于化学回热循环的空气助燃双燃料喷嘴，其特征是：气体燃料喷口的旋向和空气喷口的旋向相反。

6.根据权利要求5所述的一种用于化学回热循环的空气助燃双燃料喷嘴，其特征是：气体燃料喷口的形状为圆形或方形，空气喷口的形状为圆形或方形。