CN103512047A

CN103512047A - 一种用于化学回热循环的径向旋流双燃料喷嘴

Info

Publication number: CN103512047A
Application number: CN201310466974.4A
Authority: CN
Inventors: 郑洪涛; 魏星; 潘刚; 杨仁; 杨洪磊; 姜雨; 王春杰; 贾翔羽; 刘潇; 周春良
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2013-10-09
Filing date: 2013-10-09
Publication date: 2014-01-15

Abstract

本发明的目的在于提供一种用于化学回热循环的径向旋流双燃料喷嘴，包括水蒸汽通道外壁、主油路外壁、主油路内壁、副油路外壁、副油路内壁，水蒸汽通道外壁和主油路外壁之间构成水蒸汽通道，主油路外壁和主油路内壁之间构成主油路管道，副油路外壁和副油路内壁之间构成副油路管道，主油路外壁位于水蒸汽通道外壁内部，副油路外壁位于主油路内壁内部，主油路管道连通油路喷口，副油路管道通过副油路旋流片连通油路喷口，水蒸汽通道通过旋流片入口连通水蒸汽喷口，水蒸汽喷口处即主油路管道外侧周围设置有径向旋流片。本发明水蒸汽与空气掺混良好，降低了燃烧室排放，避免了熄火现象的发生，气体燃料在燃烧室中的组分分布更加均匀，提高了燃烧效率。

Description

一种用于化学回热循环的径向旋流双燃料喷嘴

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燃料喷嘴。

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。化学回热循环是先进燃气轮机循环技术之一。它通过回收排气余热加热水和燃油燃料，并使燃油燃料和高温蒸汽进行重整反应形成富含H2、CO等的气态重整气燃料，然后注入燃烧室进行燃烧。研究表明，如果柴油重整转化完全，重整气燃烧所产生的热量会比柴油燃烧释放的热量增加大约25%。燃烧室在燃气轮机启动阶段燃用燃油燃料，利用排气余热生成水蒸汽，并回注到燃烧室中，此时燃烧室内进行回注蒸汽燃油燃烧；当水蒸汽参数稳定后，将燃油注入到化学回热器中，燃油与水蒸汽进行重整反应形成重整气，此时燃烧室内油气混烧；当机组运行到一定工况，燃烧室单独燃烧重整气，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重整气燃料的功能，还要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，对于径向旋流双燃料喷嘴的设计显得尤为重要。

为了保证燃烧室的出口温度相同，重整气的质量流量要远大于燃油质量流量，使重整气的体积流量远大于燃油的体积流量。因此，喷嘴设计不合理，易导致重整气流速过大，与空气掺混效果不佳，流场难以组织，从而造成火焰拉长，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；燃油时水蒸汽通过喷嘴回注，减少了蒸汽回注设备的投入，但在蒸汽流速过大时会影响流场稳定性，蒸汽与空气掺混效果不佳，影响燃油和空气的接触，引起燃烧室熄火，该现象会严重影响燃气轮机的运行。

发明内容

本发明的目的在于提供能够保证蒸汽回注时与空气掺混良好，形成稳定回流区来稳定火焰，达到蒸汽回注后燃烧室不熄火，降低排放的目的一种用于化学回热循环的径向旋流双燃料喷嘴。

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径向旋流双燃料喷嘴，其特征是：包括水蒸汽通道外壁、主油路外壁、主油路内壁、副油路外壁、副油路内壁，水蒸汽通道外壁和主油路外壁之间构成水蒸汽通道，主油路外壁和主油路内壁之间构成主油路管道，副油路外壁和副油路内壁之间构成副油路管道，主油路外壁位于水蒸汽通道外壁内部，副油路外壁位于主油路内壁内部，主油路管道直接连通油路喷口，副油路管道通过副油路旋流片连通油路喷口，水蒸汽通道通过旋流片入口连通水蒸汽喷口，水蒸汽喷口处即主油路管道外侧周围设置有径向旋流片。

本发明还可以包括：

1、所述的径向旋流片有4-10片，沿主油路外壁均匀布置，在主油路外壁的横截面上，径向旋流片与主油路外壁相接触的点和主油路外壁的圆心的连线与该径向旋流片的夹角为-100°～100°。

2、所述的径向旋流片有8片，沿主油路外壁均匀布置，在主油路外壁的横截面上，径向旋流片与主油路外壁均相切。

3、径向旋流双燃料喷嘴本体的喷射方式包括三种：液体燃料与水蒸汽喷射、液体燃料与气体燃料喷射、气体燃料喷射。

4、所述的液体燃料与水蒸汽喷射的喷射方式为：当液体燃料流量小于或等于副油路通道的设计流量时，液体燃料依次通过副油路管道和副油路旋流片从油路喷口喷出进入燃烧室；当液体燃料流量大于副油路通道的设计流量时，液体燃料分别通过主油路管道和副油路通道、副油路旋流片从油路喷口喷出进入燃烧室；在液体燃料喷射的同时，水蒸汽通过水蒸汽通道、旋流片入口、径向旋流片由水蒸汽喷口喷出进入到燃烧室。

5、所述的液体燃料与气体燃料喷射的喷射方式为：气体燃料从水蒸汽通道进入旋流片入口，经径向旋流片形成的水蒸汽喷口喷出进入到燃烧室；当液体燃料流量小于或等于副油路通道的设计流量时，液体燃料依次通过副油路管道和副油路旋流片从油路喷口喷出进入燃烧室；当液体燃料流量大于副油路通道的设计流量时，液体燃料分别通过主油路管道和副油路通道、副油路旋流片从油路喷口喷出进入燃烧室。

6、所述的气体燃料喷射的喷射方式为：气体燃料从水蒸汽通道进入旋流片入口，经径向旋流片后由水蒸汽喷口喷出进入到燃烧室；当液体燃料流量小于或等于副油路通道的设计流量时，液体燃料依次通过副油路管道、副油路旋流片从油路喷口喷出进入燃烧室；当液体燃料流量大于副油路通道的设计流量时，液体燃料分别通过主油路管道和副油路通道、副油路旋流片从油路喷口喷出进入燃烧室。

本发明的优势在于：本发明采用了在水蒸汽管道布置径向旋流片，这样在进行燃油燃烧时，水蒸汽与空气掺混良好，形成稳定回流区，燃油在湿空气中燃烧，降低了燃烧室排放，避免了熄火现象的发生；在进行气体燃料燃烧时，气体燃料通过水蒸汽通道进入到燃烧室，使得气体燃料与空气的掺混较好，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为本发明的剖面结构示意图；

图2为本发明的水蒸汽通道径向旋流片叶片的剖面图；

图3为本发明的立体图。

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，本发明设计的径向旋流双燃料喷嘴主要包括水蒸汽通道2、水蒸汽通道外壁1、径向旋流片8、水蒸汽喷口6、主油路管道3、副油路管道4、副油路旋流片5、油路喷口7。

图2给出了化学回热循环的径向旋流双燃料喷嘴水蒸汽喷口的径向旋流片剖面图，从图中可以看出，旋流叶片8具有一定的旋向，旋流片8角度为90°，但不局限于90°，角度可以为-100°～100°，叶片数目不局限于8片，叶片数目可以为4～10片。

本发明是一种用于化学回热循环的径向旋流双燃料喷嘴，包括水蒸汽通道2、水蒸汽通道外壁1、径向旋流片8、水蒸汽喷口6、主油路管道3、副油路管道4、副油路旋流片5、油路喷口7，油路管道安装在水蒸汽通道2的中间，水蒸汽或气体燃料经位于水蒸汽通道2的径向旋流片8喷出，液体燃料通过主副油路喷口喷射到燃烧室。双燃料嘴采用双层管道布置，外层为水蒸汽通道2、内层为燃油通道。双燃料嘴水蒸汽通道2在喷嘴燃用液体燃料时供应水蒸汽，在燃用气体燃料时可以供应气体燃料。径向旋流双燃料喷嘴中的水蒸汽喷口6位于水蒸汽通道壁面的侧面，水蒸汽通过旋流片入口9进入水蒸汽喷口6，通过旋流片8进入到燃烧室。

本发明所设计的径向旋流双燃料喷嘴的工作过程共为三种情况：液体燃料与水蒸汽喷射，液体燃料与气体燃料喷射，气体燃料喷射。

喷嘴的具体喷射过程如下：

1、只喷射液体燃料，当液体燃料流量小于或等于副油路通道的设计流量时，液体燃料通过副油路管道4和副油路旋流片5从油路喷口7喷入燃烧室；当液体燃料流量大于副油路通道的设计流量时，液体燃料通过主油路管道3、副油路通道4和副油路旋流片5从油路喷口7喷入燃烧室。在液体燃料喷射的同时，水蒸汽通过水蒸汽通道2，旋流片入口9，径向旋流片8由水蒸汽喷口6喷入到燃烧室。

2、气液燃料同时喷射，气体燃料从水蒸汽通道2，进入旋流片入口9，经径向旋流片8形成的水蒸汽喷口喷入到燃烧室。当液体燃料流量小于或等于副油路通道的设计流量时，液体燃料通过副油路管道4和副油路旋流片5从油路喷口7喷入燃烧室；当液体燃料流量大于副油路通道的设计流量时，液体燃料通过主油路管道3、副油路通道4和副油路旋流片5从油路喷口7喷入燃烧室。

3、使用气体燃料时，气体燃料从水蒸汽通道2，进入旋流片入口9，经径向旋流片8后，由水蒸汽喷口6喷入到燃烧室。当液体燃料流量小于或等于副油路通道的设计流量时，液体燃料通过副油路管道4和副油路旋流片5从油路喷口7喷入燃烧室；当液体燃料流量大于副油路通道的设计流量时，液体燃料通过主油路管道3、副油路通道4和副油路旋流片5从油路喷口7喷入燃烧室。

通过在水蒸汽通道布置径向旋流片的方式，使得本发明的径向旋流双燃料喷嘴在燃用燃油时，水蒸汽能够快速与空气进行掺混，降低流速，形成稳定回流区，燃油能够与湿空气接触，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，同时降低了排放；本发明的径向旋流双燃料喷嘴在燃用气体燃料时，气体燃料能够从水蒸汽通道喷射，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

1.一种用于化学回热循环的径向旋流双燃料喷嘴，其特征是：包括水蒸汽通道外壁、主油路外壁、主油路内壁、副油路外壁、副油路内壁，水蒸汽通道外壁和主油路外壁之间构成水蒸汽通道，主油路外壁和主油路内壁之间构成主油路管道，副油路外壁和副油路内壁之间构成副油路管道，主油路外壁位于水蒸汽通道外壁内部，副油路外壁位于主油路内壁内部，主油路管道直接连通油路喷口，副油路管道通过副油路旋流片连通油路喷口，水蒸汽通道通过旋流片入口连通水蒸汽喷口，水蒸汽喷口处即主油路管道外侧周围设置有径向旋流片。

2.根据权利要求1所述的一种用于化学回热循环的径向旋流双燃料喷嘴，其特征是：所述的径向旋流片有4-10片，沿主油路外壁均匀布置，在主油路外壁的横截面上，径向旋流片与主油路外壁相接触的点和主油路外壁的圆心的连线与该径向旋流片的夹角为-100°～100°。

3.根据权利要求1所述的一种用于化学回热循环的径向旋流双燃料喷嘴，其特征是：所述的径向旋流片有8片，沿主油路外壁均匀布置，在主油路外壁的横截面上，径向旋流片与主油路外壁均相切。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种用于化学回热循环的径向旋流双燃料喷嘴，其特征是：径向旋流双燃料喷嘴本体的喷射方式包括三种：液体燃料与水蒸汽喷射、液体燃料与气体燃料喷射、气体燃料喷射。

5.根据权利要求4所述的一种用于化学回热循环的径向旋流双燃料喷嘴，其特征是：所述的液体燃料与水蒸汽喷射的喷射方式为：当液体燃料流量小于或等于副油路通道的设计流量时，液体燃料依次通过副油路管道和副油路旋流片从油路喷口喷出进入燃烧室；当液体燃料流量大于副油路通道的设计流量时，液体燃料分别通过主油路管道和副油路通道、副油路旋流片从油路喷口喷出进入燃烧室；在液体燃料喷射的同时，水蒸汽通过水蒸汽通道、旋流片入口、径向旋流片由水蒸汽喷口喷出进入到燃烧室。

6.根据权利要求4所述的一种用于化学回热循环的径向旋流双燃料喷嘴，其特征是：所述的液体燃料与气体燃料喷射的喷射方式为：气体燃料从水蒸汽通道进入旋流片入口，经径向旋流片形成的水蒸汽喷口喷出进入到燃烧室；当液体燃料流量小于或等于副油路通道的设计流量时，液体燃料依次通过副油路管道和副油路旋流片从油路喷口喷出进入燃烧室；当液体燃料流量大于副油路通道的设计流量时，液体燃料分别通过主油路管道和副油路通道、副油路旋流片从油路喷口喷出进入燃烧室。

7.根据权利要求4所述的一种用于化学回热循环的径向旋流双燃料喷嘴，其特征是：所述的气体燃料喷射的喷射方式为：气体燃料从水蒸汽通道进入旋流片入口，经径向旋流片后由水蒸汽喷口喷出进入到燃烧室；当液体燃料流量小于或等于副油路通道的设计流量时，液体燃料依次通过副油路管道、副油路旋流片从油路喷口喷出进入燃烧室；当液体燃料流量大于副油路通道的设计流量时，液体燃料分别通过主油路管道和副油路通道、副油路旋流片从油路喷口喷出进入燃烧室。