CN103939942B - 一种催化剂和等离子体协同催化燃料的强化旋流喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种催化剂和等离子体协同催化燃料的强化旋流喷嘴，内电极包裹于阻挡介质陶瓷管内，端部封闭，外电极上、下部的内壁与陶瓷管外壁构成环形放电空间，多孔催化剂套管置于其中，通过同轴固定盘固定，外电极上部连接有燃料入口，外电极下部设有用于安装整个喷嘴的法兰盘；喷嘴中心体伸入到喷嘴壳体中，形成强旋流通道，通过螺纹连接，喷嘴壳体上开有多个斜切孔使燃料通过后形成较大的周向旋流速度，强化旋流。本发明将催化剂和低温等离子体协同催化作用与燃料强旋流技术相结合，可以使其发生重整反应转化为高热值燃料，增加活性产物，提高其燃烧特性，使火焰温度升高，同时改善燃料在燃烧室内的流场分布特性，保证燃烧稳定性。

Description

一种催化剂和等离子体协同催化燃料的强化旋流喷嘴

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

我国的中低热值燃气来源广泛，总量巨大，开发利用低热值燃气资源对我国能源供给具有很重要的战略意义。燃用中低热值燃料的燃气轮机技术目前正在被广泛推展开来。中低热值燃料在燃气轮机燃烧中存在许多问题，如难以点燃和控制，燃烧时容易出现回火或吹熄现象，热值过低导致燃烧温度不足，头部燃料气和空气掺混不均匀，火焰拉长，燃烧不稳定，为防止火焰烧及涡轮叶片而导致燃气轮机燃烧室轴向尺寸过大等。

低温等离子体催化是实现等离子体化学反应过程低能耗、高收率、高选择性的一种极其有效的途径，可有效解决单独使用催化剂催化化学反应过程中需要很高温度的问题。通过催化剂和介质阻挡放电产生的低温等离子体之间的协同催化作用，能够快速有效地促进反应的进行，将中低热值燃料重整为高热值燃料，增加产物活性，改善点火和燃烧特性，提高火焰温度。

旋流器是一种有效提高燃料旋流的器件，经过旋流器可形成稳定回流区，缩短火焰长度进而降低燃烧室轴向尺寸，节省空间。

发明内容

本发明的目的在于提供改善燃料在燃烧室内的流场分布特性、缩短火焰长度的一种催化剂和等离子体协同催化燃料的强化旋流喷嘴。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种催化剂和等离子体协同催化燃料的强化旋流喷嘴，其特征是：包括协同作用反应器组件、强化旋流喷嘴组件，协同作用反应器组件包括外电极、内电极、陶瓷管，内电极完全包裹于下端封闭的陶瓷管内部，外电极安装在陶瓷管外部，外电极与陶瓷管之间安装多孔式催化剂套管，内电极与外电极组成环形放电空间，外电极包括外电极上部、外电极下部，强化旋流喷嘴组件包括喷嘴壳体、喷嘴中心体，喷嘴壳体的下端部通过外螺纹与外电极下部的下端部内螺纹相连，喷嘴壳体其余部分位于外电极下部里，喷嘴中心体的上端部通过螺纹连接到喷嘴壳体中，喷嘴中心体的其余部分位于喷嘴壳体里并与喷嘴壳体构成环形的旋流通道，喷嘴壳体上设置斜切孔，外电极上部设置燃料入口，燃料从燃料入口进入，经多孔式催化剂套管后，从斜切孔进入旋流通道，通过喷嘴壳体端部的锥形喷射孔喷出。

本发明还可以包括：

1、陶瓷管的下端部和多孔式催化剂套管的下端部安装同轴固定盘，同轴固定盘为花瓣式结构，其外径与外电极内径相同从而保证内电极和外电极之间放电空间的轴向一致性。

2、外电极上部和外电极下部通过分别设置在连接处的内、外螺纹连接，连接处均设置有切口。

3、喷嘴中心体的头部为锥形，与喷嘴壳体端部的锥形喷射孔的内锥形收缩段保持角度相同。

4、所述的斜切孔有10排，每排8个，沿喷嘴壳体轴向均匀布置。

本发明的优势在于：本发明将催化剂和低温等离子体协同催化作用与燃料强旋流技术有效相结合，中低热值燃料经过催化剂和介质阻挡放电产生的低温等离子体协同催化作用后，可以使其发生重整反应转化为高热值燃料，增加活性产物，提高其燃烧特性，使火焰温度升高，经过强化旋流喷嘴组件喷出后，可以充分强化旋流，改善燃料在燃烧室内的流场分布特性，形成稳定的回流区，缩短火焰长度，保证燃烧稳定性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为A-A视图；

图3为B-B视图；

图4为同轴固定盘结构示意图。

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1～4，本发明主要包括协同作用反应器组件和强化旋流喷嘴组件等，协同作用反应器组件主要包括端部固定螺母1、陶瓷管2、头部密封垫圈3、内电极4、外电极上部5、燃料入口6、多孔式催化剂套管7、电极密封垫圈8、紧固螺钉9、同轴固定盘10和外电极下部11。其中端部固定螺母1用于固定绝缘陶瓷管2，并通过外螺纹与低温等离子体电源连接。外电极上部5和燃料入口6设计为一体式结构，燃料入口6端部设有法兰盘，连接进气系统管道。内电极4完全包裹于下端封闭的陶瓷管2内部，与外电极上部5和外电极下部11一起组成环形放电空间。多孔式催化剂套管7被置于环形放电空间中，通过同轴固定盘10固定。同轴固定盘10可保证内外电极之间放电空间的轴向一致性，防止因陶瓷管2的歪斜挤压催化剂套管7而造成放电间隙过小发生电击穿损坏喷嘴，其结构如图4所示。同轴固定盘10通过紧固螺钉9固定于陶瓷管2下端部。当燃料由入口6进入到协同作用反应器组件中后，利用燃料本身预热温度，在催化剂和低温等离子体的协同作用下即可发生重整反应，增加产物活性，提高燃料热值，改善燃烧特性。由于燃料进入到协同作用反应器组件内的方向沿着径向，燃料在反应器内为旋转式前进，增加了其驻留时间，提高了高热值产物的选择性。外电极上下部通过设置在结合处的内外螺纹连接，端部开有切口，方便拆装。

强化旋流喷嘴组件主要包括喷嘴中心体13、喷嘴壳体14和固定垫圈12。喷嘴中心体13通过螺纹连接到喷嘴壳体14中，构成环形的强旋流通道。中心体头部设计为锥形，与喷组壳体下部的内锥形收缩段保持角度相同，保证强旋流通道一致性。在喷嘴壳体14上沿轴向布置有10排直径为2mm的8个斜切孔，如图3所示。

强化旋流组件通过喷嘴壳体上的外螺纹与协同作用反应器组件的外电极下部11的内螺纹相连，通过喷嘴密封垫圈15进行密封，保证燃料全部由喷嘴喷出，整个强旋流组件置于外电极下部11内部，节省空间。

在燃料供给压力作用下，经过协同重整后的高热值燃料由喷嘴壳体14外壁进入到环形的强旋流通道内形成旋流，通过喷嘴壳体14端部的锥形喷射孔旋流而出，进入燃烧空间，在提高燃料热值的同时改善燃料在燃烧室内的流场分布特性，形成稳定的回流区，缩短火焰长度，保证燃烧稳定性。

Claims (9)

1.一种催化剂和等离子体协同催化燃料的强化旋流喷嘴，其特征是：包括协同作用反应器组件、强化旋流喷嘴组件，协同作用反应器组件包括外电极、内电极、陶瓷管，内电极完全包裹于下端封闭的陶瓷管内部，外电极安装在陶瓷管外部，外电极与陶瓷管之间安装多孔式催化剂套管，内电极与外电极组成环形放电空间，外电极包括外电极上部、外电极下部，强化旋流喷嘴组件包括喷嘴壳体、喷嘴中心体，喷嘴壳体下端部通过外螺纹与外电极下部的下端部内螺纹相连，喷嘴壳体其余部分位于外电极下部里，喷嘴中心体的上端部通过螺纹连接到喷嘴壳体中，喷嘴中心体的其余部分位于喷嘴壳体里并与喷嘴壳体构成环形的旋流通道，喷嘴壳体上设置斜切孔，外电极上部设置燃料入口，燃料从燃料入口进入，经多孔式催化剂套管后，从斜切孔进入旋流通道，通过喷嘴壳体下端部的锥形喷射孔喷出。

2.根据权利要求1所述的一种催化剂和等离子体协同催化燃料的强化旋流喷嘴，其特征是：陶瓷管的下端部和多孔式催化剂套管的下端部安装同轴固定盘，同轴固定盘为花瓣式结构，其外径与外电极内径相同从而保证内电极和外电极之间放电空间的轴向一致性。

3.根据权利要求1或2所述的一种催化剂和等离子体协同催化燃料的强化旋流喷嘴，其特征是：外电极上部和外电极下部通过分别设置在连接处的内、外螺纹连接，连接处均设置有切口。

4.根据权利要求1或2所述的一种催化剂和等离子体协同催化燃料的强化旋流喷嘴，其特征是：喷嘴中心体的头部为锥形，与喷嘴壳体下端部的锥形喷射孔的内锥形收缩段保持角度相同。

5.根据权利要求3所述的一种催化剂和等离子体协同催化燃料的强化旋流喷嘴，其特征是：喷嘴中心体的头部为锥形，与喷嘴壳体下端部的锥形喷射孔的内锥形收缩段保持角度相同。

6.根据权利要求1或2所述的一种催化剂和等离子体协同催化燃料的强化旋流喷嘴，其特征是：所述的斜切孔有10排，每排8个，沿喷嘴壳体轴向均匀布置。

7.根据权利要求3所述的一种催化剂和等离子体协同催化燃料的强化旋流喷嘴，其特征是：所述的斜切孔有10排，每排8个，沿喷嘴壳体轴向均匀布置。

8.根据权利要求4所述的一种催化剂和等离子体协同催化燃料的强化旋流喷嘴，其特征是：所述的斜切孔有10排，每排8个，沿喷嘴壳体轴向均匀布置。

9.根据权利要求5所述的一种催化剂和等离子体协同催化燃料的强化旋流喷嘴，其特征是：所述的斜切孔有10排，每排8个，沿喷嘴壳体轴向均匀布置。