CN103939944A - 一种用于化学回热循环的双瓣旋流式双燃料喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种用于化学回热循环的双瓣旋流式双燃料喷嘴，包括副油路通道壁、主油路通道壁、气路外壁、油路喷口，副油路通道壁内形成副油路通道，副油路通道壁的端部设置副油路旋流器，副油路旋流器连通油路喷口，主油路通道壁安装在副油路通道壁的外部并与副油路通道壁之间形成主油路通道，主油路通道连通油路喷口，气路外壁安装在主油路通道壁的外部并与主油路通道壁之间形成气路通道，气路外壁位于油路喷口的一端设置瓣式旋流腔，瓣式旋流腔的端面设置喷气孔，喷气孔与气路通道相连通。本发明降低流速，预增旋流度，加强气体燃料与空气间的掺混。在单独进行液体燃料燃烧时，还能够由气路进行水蒸汽回注，降低NOx排放。

Description

一种用于化学回热循环的双瓣旋流式双燃料喷嘴

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。化学回热循环是燃气轮机的一种先进循环方式，它利用燃气轮机排放的高温废气的余热来催化裂解柴油，生成的裂解气中包含燃烧更加容易的氢气、一氧化碳、甲烷等轻质燃料气，将这些生成的裂解气重新注入到燃烧室中，使得燃烧室内燃烧更稳定，在转化完全的情况下燃料裂解后燃烧释放的当量热量比燃料裂解前增加30%，而且富氢燃料具有更好的可燃性，可以降低燃烧温度，降低NOx排放，甚至可以降低到1ppm。化学回热循环燃气轮机(CRGT)的工作方式（启动燃用柴油，稳定后燃用裂解气）决定其在运行过程中会出现两种燃料混烧的工况，因此其燃烧室采用双燃料喷嘴。

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。在运行过程中，裂解气流量通常要大于燃油流量，并且流速过大，与空气掺混效果不佳，容易造成燃烧效率降低、火焰拉长、出口温度场均匀性变差等影响，恶化燃气轮机涡轮叶片的工作环境。

发明内容

本发明的目的在于提供加强气体燃料与空气间的掺混的一种用于化学回热循环的双瓣旋流式双燃料喷嘴。

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双瓣旋流式双燃料喷嘴，其特征是：包括副油路通道壁、主油路通道壁、气路外壁、油路喷口，副油路通道壁内形成副油路通道，副油路通道壁的端部设置副油路旋流器，副油路旋流器连通油路喷口，主油路通道壁安装在副油路通道壁的外部并与副油路通道壁之间形成主油路通道，主油路通道连通油路喷口，气路外壁安装在主油路通道壁的外部并与主油路通道壁之间形成气路通道，气路外壁位于油路喷口的一端设置瓣式旋流腔，瓣式旋流腔的端面设置喷气孔，喷气孔与气路通道相连通。

本发明还可以包括：

1、所述的瓣式旋流腔有两个，两个瓣式旋流腔之间夹角180±10度，两个瓣式旋流腔的圆心不重合，所述的喷气孔为斜向喷气孔。

2、每个瓣式旋流腔的端面上均设置1-3排喷气孔，每排喷气孔的数量为2-10个，且喷气孔与油路喷口轴线成20～90度角。

3、喷气孔的截面为方形、椭圆形和/或圆形。

4、所述的两个瓣式旋流腔之间夹角为180度，每个瓣式旋流腔的端面上均设置2排喷气孔，每排喷气孔的数量为7个，喷气孔与油路喷口轴线成45度角。

本发明的优势在于：本发明采用了双瓣旋流腔，使用管道突扩的方式降低了气流流速，并通过共计4排两个方向的有一定倾斜角度的喷气小孔，给了气体燃料一个初始的旋流速度，在减小气体燃料轴向速度的同时增加了旋流强度，通过本发明所述的喷嘴喷出的气体燃料，流速低，而且具有旋流效果，加强了燃料与空气间的掺混，强化了燃烧，燃烧效率提高、燃烧火焰缩短；在进行液体燃料燃烧时，气路还可以进行水蒸汽回注，降低高温区火焰温度，减小NOx生成。同时达到了提高燃烧效率和降低排放的目的。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的纵剖面结构图；

图3为本发明的瓣式旋流腔端面视图；

图4为本发明的气路纵剖面结构图。

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，本发明设计的用于化学回热循环的双瓣旋流式双燃料喷嘴1主要包括油路2和气路3两部分，其中油路2包括副油路旋流器4、副油路通道5以及主油路通道6；气路3包括两个瓣式旋流腔7、气路外壁9与主油路通道6外壁构成的气路进气通道8、以及4排斜向喷气孔10。气路采用双瓣旋流腔7，油路管道安装在气路3的中间，气流通过油路管道和气路管壁之间的通道进如双瓣旋流腔，气体燃料经4排共计28个斜向孔10喷出，液体燃料通过主、副油路喷射到燃烧室，在单独进行液体燃料燃烧时可以通过气路管道回注水蒸汽。

喷嘴的气路3可以在喷嘴燃用液体燃料时进行水蒸汽回注。

喷嘴包含两个瓣式腔体，形状相同，沿轴线呈180°旋转而得。

斜向喷气孔10对称分布在周线两侧旋流腔出口面上，在每个瓣式腔体上有1～3排，每排数量为2～10个，均匀布置在瓣式腔体端面，倾斜方向相反，与喷嘴轴线成20°～90°角。

喷气孔10的截面可为方形、椭圆形和圆形。

本发明所设计的双燃料喷嘴的工作过程共有三种工作情况：喷射液体燃料，喷射液体燃料同时伴随水蒸气，液体燃料与气体燃料同时喷射。

喷嘴具体工作过程如下：

1、对于液体燃料，当工况较低时，液体燃料通过副油路管道5和副油路旋流器4喷入燃烧室；当工况高时，液体燃料通过主油路管道6、副油路管道5和副油路旋流器4喷入燃烧室。

2、同时燃用液体燃料和气体燃料时，气体燃料通过气路外壁9与主油路通道6外壁构成的气路进气通道8，进入两个瓣式旋流腔7，经由瓣式旋流腔出口界面上的4排喷气孔喷入燃烧室。

3、燃用液体燃料同时伴随水蒸气时，液体燃料仍通过油路2、经由主油路管道6、副油路管道5和副油路旋流器4喷入燃烧室，水蒸气使用气路通道，经由气路进气通道8，进入两个瓣式旋流腔7，经由瓣式旋流腔出口面上的4排喷气孔喷入燃烧室。

如图3所示，本发明的双燃料喷嘴气路通道的两个瓣式旋流腔环绕中心轴呈180°分布，形状完全一致，喷出气体方向相反。

如图4所示，每个瓣式旋流腔上有2排喷气小孔，但不局限于2排，可以是1～3排；每排共计7个喷气小孔，数量不局限于7，可以为2～10个；喷气小孔不局限于圆孔，还可以使用椭圆孔或者方形孔；喷气小孔轴线与喷嘴中心轴线夹角不局限于45°，可以是20°～90°。

本发明的用于化学回热循环的双瓣旋流式双燃料喷嘴，在气路瓣式旋流腔喷嘴中，采用管道突扩的方式降低旋流腔内气流速度，采用倾斜孔的喷射方式给气流增加了一定的预旋流速度，有助于气体燃料与空气的掺混燃烧，缩短了燃烧火焰；在进行液体燃料燃烧时，气路可以进行蒸汽回注，有效降低燃烧室内的燃烧温度，从而降低燃烧室出口NOx排放。

本发明是一种用于化学回热循环的双瓣旋流式双燃料喷嘴，包括气路管道、瓣式旋流腔、主油路管道、副油路管道、副油路旋流器。油路管道安装在气路的中间并与气路外壁之间形成气路通道，气路通过此通道流入两个瓣式腔体，由于管道面积突扩而速度有所下降、最后经由四排倾斜喷气孔喷出，液体燃料通过主副油路喷射到燃烧室，在单独进行液体燃料燃烧时可以通过气路回注水蒸汽。

双燃料喷嘴气路包括两个瓣式旋流腔，两个腔体绕中心轴线呈180°分布。

双燃料喷嘴气路瓣式腔体上包括斜向喷气孔，对称分布在周线两侧，在每个瓣式腔体上有1～3排，每排数量为2～10个，均匀布置在瓣式腔体端面，倾斜方向相反，与喷嘴轴线成20°～90°角。

双燃料喷嘴气路瓣式腔体上的喷气孔的截面可为方形、椭圆形和圆形。

双燃料喷嘴在气体燃料通道和油路中间布置了一个空气通道。

气路可以在喷嘴燃用液体燃料时进行水蒸汽回注。

Claims (5)

1.一种用于化学回热循环的双瓣旋流式双燃料喷嘴，其特征是：包括副油路通道壁、主油路通道壁、气路外壁、油路喷口，副油路通道壁内形成副油路通道，副油路通道壁的端部设置副油路旋流器，副油路旋流器连通油路喷口，主油路通道壁安装在副油路通道壁的外部并与副油路通道壁之间形成主油路通道，主油路通道连通油路喷口，气路外壁安装在主油路通道壁的外部并与主油路通道壁之间形成气路通道，气路外壁位于油路喷口的一端设置瓣式旋流腔，瓣式旋流腔的端面设置喷气孔，喷气孔与气路通道相连通。

2.根据权利要求1所述的一种用于化学回热循环的双瓣旋流式双燃料喷嘴，其特征是：所述的瓣式旋流腔有两个，两个瓣式旋流腔之间夹角180±10度，两个瓣式旋流腔的圆心不重合，所述的喷气孔为斜向喷气孔。

3.根据权利要求2所述的一种用于化学回热循环的双瓣旋流式双燃料喷嘴，其特征是：每个瓣式旋流腔的端面上均设置1-3排喷气孔，每排喷气孔的数量为2-10个，且喷气孔与油路喷口轴线成20～90度角。

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双瓣旋流式双燃料喷嘴，其特征是：喷气孔的截面为方形、椭圆形和/或圆形。

5.根据权利要求3所述的一种用于化学回热循环的双瓣旋流式双燃料喷嘴，其特征是：所述的两个瓣式旋流腔之间夹角为180度，每个瓣式旋流腔的端面上均设置2排喷气孔，每排喷气孔的数量为7个，喷气孔与油路喷口轴线成45度角。