CN104180397B - 预混合值班喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预混合值班喷嘴，包括喷嘴外壳、旋流器、限流孔板、内流通道壁面，其特征在于，喷嘴外壳分为径向段、轴向段和扩张段，在径向段与端盖形成的通道中布置有与端盖中的值班喷嘴燃料通道相连通的燃料进气管，燃料进气管上设置有燃料喷口。本发明实施例通过设置径向空气引气方式以及径向混合段，在提高燃料与空气混合性能的同时大大降低了喷嘴的轴向长度。燃料与空气混合性能的提高有利于降低污染物的排放。喷嘴轴向长度的降低有利于提高燃烧室头部布置的协调性，从而降低燃气轮机燃烧室的使用和维护成本。

Description

预混合值班喷嘴

技术领域

本发明涉及气体燃料预混燃烧领域，尤其涉及一种预混合值班喷嘴。

背景技术

由于环境保护的要求越来越严格，在近年来的燃气轮机燃烧器中越来越多地使用预混燃烧的方式来降低氮氧化物(NOx)的排放。

图1显示了一种典型的采用预混燃烧方式的燃烧室头部结构。值班喷嘴1布置在中心，多个主喷嘴2均匀地布置在值班喷嘴1周围。主喷嘴2均采用预混燃烧模式以减少污染物排放。值班喷嘴1采用扩散燃烧模式，目的是稳定地维持预混燃烧。值班喷嘴1在扩张段133形成稳定的扩散火焰，作为主喷嘴2生成预混火焰的火种使用，由此维持预混燃烧。尽管值班喷嘴1的扩散火焰对于稳定燃烧有一定的好处，但是扩散火焰的温度高，而NOx得生成量是随着温度的升高成指数增长的。值班喷嘴1的扩散火焰对于控制NOx排放非常不利。

为了进一步降低NOx排放，可以将值班喷嘴由扩散燃烧模式改为预混燃烧模式。燃料与空气混合的均匀程度是决定氮氧化物(NOx)排放量以及燃烧是否完全的重要指标。混合越均匀，污染物排放越少。为了保证良好的混合性能，预混喷嘴的混合段要有足够的长度。

但是，如果混合长度太长，更容易导致回火，燃烧稳定性下降。

发明内容

本发明实施例提供一种预混合值班喷嘴，能够在在提高燃料与空气混合性能的同时缩短喷嘴的轴向长度。

本发明实施例采用如下技术方案：

一种预混合值班喷嘴，包括喷嘴外壳、旋流器、限流孔板、内流通道壁面，喷嘴外壳分为径向段、轴向段和扩张段，在径向段与端盖形成的通道中布置有与端盖中的值班喷嘴燃料通道相连通的燃料进气管，燃料进气管上设置有燃料喷口。

可选的，径向段与轴向段光滑过渡。

可选的，扩张段扩张角的范围为：25°～40°。

可选的，径向段与轴向段的总长度范围为：150mm～250mm。

可选的，径向段的长度不低于50mm。

可选的，在径向段前端设置有整流罩，整流罩一端与径向段相连，另一端与端盖相连。

可选的，整流罩上布置有若干整流孔，孔的直径范围为2mm～5mm，开孔率在20％～42％之间。

可选的，至少有一排燃料进气管绕值班喷嘴的轴线周向均布，每排燃料进气管的数量为4～8个，燃料进气管与径向段进口的距离在5mm～15mm之间。

可选的，每个燃料进气管的两侧设置有3～12个燃料喷口，燃料喷口均布于燃料进气管上，燃料喷口的直径在1mm～2mm之间。

基于上述技术方案，本发明实施例的预混合值班喷嘴采用预混燃烧模式，有效控制喷嘴扩张段的燃烧温度，进而降低该区域污染物NOx的生成量，保护环境。该值班喷嘴增加了径向混合段，在保证混合段长度的基础上降低了整个喷嘴的轴向距离，使燃烧室头部整体布局以及值班喷嘴与主喷嘴的配合更加合理。燃料从径向混合段进入喷嘴，值班喷嘴与主喷嘴的燃料进气管长度均变短，节省材料，降低了燃料进气管的振动，同时由于增加了径向混合段，燃料可以在径向混合段基本混合均匀。该预混合喷嘴的进口段增加的整流装置，使进入值班喷嘴的气流更加均匀，且可以通过控制整流罩上的开孔率方便的控制值班喷嘴与主喷嘴的流量分配。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术预混燃烧燃烧室头部结构的示意图；

图2为本发明实施例燃烧室头部结构截面示意图；

图3为本发明实施例燃烧室头部结构立体示意图；

图4为本发明实施例值班喷嘴结构截面示意图；

图5为本发明实施例端盖与值班喷嘴结构立体示意图。

图中：1-值班喷嘴；11-燃料进气管；111-燃料喷口；12-整流罩；121-整流孔；13-喷嘴外壳；131-径向段；132-轴向段；133-扩张段；14-旋流器；15-限流孔板；151-限流孔；16-内流通道壁面；2-主喷嘴；21-主喷嘴燃料进气管；24-主喷嘴出口；4-基板；5-端盖；51-值班喷嘴燃料进口；52-主喷嘴燃料进口；53-值班喷嘴燃料通道；54-主喷嘴燃料通道；7-喷嘴通道。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种预混合值班喷嘴，包括喷嘴外壳13、旋流器14、限流孔板15、内流通道壁面16，其特征在于喷嘴外壳13分为径向段131、轴向段132和扩张段133，在径向段131与端盖5形成的通道中布置有与端盖5中的值班喷嘴燃料通道53相连通的燃料进气管11，燃料进气管11上设置有燃料喷口111；

可选的，径向段131与轴向段132光滑过渡；

可选的，扩张段133扩张角的范围为：25°～40°；

可选的，径向段131与轴向段132的总长度范围为：150mm～250mm；

可选的，径向段131的长度不低于50mm；

可选的，在径向段131前端设置有整流罩12，整流罩12一端与径向段131相连，另一端与端盖5相连；

可选的，整流罩12上布置有若干整流孔121，孔的直径范围为2mm～5mm，开孔率在20％～42％之间；

可选的，至少有一排燃料进气管11绕值班喷嘴的轴线周向均布，每排燃料进气管11的数量为4～8个，燃料进气管11与径向段131进口的距离在5mm～15mm之间；

可选的，每个燃料进气管11的两侧设置有3～12个燃料喷口111，燃料喷口111均布于燃料进气管11上，燃料喷口111的直径在1mm～2mm之间。

下面结合附图对本发明实施例的预混合值班喷嘴做进一步的说明。

图2为本发明燃烧室头部结构截面示意图。来自压气机的空气分别进入到值班喷嘴1和主喷嘴2中。通过控制值班喷嘴1和主喷嘴2的进气面积可以调整二者的空气流量分配。值班喷嘴1和主喷嘴2分别由端盖5上的值班喷嘴燃料进口51和主喷嘴燃料进口52引进燃料。

图3为本发明燃烧室头部结构立体示意图。由于值班喷嘴1与主喷嘴2都与端盖5连接，并且二者的出口在同一平面上，所以值班喷嘴1与主喷嘴2的轴向长度要一致。当值班喷嘴1的轴向长度增长时，主喷嘴燃料进气管21也要增长，将会带来结构布置，振动等方面的问题。

图4为本发明值班喷嘴结构截面示意图。一种值班喷嘴，喷嘴外壳13、旋流器14、限流孔板15、内流通道壁面16，喷嘴外壳13分为径向段131、轴向段132和扩张段133，在径向段131与端盖5形成的通道中布置有与端盖5中的值班喷嘴燃料通道53相连通的燃料进气管11，燃料进气管11上设置有燃料喷口111。喷嘴外壳13的分段导致其形成的喷嘴通道7也分为径向段、轴向段和扩张段。喷嘴通道7需要有大致光滑的内表面以保证气体在流动过程中不发生明显分离，所以喷嘴外壳13的径向段131与轴向段132需要满足光滑过渡。为了保证燃料与空气的混合物能够在扩张段133内形成稳定的燃烧区，扩张段133扩张角的范围为：25°～40°。

燃料进气管11布置在径向段131与端盖5构成的通道中，即喷嘴通道7的径向段。燃料进气管11布置在径向段131中使得燃料和空气在径向段就开始混合。为了保证燃料与空气混合均匀，径向段131与轴向段132的总长度范围在150mm～250mm之间。径向段131的长度在50mm以上时才能达到较好的减少值班喷嘴1轴向长度的效果。燃料进气管11的位置、分布以及燃料喷口111的位置和方向均对混合性能有影响。优选的，燃料进气管11的数量为4～8个，绕值班喷嘴1的轴线周向均布，与径向段进口的距离在5mm～10mm之间。优选的，每个燃料进气管11在垂直于来流空气的两侧分别设置3～12个燃料喷口111，燃料喷口111均布于燃料进气管11上，燃料喷口111直径在1mm～2mm之间。

在径向段131入口处设置有整流罩12，整流罩上布置有若干整流孔121。空气穿过整流罩12上的整流孔121进入到喷嘴通道7，使进入值班喷嘴的气流更加均匀，从而促进燃料与空气的混合。优选的，整流孔121的直径范围为2mm～5mm，开孔率在20％～42％之间。在传统喷嘴中，空气进气面积一般是通过调整喷嘴的直径来确定，当喷嘴加工完成后就很难再更改它的进气面积。本发明通过控制整流罩上的开孔率可以很方便地控制值班喷嘴与主喷嘴的流量分配。特别是在试验阶段，快速调整流量分配对于节省试验时间和制造成本非常有利。

本发明实施例的预混合值班喷嘴采用预混燃烧模式，有效控制喷嘴扩张段的燃烧温度，进而降低该区域污染物NOx的生成量，保护环境。该值班喷嘴增加了径向混合段，在保证混合段长度的基础上降低了整个喷嘴的轴向距离，使燃烧室头部整体布局以及值班喷嘴与主喷嘴的配合更加合理。燃料从径向混合段进入喷嘴，值班喷嘴与主喷嘴的燃料进气管长度均变短，节省材料，降低了燃料进气管的振动，同时由于增加了径向混合段，燃料可以在径向混合段基本混合均匀。该预混合喷嘴的进口段增加的整流装置，使进入值班喷嘴的气流更加均匀，且可以通过控制整流罩上的开孔率方便的控制值班喷嘴与主喷嘴的流量分配。

本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种预混合值班喷嘴，包括喷嘴外壳、旋流器、限流孔板、内流通道壁面，其特征在于，喷嘴外壳分为径向段、轴向段和扩张段，在径向段与端盖形成的通道中布置有与端盖中的值班喷嘴燃料通道相连通的燃料进气管，燃料进气管上设置有燃料喷口。

2.如权利要求1所述的预混合值班喷嘴，其特征在于，径向段与轴向段光滑过渡。

3.如权利要求1所述的预混合值班喷嘴，其特征在于，扩张段扩张角的范围为：25°～40°。

4.如权利要求1所述的值班喷嘴，其特征在于，径向段与轴向段的总长度范围为：150mm～250mm。

5.如权利要求1所述的预混合值班喷嘴，其特征在于，径向段的长度不低于50mm。

6.如权利要求1所述的预混合值班喷嘴，其特征在于，在径向段前端设置有整流罩，整流罩一端与径向段相连，另一端与端盖相连。

7.如权利要求6所述的预混合值班喷嘴，其特征在于，整流罩上布置有若干整流孔，孔的直径范围为2mm～5mm，开孔率在20％～42％之间。

8.如权利要求1所述的预混合值班喷嘴，其特征在于，至少有一排燃料进气管绕值班喷嘴的轴线周向均布，每排燃料进气管的数量为4～8个，燃料进气管与径向段进口的距离在5mm～15mm之间。

9.如权利要求1所述的预混合值班喷嘴，其特征在于，每个燃料进气管的两侧设置有3～12个燃料喷口，燃料喷口均布于燃料进气管上，燃料喷口的直径在1mm～2mm之间。