CN104315540B - 燃气轮机燃烧室预混燃料喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃气轮机技术领域，具体公开了一种燃气轮机燃烧室预混燃料喷嘴，包括：中心椎体，中心椎体为中空结构，中心椎体的中空腔为中心燃料通道；导流壳体，导流壳体套在中心椎体的外围且与中心椎体同轴布置，导流壳体与中心椎体之间为环形空气通道；径向燃料管，径向燃料管沿径向设置在中心椎体和导流壳体之间；副椎体，副椎体设置在径向燃料管上且与中心椎体平行布置，副椎体为中空结构，副椎体的中空腔通过径向燃料管与中心燃料通道连通，副椎体上设有燃料喷射孔。本发明能够通过合理控制燃料与空气的流动，产生较好的掺混效果，在喷嘴下游形成稳火焰。

Description

燃气轮机燃烧室预混燃料喷嘴

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，尤其涉及一种燃气轮机燃烧室预混燃料喷嘴。

背景技术

传统的燃气轮机燃烧室采用扩散燃烧技术，其污染物排放，尤其是氮氧化物排放较高。采用预混燃烧技术的燃烧室用于燃气轮机发电，属于清洁能源技术之一，可以在满足发电负荷要求的同时，有效的降低污染物的排放，这其中燃气轮机燃烧室喷嘴的设计对于组织燃烧、降低污染物排放尤为重要。

目前，在预混喷嘴的现有技术中，喷嘴后方容易存在附着在固体壁面及长期停留在混合通道内的稳定涡团，导致回火现象的发生，烧毁喷嘴头部，严重影响了燃气轮机的可靠性和安全性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种燃气轮机燃烧室预混燃料喷嘴，以克服现有技术中由于喷嘴后方容易存在附着在固体壁面及长期停留在混合通道内的稳定涡团，所导致的发生回火现象的问题，从而保证了喷嘴头不被烧毁，也保证了燃气轮机的安全性和可靠性。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种燃气轮机燃烧室预混燃料喷嘴，包括：

中心椎体，所述中心椎体为中空结构，所述中心椎体的中空腔为中心燃料通道；

导流壳体，所述导流壳体套在所述中心椎体的外围且与所述中心椎体同轴布置，所述导流壳体与所述中心椎体之间为环形空气通道；

径向燃料管，所述径向燃料管沿径向设置在所述中心椎体和导流壳体之间；

副椎体，所述副椎体设置在所述径向燃料管上且与所述中心椎体平行布置，所述副椎体为中空结构，所述副椎体的中空腔通过所述径向燃料管与所述中心燃料通道连通，所述副椎体上设置有燃料喷射孔。

优选地，所述径向燃料管为多个，多个所述径向燃料管沿周向均匀分布，每个所述径向燃料管上都设置有对应的副椎体。

优选地，所述径向燃料管为5～10个。

优选地，所述副椎体上的燃料喷射孔为多个，多个所述燃料喷射孔沿周向和/或轴向布置。

优选地，所述中心燃料通道的截面积与所述燃料喷射孔的总流通面积之比为1.5～4。

优选地，所述导流壳体的入口端设有向外延伸的喇叭收口。

(三)有益效果

本发明的燃气轮机燃烧室预混燃料喷嘴具有以下优点：中心椎体和副椎体能够有效引导气流，避免在喷嘴混合段内形成附着在固体壁面和长时间停留在混合段内的涡团，避免回火、驻焰的产生；燃料喷射孔可以将燃料均匀的喷入空气通道内，形成较好的掺混效果，进而提升喷嘴下游燃烧区的燃烧稳定性，同时降低氮氧化物的排放；喇叭收口可以对空气起到稳流的作用，改善空气通道内的速度分布，提高燃料和空气的掺混效果。本发明的这种燃气轮机燃烧室预混燃料喷嘴结构简单合理，通用性好，易于推广使用。

附图说明

图1为本发明实施例的燃气轮机燃烧室预混燃料喷嘴的平面剖视图；

图2为本发明实施例的燃气轮机燃烧室预混燃料喷嘴的立体剖视图。

图中，1：中心燃料通道；2：环形空气通道；3：中心椎体；4：导流壳体；5：径向燃料管；6：副椎体；7：燃料喷射孔；8：喇叭收口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

如图1、2所示，本实施例的燃气轮机燃烧室预混燃料喷嘴包括：

中心椎体3，中心椎体3为轴向中空结构，中心椎体3的中空腔为中心燃料通道1；

导流壳体4，导流壳体4套在中心椎体3的外围且与中心椎体3同轴布置，导流壳体4与中心椎体3之间为环形空气通道2；

径向燃料管5，径向燃料管5沿径向设置在中心椎体3和导流壳体4之间；

副椎体6，副椎体6设置在径向燃料管5上且与中心椎体3平行布置，即副椎体6的轴线与中心椎体3的轴线互相平行，副椎体6为轴向中空结构，副椎体6的中空腔通过径向燃料管5与中心燃料通道1连通，副椎体6上设置有燃料喷射孔7。

径向燃料管5为多个，多个径向燃料管5沿周向均匀分布，每个径向燃料管5上都设置有对应的副椎体6，本实施例中径向燃料管5优选为5～10个。

副椎体6上的燃料喷射孔7为多个，多个燃料喷射孔7沿周向和/或轴向布置，可以是均匀分布也可以是按一定规律不均匀分布。

中心燃料通道1的截面积与燃料喷射孔8的总流通面积之比优选为1.5～4。

导流壳体2的入口端(即前端)设有一定长度的向外延伸的喇叭收口8，喇叭收口8可以对空气起到稳流的作用，改善环形空气通道2内的速度分布，提高燃料和空气的掺混效果。

本实施例的燃气轮机燃烧室预混燃料喷嘴的工作原理为：天然气燃料进入轴向的中心燃料通道1，通过中心椎体3壁面开孔进入径向燃料管5，再从径向燃料管5壁面开孔进入副椎体6，从燃料喷射孔7喷出；空气绕过喇叭收口8，进入环形空气通道2，经过径向燃料管5后同燃料进行混合；经过均匀掺混的燃料和空气混合物，沿轴向流动至环形空气通道2的下游，在中心椎体3和副椎体6的作用下，流动状态得以改善，消除回火和驻焰的产生。

本发明的燃气轮机燃烧室预混燃料喷嘴具有以下优点：中心椎体和副椎体能够有效引导气流，避免在喷嘴混合段内形成附着在固体壁面和长时间停留在混合段内的涡团，避免回火、驻焰的产生；燃料喷射孔可以将燃料均匀的喷入空气通道内，形成较好的掺混效果，进而提升喷嘴下游燃烧区的燃烧稳定性，同时降低氮氧化物的排放；喇叭收口可以对空气起到稳流的作用，改善空气通道内的速度分布，提高燃料和空气的掺混效果。本发明的这种燃气轮机燃烧室预混燃料喷嘴结构简单合理，通用性好，易于推广使用。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (5)

1.一种燃气轮机燃烧室预混燃料喷嘴，其特征在于，包括：

中心椎体，所述中心椎体为中空结构，所述中心椎体的中空腔为中心燃料通道；

导流壳体，所述导流壳体套在所述中心椎体的外围且与所述中心椎体同轴布置，所述导流壳体与所述中心椎体之间为环形空气通道；

径向燃料管，所述径向燃料管沿径向设置在所述中心椎体和导流壳体之间；

副椎体，所述副椎体设置在所述径向燃料管上且与所述中心椎体平行布置，所述副椎体为中空结构，所述副椎体的中空腔通过所述径向燃料管与所述中心燃料通道连通，所述副椎体上设置有燃料喷射孔；

所述副椎体上的燃料喷射孔为多个，多个所述燃料喷射孔沿周向和/或轴向布置；

燃料进入中心燃料通道，通过中心椎体(3)壁面开孔进入径向燃料管(5)，再从径向燃料管(5)壁面开孔进入副椎体(6)，从燃料喷射孔(7)喷出；空气进入环形空气通道(2)，经过径向燃料管(5)后同燃料进行混合；均匀掺混的燃料和空气混合物，沿轴向流动至环形空气通道(2)的下游；所述中心椎体和所述副椎体引导气流，以缩短涡团在混合段内的停留时间。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室预混燃料喷嘴，其特征在于，所述径向燃料管为多个，多个所述径向燃料管沿周向均匀分布，每个所述径向燃料管上都设置有对应的副椎体。

3.根据权利要求2所述的燃气轮机燃烧室预混燃料喷嘴，其特征在于，所述径向燃料管为5～10个。

4.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室预混燃料喷嘴，其特征在于，所述中心燃料通道的截面积与所述燃料喷射孔的总流通面积之比为1.5～4。

5.根据权利要求1-4中任何一项所述的燃气轮机燃烧室预混燃料喷嘴，其特征在于，所述导流壳体的入口端设有向外延伸的喇叭收口。