CN104501208A - 燃气轮机燃烧室喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃机轮机技术领域，提供了一种燃气轮机燃烧室喷嘴。该喷嘴包括进气腔和一端插设于进气腔的中心燃料体，中心燃料体与进气腔的内壁之间形成有环形空气通道，中心燃料体的内部设有第一燃料通道和第二燃料通道，周侧设有多个第二燃料喷射管；中心燃料体的外壁上圆周布设有多个与第一燃料通道连通的第一燃料喷射通道，第一燃料喷射通道位于第一燃料喷射通道的后方；多个第一燃料喷射通道的外围罩设有阻挡环。阻挡环使第一燃料通道喷射出的燃料分布在进气腔的内侧，第二燃料通道喷射出的燃料主要分布在进气腔的外侧，由此在不同的负荷下可选用不同的燃料搭配方式，在特定的工况下可以替代性的选用两种燃料，使燃烧效果达到更佳。
Description
技术领域
本发明涉及燃气轮机技术领域，特别提供一种燃气轮机燃烧室喷嘴。
背景技术
在我国当前的能源结构中，采用传统燃煤技术的火力发电占据了绝大部分份额。但是这种传统的发电技术存在发电效率低，污染物排放高(尤其是NOx排放)，耗费淡水资源多等缺点。以天然气为燃料的燃气轮机发电技术作为清洁能源技术之一，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。
燃气轮机燃烧室中，燃料气和空气通过喷嘴实现预混合和速度型的改变，在喷嘴出口达到合理的速度分布，并匹配合理的燃料空气混合比例，进入燃烧室组织燃烧，形成稳定的流场和燃烧场。当前，对燃气轮机燃烧室喷嘴的设计形式，例如现有技术中有采用底部带缺口的空气旋流叶片，提高空气通道内周侧的速度，匹配喷嘴出口速度型和燃料空气混合比例。
但是，由于空气旋流叶片底部存在缺口，通道内周侧的气流偏转角度小，旋流强度弱，导致这一侧燃料和空气的掺混效果变差；同时燃料气在空心叶片两侧开孔喷注，燃料气和空气的掺混距离较短，并增加了叶片加工的难度，影响燃烧的组织和污染物的生成。因此，仍然需要更加合理有效的燃气轮机燃烧室喷嘴形式来组织燃烧和控制污染物排放。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供一种能够优化燃料分布形式的燃气轮机燃烧室喷嘴。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供了一种燃气轮机燃烧室喷嘴，包括进气腔和一端插设于所述进气腔的中心燃料体，所述中心燃料体与所述进气腔的内壁之间形成有环形空气通道，所述中心燃料体的内部设有第一燃料通道和第二燃料通道；
所述中心燃料体的外侧周向设有多个第二燃料喷射管，所述第二燃料喷射管的外壁上设有通向所述第二燃料通道的第二燃料喷射孔；
所述中心燃料体的外壁上圆周布设有多个第一燃料喷射通道，多个所述第一燃料喷射通道分别与所述第一燃料通道连通，在所述环形空气通道的进气方向上，所述第一燃料喷射通道位于所述第二燃料喷射管的后方；
所述中心燃料体的外围套设有阻挡环，所述阻挡环的位置与所述第一燃料喷射通道的位置相对，所述阻挡环与所述中心燃料体之间具有间隙。
优选的，在所述中心燃料体的外侧，并位于多个所述第二燃料喷射管与多个所述第一燃料喷射通道之间设有多个一级旋流叶片。
优选的，所述阻挡环通过多个二级旋流叶片连接在所述进气腔的内壁上。
优选的，所述环形空气通道内设有轴向旋流装置，在所述环形空气通道的进气方向上，所述轴向旋流装置位于多个所述第二燃料喷射管与多个所述第一燃料喷射通道之间。
优选的，所述第二燃料通道为燃油通道。
优选的，所述第一燃料通道为天然气通道。
优选的，所述中心燃料体插入到所述进气腔的一端呈锥形。
优选的，所述第一燃料喷射通道位于所述阻挡环轴向长度的中心位置。
优选的，所述进气腔设有一径向收缩段，在所述环形空气通道的进气方向上，所述径向收缩段位于多个所述第一燃料喷射通道的后方。
优选的，所述进气腔还包括一整流段，在所述环形空气通道的进气方向上，所述整流段位于所述径向收缩段的后方。
(三)有益效果
本发明提供了一种燃气轮机燃烧室喷嘴，包括进气腔和一端插设于进气腔的中心燃料体，中心燃料体与进气腔的内壁之间形成有环形空气通道，中心燃料体的内部设有第一燃料通道和第二燃料通道；中心燃料体的周侧设有多个第二燃料喷射管，第二燃料喷射管的外壁上设有通向第二燃料通道的第二燃料喷射孔；中心燃料体的外壁上圆周布设有多个第一燃料喷射通道，多个第一燃料喷射通道分别与第一燃料通道连通，在环形空气通道的进气方向上，多个第一燃料喷射通道位于多个第一燃料喷射通道的后方；多个第一燃料喷射通道的外围罩设有阻挡环。通过阻挡环的阻挡，第一燃料通道喷射出的燃料分布在进气腔的内侧，后续注入到燃烧室的中心位置，第二燃料通道喷射出的燃料主要分布在进气腔的外侧，后续注入到燃烧室的边缘，由此在不同的负荷下可选用不同的燃料搭配方式，在特定的工况下可以替代性的选用两种燃料，能够调整两组燃料在燃烧室中的分布，使燃烧效果达到更佳。
附图说明
图1是本发明实施例的一种燃气轮机燃烧室喷嘴的剖视图；
图2是本发明实施例的一种燃气轮机燃烧室喷嘴的三维视图。
图3是本发明实施例的进风腔的结构示意图。
附图标记：
1、中心燃料体；2、环形空气通道；3、第二燃料通道；4、第一燃料通道；5、第二燃料喷射孔；6、一级旋流叶片；7、第二燃料喷射管；8、第一燃料喷射通道；9、阻挡环；10、径向收缩段；11、进风结构；12、排风通道；13、整流段；14、外管；15、内管；16、环形间隙；17、进风腔；18、分隔板；19、二级旋流叶片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
结合图1和图2所示，本发明实施例提供了一种燃气轮机燃烧室喷嘴，包括进气腔和一端插设于进气腔的中心燃料体1，进气腔的一端具有进气口，中心燃料体1由该进气口插入，中心燃料体1与进气腔的内壁之间形成有环形空气通道2，空气由进气腔的进气口通入到环形空气通道2中。
中心燃料体1包括内管15、外管14以及分隔板18，内管15设置在外管14的内部，内管15和外管14的一端均设有开口，内管15和外管14具有开口的一端通过喷嘴悬挂法兰固定；内管15的内部空间形成有第一燃料通道4，可通过内管15的开口端通入一种燃料；分隔板18为环形，连接在内管15与外管14之间，将内管15与外管14之间的空间分隔成两部分，分隔板18至外管14的开口的一部分空间作为第二燃料通道3，可用于通入另一种燃料；分隔板18至外管14的另一端作为进风腔17。
中心燃料体1的外侧圆周布设有多个第二燃料喷射管7，燃料喷射管上设有通向第二燃料通道3的第二燃料喷射孔5，第二燃料喷射孔5的数量为多个，在环形空气通道2的进气方向上，多个第二燃料喷射孔5设置在第二燃料喷射管7的两侧的不同高度处，燃料通过多个第二喷射管喷出后，能够与整个环形空气通道2中的空气形成混合；第二燃料通道3中的燃料适宜选用易于气化的燃料，在本实施例中，第二燃料通道3中的燃料可选用天然气。
再结合图3所示，中心燃料体1的外侧设有与进风腔17连通的进风结构11，进风结构11为一腔体结构，进风结构11的一侧具有进风口，进风口与环形空气通道2的进气方向相对，当空气沿环形空气通道2进入时，进风结构11的腔体内部形成风压，由于进风结构11与进风腔17连通，进风结构11中的空气被压入到进风腔17中，进而进风腔17中的气压升高；中心燃料体1的外壁上圆周布设有多个第一燃料喷射通道8，多个第一燃料喷射通道8分别与第一燃料通道4连通，在环形空气通道2的进气方向上，多个第一燃料喷射通道8位于多个第二燃料喷射管7的后方。
中心燃料体1的外壁上设有多个通向进风腔17的排风通道12，多个排风通道12沿中心燃料体1的周向均匀排布；进风腔17中的高压空气由排风通道12喷射到环形空气通道2中。第一燃料喷射通道8由在第一燃料通道4外侧周向分布的多个第一燃料喷射管限定，第一燃料喷射通道8的顶部设有通向第一燃料通道4的第一喷射孔，多个第一燃料喷射通道8圆周布设在第一燃料通道4的外侧，多个第一燃料喷射通道8的位置分别与多个排风通道12相对；多个第一燃料喷射通道8的顶部分别插设在多个排风通道12中，在第一燃料喷射通道8与排风通道12的内壁之间形成环形间隙16，该环形间隙16用于使进气腔中的高压空气喷出。当第一燃料通道4中的燃料由第一喷射孔喷出后，燃料周围的高压气体将燃料吹散成雾状，使燃料与空气充分混合；第一燃料通道4适于通入不易气化的燃料，本实施例的第一燃料通道4中的燃料选用燃油。
优选的，沿中心燃料体1的内侧向外侧的方向，上述环形间隙16逐渐向内收缩，由于第一燃料喷射通道8插设在排风通道12中，即第一燃料喷射通道8未穿设出排风通道12，这样从环形间隙16中喷射出环状高压空气在第一喷射孔的上方形成向内的对流，在该对流的作用下，第一喷射孔中喷出的燃油形成更为细密的雾状，更加有利于燃油与空气的均匀混合。
在环形空气通道2内还可设置轴向旋流装置，在环形空气通道2的进气方向上，轴向旋流装置位于多个第二燃料喷射管7与多个第一燃料喷射通道之间，轴向旋流装置可以使通过的气体形成旋流，可提高第二燃料喷射管7中喷射出的天然气与空气的混合程度。
优选的，将一级旋流叶片6设置为中空结构，在一级旋流叶片6朝向进气腔的开口的一侧开设进风口，所述进风结构11为沿一级旋流叶片6的边缘向内部开设出的腔体结构；可使每个一级旋流叶片6设置一个进风结构11，以增加进气量，使进风腔17内达到足够的压力以保证将燃油吹成细雾状。
应当说明的是，在本发明的方案中，只需做到将第一燃料通道4中的燃油等燃料喷射成雾状即可，本方案中实现该功能结构形式并不止局限于通过上述进风结构11、进风腔17、排风通道12以及第一燃料喷射通道8，还可以是其他喷雾结构，在环形空气通道2的进气方向上，并位于第二燃料喷射管7的后方，只需在中心燃料体1的外壁上圆周布设多个与第二燃料通道3连通的第一燃料喷射通道即可，第一燃料喷射通道可以选用超声波制雾喷嘴、高频震动制雾喷嘴，或是其他能够喷雾的结构。
优选的，在多个所述排风通道12的外围罩设有阻挡环9，阻挡环9为设置在中心燃料体1与进气腔的内壁之间的环状结构，用于对排风通道12中喷射出的雾状燃油形成阻挡，阻挡环9与所述中心燃料体1之间具有间隙，在中心燃料体1的轴向方向上，第一燃料喷射通道优选位于阻挡环9轴向长度的中心位置，一方面可防止燃油喷射到进气腔的内壁上，另外一方面还可以使燃油气分布在进气腔的中轴线附近，进气腔的外环则主要分布天然气，这样当燃气气流后续注入到燃烧室中时，燃油气体恰好注入到燃烧室的中心，天然气则置于燃烧室的边缘，在不同的负荷下选用不同的燃料搭配方式，在特定的工况下可以替代性的选用两种燃料，能够调整两组燃料在燃烧室中的分布，使燃烧效果达到更佳。
优选的，阻挡环9通过多个二级旋流叶片19固定在进气腔的内壁上，二级旋流叶片19可使位于进气腔外环的天然气与空气进一步混合；在中心燃料体1的轴向方向上，多个一级旋流叶片6还可以设置为与多个二级旋流叶片19的位置相对交错，这样使各个二级旋流叶片19在轴向上分别位于各个一级旋流叶片6之间的间隔处，各个二级旋流叶片19能够对各个经过第一旋流叶片的混合气体形成分流，可在一定程度上提高燃料与空气的混合率；一级旋流叶片6和二级旋流叶片19的数量均选为4～6个，这样既不会阻碍气流的通畅性，又不失良好的混合效果。
优选的，中心燃料体1插入到进气腔的一端呈锥形；尾端呈锥形的中心燃料体1的外形流畅，混合气在流经中心燃料体1的尾端时不会形成涡流，从而不会对燃油气流和天然气气流的分布造成扰动，同时也使混合气的流通更加通畅。
优选的，进气腔设有一个径向收缩段10，在环形空气通道2的进气方向上，径向收缩段10位于多个第二旋流叶片的后方，径向收缩段10在一定程度上使空气与燃料气体的体积压缩，增大了单位体积的燃料和氧气的浓度，可提高燃烧时的热效率。
另外，进气腔还包括一整流段13，在环形空气通道2的进气方向上，整流段13位于径向收缩段10的后方，将燃料气体经过一级旋流叶和二级旋流叶片19时所产生的旋流平复，形成平滑的气流，后续进入到燃烧室中有利于燃烧。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种燃气轮机燃烧室喷嘴，其特征在于，包括进气腔和一端插设于所述进气腔的中心燃料体(1)，所述中心燃料体(1)与所述进气腔的内壁之间形成有环形空气通道(2)，所述中心燃料体(1)的内部设有第一燃料通道(4)和第二燃料通道(3)；
所述中心燃料体(1)的外侧周向设有多个第二燃料喷射管(7)，所述第二燃料喷射管(7)的外壁上设有通向所述第二燃料通道(3)的第二燃料喷射孔(5)；
所述中心燃料体(1)的外壁上圆周布设有多个第一燃料喷射通道(8)，多个所述第一燃料喷射通道(8)分别与所述第一燃料通道(4)连通，在所述环形空气通道(2)的进气方向上，所述第一燃料喷射通道(8)位于所述第二燃料喷射管(7)的后方；
所述中心燃料体(1)的外围套设有阻挡环(9)，所述阻挡环(9)的位置与所述第一燃料喷射通道(8)的位置相对，所述阻挡环(9)与所述中心燃料体(1)之间具有间隙。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室喷嘴，其特征在于，在所述中心燃料体(1)的外侧，并位于多个所述第二燃料喷射管(7)与多个所述第一燃料喷射通道(8)之间设有多个一级旋流叶片(6)。
3.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室喷嘴，其特征在于，所述阻挡环(9)通过多个二级旋流叶片(19)连接在所述进气腔的内壁上。
4.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室喷嘴，其特征在于，所述环形空气通道(2)内设有轴向旋流装置，在所述环形空气通道(2)的进气方向上，所述轴向旋流装置位于多个所述第二燃料喷射管(7)与多个所述第一燃料喷射通道(8)之间。
5.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室喷嘴，其特征在于，所述第二燃料通道(3)为燃油通道。
6.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室喷嘴，其特征在于，所述第一燃料通道(4)为天然气通道。
7.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室喷嘴，其特征在于，所述中心燃料体(1)插入到所述进气腔的一端呈锥形。
8.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室喷嘴，其特征在于，所述第一燃料喷射通道(8)位于所述阻挡环(9)轴向长度的中心位置。
9.根据权利要求1-8任一项所述的燃气轮机燃烧室喷嘴，其特征在于，所述进气腔设有一径向收缩段(10)，在所述环形空气通道(2)的进气方向上，所述径向收缩段(10)位于多个所述第一燃料喷射通道(8)的后方。
10.根据权利要求9所述的燃气轮机燃烧室喷嘴，其特征在于，所述进气腔还包括一整流段(13)，在所述环形空气通道(2)的进气方向上，所述整流段(13)位于所述径向收缩段(10)的后方。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Cha Xiaochen Inventor after: Zhang Long Inventor after: Zhang Shanshan Inventor after: Liu Xiaolong Inventor before: Cha Xiaochen Inventor before: Zhang Long Inventor before: Zhang Shanshan Inventor before: Li Xiaolong |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: CHA XIAOCHEN ZHANG LONG ZHANG SHANSHAN LI XIAOLONG TO: CHA XIAOCHEN ZHANG LONG ZHANG SHANSHAN LIU XIAOLONG |
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PP01 | Preservation of patent right | ||
| PP01 | Preservation of patent right |
Effective date of registration: 20190820 Granted publication date: 20180206 |
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| PD01 | Discharge of preservation of patent | ||
| PD01 | Discharge of preservation of patent |
Date of cancellation: 20191230 Granted publication date: 20180206 |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200116 Address after: 102209 Beijing Changping District in the future of the national electric investment group Park in the future science city south of Beijing Patentee after: China United heavy-duty gas turbine technology Co., Ltd. Address before: 100084, Beijing, Haidian District science and Technology Park, Tsinghua Science and technology building, block C, 10 Patentee before: Beijing Huatsing Gas Turbine & IGCC Technology Co., Ltd. |