CN104633710B - 一种燃气轮机燃烧室双燃料喷嘴 - Google Patents
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Abstract
一种燃气轮机燃烧室双燃料喷嘴，该喷嘴包括中心锥体、内层气流通道和外层气流通道；在内、外层气流通道内分别布置有内层空气旋流装置和外层空气旋流装置；在空气旋流装置的每个叶片的前端设有径向燃料气中空通道和径向燃油中空通道，径向燃油中空通道的两侧开有供油孔；在所述外层空气旋流装置上还设有轴向缝槽，该轴向缝槽的前端与径向燃油中空通道相连通。该技术方案通过调节缝槽的径向位置、缝槽高度、供油孔的孔径及倾斜角度，使得两种燃料在内、外层旋流装置内形成不同的燃料喷射方式，满足在不同负荷下对燃料的要求，达到更好的掺混效果，进而形成良好的出口温度分布，实现稳定的燃烧效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃气轮机燃烧室双燃料喷嘴，尤其涉及使用双燃料的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。双燃料喷嘴要求在不同的负荷下采用不同的燃料进行燃烧，保证火焰稳定和良好的燃烧性能。当前，对燃气轮机燃烧室双燃料喷嘴的设计形式，例如专利CN102261673A，采用喷嘴中心安装离心式燃油喷嘴，雾化空气对燃油进入燃烧室燃烧前进行雾化保证良好的燃烧性能。
但是，离心式燃油喷嘴在某些负荷条件下的燃油分布效果相比预膜式喷嘴不够理想，离心式燃油喷嘴燃油的分布以喷嘴中心区域为中心向四周扩散，需要配合雾化空气使燃油在燃烧前达到适合的液滴大小和分布，增加了向喷嘴中心引气的难度。因此，仍然需要更加合理有效的燃气轮机燃烧室双燃料喷嘴形式来组织燃烧和控制污染物排放。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种燃气轮机燃烧室双燃料喷嘴，一方面使内、外层空气旋流装置采取不同的燃油喷射方式供应燃料，两种燃料相互配合，满足在不同负荷下对燃料的要求；另一方面，在喷嘴下游形成适合的燃料分布和速度分布，从而实现稳定的燃烧。
一种燃气轮机燃烧室双燃料喷嘴，该喷嘴包括中心锥体、内层气流通道和外层气流通道；中心锥体内部布置有环形燃料气通道和中心燃油通道，内层气流通道和外层气流通道分别布置有内层空气旋流装置和外层空气旋流装置，内、外层空气旋流装置位于同一轴向位置，且每个叶片的前端设有径向燃料气中空通道，径向燃料气中空通道与环形燃料气通道连通；其特征在于：在内、外层空气旋流装置的每个叶片的前端还设有径向燃油中空通道，该径向燃油中空通道位于径向燃料气中空通道的下方，并与中心燃油通道相连通，径向燃油中空通道的两侧开有供油孔；在所述外层空气旋流装置上还设有轴向缝槽，该轴向缝槽的前端与径向燃油中空通道相连通。
上述技术方案中，所述轴向缝槽的径向高度为0.5～1mm，径向位置位于外层空气旋流装置的叶片中心径向位置。
上述技术方案中，所述供油孔的中心线与中心体的轴线成0～45度夹角。供油孔直径为0.1～0.5mm。
所述内层空气旋流装置采用轴向叶片式结构，叶片沿内层空气通道均匀布置，旋流角度为0～5度，叶片个数在6～8之间。外层空气旋流装置采用轴向叶片式结构，叶片沿外层空气通道均匀布置，旋流角度为5～45度，叶片个数同内层空气旋流装置相同。
该发明具有以下优点及有益效果：本发明由于在内、外层空气旋流装置的每个叶片的前端开设径向燃油中空通道，在径向燃油中空通道的两侧开有供油孔以及在外层空气旋流装置上设置轴向缝槽，通过调节缝槽的径向位置、缝槽高度、供油孔的孔径及倾斜角度，使得两种燃料在内、外层旋流装置内形成不同的燃料喷射方式，两种燃料均可达到适合的燃料分布、匹配的速度分布以及良好的出口温度分布，进而达到更好的掺混效果，满足不同负荷下对燃料的要求，实现稳定的燃烧效果。
附图说明
图1为本发明提供的一种燃气轮机燃烧室双燃料喷嘴的结构原理示意图。
图2为双燃料喷嘴的结构三维剖视图。
图中符号说明如下：1-中心锥体；2-径向燃料气中空通道；3-环形燃料气通道；4-中心燃油通道；5-内层气流通道；6-外层气流通道；7-内层空气旋流装置；8-外层空气旋流装置；9-径向燃油中空通道；10-供油孔；11-轴向缝槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原理、结构和具体实施方式做进一步的说明。
图1为本发明提供的一种燃气轮机燃烧室双燃料喷嘴的结构原理示意图，该喷嘴包括中心锥体1、内层气流通道5和外层气流通道6；中心锥体1内部布置有环形燃料气通道3和中心燃油通道4，内层气流通道5和外层气流通道6分别布置有内层空气旋流装置7和外层空气旋流装置8。
内、外层空气旋流装置位于同一轴向位置，且每个叶片的前端设有径向燃料气中空通道2和径向燃油中空通道9。径向燃料气中空通道2与环形燃料气通道3连通，径向燃油中空通道9位于径向燃料气中空通道2的下方，与中心燃油通道4相连通；在外层空气旋流装置上还设有轴向缝槽11，该轴向缝槽的前端与径向燃油中空通道9相连通。径向燃料气中空通道2通过两侧的燃料气喷射孔供应燃料气，径向燃油中空通道9通过两侧的供油孔10和轴向缝槽11供应燃油。
轴向缝槽11的径向高度为0.5～1mm。轴向缝槽11的径向位置位于外层空气旋流装置8的叶片中心径向位置。供油孔10的中心线与中心体的轴线成0～45度夹角。供油孔10直径为0.1～0.5mm。
内层空气旋流装置7采用轴向叶片式结构，叶片沿内层空气通道5均匀布置，旋流角度为0～5度，叶片个数在6～8之间。外层空气旋流装置8采用轴向叶片式结构，叶片沿外层空气通道6均匀布置，旋流角度为5～45度，叶片个数同内层空气旋流装置相同。
进入内外层气流通道的燃料气和燃油，同旋流空气发生剧烈的掺混作用，燃油达到适合的液滴大小和分布，到达喷嘴出口时，两种燃料均可达到适合的燃料分布和匹配的速度分布。
本发明的工作原理如下：
燃料气通过环形燃料气通道3进入喷嘴，经过中心锥体1壁面的燃料气孔进入内、外层空气旋流装置的叶片前端的径向燃料气中空通道2，通过径向燃料气中空通道2两侧开设的燃料喷射孔喷入内、外层气流通道中。燃油通过中心燃油通道4进入喷嘴，经过中心锥体1壁面的燃油孔进入叶片前端的径向燃油中空通道9，一部分燃油通过内层空气旋流装置7两侧的供油孔10喷入内层气流通道5；另一部分燃油通过外层空气旋流装置8叶片后端的轴向缝槽11喷入外层气流通道6。空气分两级进入喷嘴，外层空气经过外层气流通道6的外层空气旋流装置8同喷入的燃料气和经过轴向缝槽11进入的燃油进行掺混并形成强旋流；内层空气经过内层气流通道5的内层空气旋流装置7同喷入的燃料气和供油孔10进入的燃油进行掺混并形成弱旋流，使得燃料气和燃油两种燃料在喷嘴出口形成合适的速度分布和燃料空气掺混效果，有效保证了燃烧的稳定性和良好的出口温度分布。
Claims (7)
1.一种燃气轮机燃烧室双燃料喷嘴，该喷嘴包括中心锥体(1)、内层气流通道(5)和外层气流通道(6)；中心锥体(1)内部布置有环形燃料气通道(3)和中心燃油通道(4)，内层气流通道(5)和外层气流通道(6)分别布置有内层空气旋流装置(7)和外层空气旋流装置(8)，内、外层空气旋流装置位于同一轴向位置，且每个叶片的前端设有径向燃料气中空通道(2)，径向燃料气中空通道(2)与环形燃料气通道(3)连通；其特征在于：在内、外层空气旋流装置的每个叶片的前端还设有径向燃油中空通道(9)，该径向燃油中空通道(9)位于径向燃料气中空通道(2)的下方，并与中心燃油通道(4)相连通，径向燃油中空通道(9)的两侧开有供油孔(10)；在所述外层空气旋流装置上还设有轴向缝槽(11)，该轴向缝槽的前端与径向燃油中空通道(9)相连通。
2.如权利要求1所述的一种燃气轮机燃烧室双燃料喷嘴，其特征在于：所述轴向缝槽(11)的径向高度为0.5～1mm。
3.如权利要求1或2所述的一种燃气轮机燃烧室双燃料喷嘴，其特征在于：所述轴向缝槽(11)的径向位置位于外层空气旋流装置(8)的叶片中心径向位置。
4.如权利要求1所述的一种燃气轮机燃烧室双燃料喷嘴，其特征在于：所述供油孔(10)的中心线与中心体的轴线成0～45度夹角。
5.如权利要求1或4所述的一种燃气轮机燃烧室双燃料喷嘴，其特征在于：供油孔(10)直径为0.1～0.5mm。
6.如权利要求1所述的一种燃气轮机燃烧室双燃料喷嘴，其特征在于：内层空气旋流装置(7)采用轴向叶片式结构，叶片沿内层空气通道(5)均匀布置，旋流角度为0～5度，叶片个数在6～8之间。
7.如权利要求1所述的一种燃气轮机燃烧室双燃料喷嘴，其特征在于：外层空气旋流装置(8)采用轴向叶片式结构，叶片沿外层空气通道(6)均匀布置，旋流角度为5～45度，叶片个数同内层空气旋流装置相同。
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