CN105570932B - 自抑制回火的中心喷嘴结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自抑制回火的中心喷嘴结构，中心喷嘴结构设置于燃气轮机的燃烧器组件上，包括：均为中空结构的内层喷嘴部和外层喷嘴部，外层喷嘴部套设在内层喷嘴部的外部，内层喷嘴部的外壁与外层喷嘴部的内壁之间为冷却气通道；外层喷嘴部上设有锥形的外层头部，外层头部上设有冷气出孔和冷气进孔；主燃烧器上设有渐缩预混段部；外层头部穿过主燃烧器；内层喷嘴部的内层出气端上设有锥形的内层头部，内层头部上设有预混燃料气喷孔；内层头部穿过外层头部，且处于渐缩预混段部中；外层头部的外头部出气端的内壁与内层喷嘴部的外壁之间设有冷气流通间隙。本发明能够实现稳定的预混值班燃烧、较低的NOx排放以及自抑制回火的功能。

Description

自抑制回火的中心喷嘴结构

技术领域

本发明涉及燃气轮机燃烧室技术领域，特别是涉及一种自抑制回火的中心喷嘴结构。

背景技术

现有的燃烧器均普遍采用贫预混燃烧技术，即将燃料与较多的空气提前进行混合，使空气和燃料在比较稀的燃料浓度的条件下进行低温度燃烧，从而显著地减少NO_x排放物的生成。然而贫预混燃烧的可燃极限范围比较狭窄，而且在低温条件下的火焰传播速度比较低，火焰稳定困难，容易熄火。因此，为了稳定贫预混主火焰的燃烧，一般贫预混燃烧器普遍采用燃料分级燃烧，即在燃烧器中心通过值班喷嘴形成稳定小火焰或者使用钝体等稳焰结构来稳定预混主火焰的燃烧。

通过扩散值班喷嘴形成稳定小火焰是早期重型燃气轮机热点技术，它面临的问题是一小部分燃料参与值班燃烧，但仍然会产生较高的值班火焰温度，从而产生较多的NO_x排放。采用预混值班设计虽然可以解决NO_x排放问题，但其仍然存在燃烧稳定性、回火等问题。通过钝体来稳燃火焰最早被用于锅炉燃烧中，之后这项技术逐渐被移植燃气轮机燃烧领域，由于钝体一般比较靠近主燃区，因此钝体往往存在被高温火焰烧蚀的问题。

现需要一种将预混值班喷嘴与中心钝体稳燃技术相结合的值班燃烧器，以使其与贫预混主燃烧器相配合工作时，其火焰稳定性、NOx排放性能以及中心预混值班燃烧器的抗回火性能有本质提高。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种能够实现稳定的预混值班燃烧、较低的NOx排放的自抑制回火的中心喷嘴结构。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种自抑制回火的中心喷嘴结构，中心喷嘴结构设置于燃气轮机的燃烧器组件上，所述燃烧器组件包括主燃烧器和与所述主燃烧器连接的燃烧器基座；所述中心喷嘴结构，包括：均为中空结构的内层喷嘴部和外层喷嘴部，所述外层喷嘴部套设在内层喷嘴部的外部，所述内层喷嘴部的外壁与所述外层喷嘴部的内壁之间为冷却气通道；所述外层喷嘴部的外层出气端上沿着冷却气的出气方向设有尺寸逐渐减小的锥形的外层头部，所述外层头部上设有冷气出孔，所述外层喷嘴部的外层进气端上冷气进孔，所述冷气进孔和所述冷气出孔均与所述冷却气通道连通；所述主燃烧器的主燃出气口上设有沿着出气方向尺寸逐渐减小的渐缩预混段部；所述外层头部穿过所述主燃烧器，且所述外层头部伸入于所述渐缩预混段部中；所述内层喷嘴部的内层进气端与位于所述燃烧器基座上的供气通道相连通，所述内层喷嘴部的内层出气端上沿着预混气的出气方向设有尺寸逐渐减小的锥形的内层头部，所述内层头部上设有预混燃料气喷孔；所述内层头部穿过所述外层头部，且处于所述渐缩预混段部中；所述外层头部的外头部出气端的内壁与所述内层喷嘴部的外壁之间设有冷气流通间隙。

优选地，所述外层头部的尺寸较小的一端与所述内层头部的尺寸较大的一端处于同一平面，且所述外层头部的锥度与所述内层头部的锥度相同。

优选地，所述内层头部的尺寸较小的一端与所述渐缩预混段部的出气口之间设有气体流道。

优选地，所述外层喷嘴部为圆柱形，所述冷气进孔的数量为若干个，且若干个所述冷气进孔沿着所述外层喷嘴部的周向均匀布置。

优选地，所述冷气出孔的数量为若干个，若干个所述冷气出孔沿着所述外层头部的周向均匀布置。

优选地，所述预混燃料气喷孔的数量为若干个，若干个所述预混燃料气喷孔沿着所述内层头部的周向均匀布置。

如上所述，本发明的自抑制回火的中心喷嘴结构，具有以下有益效果：

本发明的内层头部穿过外层头部，内层头部和外层头部所构成的整体，形成锥体结构，该锥体结构使从内层头部的预混燃料气喷孔中排出的预混火焰不接触内层头部，并将中心值班燃烧区推向了中心喷嘴结构的外部空间，提高了中心喷嘴结构的火焰维持能力；内层喷嘴部的外壁与外层喷嘴部的内壁之间的冷却气通道中的一部分冷却气从冷气流通间隙排出，能够直接对内层头部进行冷却保护，有利于形成对于值班预混火焰向下游聚拢的牵引作用，进一步提高内层头部附近空间的流体流速，防止形成回火，而对内层头部造成影响；另外，冷却气通道中另一部分通过冷气出孔排出的冷却气能够冷却从主燃烧器排出的主火焰，使得NOx的排放稳定在较低的范围中。

附图说明

图1显示为本实施例的自抑制回火的中心喷嘴结构的结构示意图。

图2显示为图1的A处的放大示意图。

附图标号说明

110 主燃烧器

130 渐缩预混段部

200 内层喷嘴部

210 内层头部

211 预混燃料气喷孔

300 外层喷嘴部

310 外层头部

311 冷气出孔

312 冷气进孔

400 冷却气通道

500 冷气流通间隙

600 气体流道

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1和图2所示，本实施例的自抑制回火的中心喷嘴结构，中心喷嘴结构设置于燃气轮机的燃烧器组件上，燃烧器组件包括主燃烧器110和与主燃烧器110连接的燃烧器基座(图中未示)；

中心喷嘴结构，包括：均为中空结构的内层喷嘴部200和外层喷嘴部300，外层喷嘴部300套设在内层喷嘴部200的外部，内层喷嘴部200的外壁与外层喷嘴部300的内壁之间为冷却气通道400，内层喷嘴部200和外层喷嘴部300均为圆柱形，且内层喷嘴部200和外层喷嘴部300同轴设置；

外层喷嘴部300的外层出气端上沿着冷却气的出气方向设有尺寸逐渐减小的锥形的外层头部310，外层头部310上设有冷气出孔311，外层喷嘴部300的外层进气端上冷气进孔312，冷气进孔312和冷气出孔311均与冷却气通道400连通；

主燃烧器110的主燃出气口上设有沿着出气方向尺寸逐渐减小的渐缩预混段部130，渐缩预混段部130为锥形；

外层头部310穿过主燃烧器110，且外层头部310伸入于渐缩预混段部130中；

内层喷嘴部200的内层进气端与位于燃烧器基座上的供气通道相连通，内层喷嘴部200的内层出气端上沿着预混气的出气方向设有尺寸逐渐减小的锥形的内层头部210，内层头部210上设有预混燃料气喷孔211；

内层头部210穿过外层头部310，内层头部210处于渐缩预混段部130中，且内层头部210相较于外层头部310，较靠近渐缩预混段部130的出气口；

外层头部310的外头部出气端的内壁与内层喷嘴部200的外壁之间设有冷气流通间隙500。

本发明使用时，内层头部210穿过外层头部310，内层头部210和外层头部310所构成的整体，形成锥体结构；该锥体结构使从内层头部210的预混燃料气喷孔211中排出的预混火焰不接触锥形的内层头部210，并将中心值班燃烧区推向了中心喷嘴结构的外部空间，提高了中心喷嘴结构的预混火焰对主火焰的维持能力，该预混火焰能够稳定主火焰的燃烧；内层喷嘴部200的外壁与外层喷嘴部300的内壁之间的冷却气通道400中的一部分冷却气从冷气流通间隙500排出，冷气流通间隙500排出的冷却气能够直接对内层头部210进行冷却保护，有利于形成对于值班预混火焰向下游聚拢的牵引作用，进一步提高内层头部210附近空间的流体流速，防止形成回火，而对内层头部210造成影响；另外，冷却气通道400中排出的另一部分冷却气能够冷却从主燃烧器110排出的主火焰，使得NOx的排放稳定在较低的范围中。

本实施例中，内层喷嘴部200的内层进气端与燃烧器基座上的供气通道连接，外层喷嘴部300安装于主燃烧器110上。

渐缩预混段部130为锥形，使主燃烧器110排出的气体的流速增大，朝着渐缩预混段部130的出气方向聚拢，便于预混火焰点燃主燃烧器110排出的气体。

为了在结构简单的前提下，使连接后的外层头部310与内层头部210形成完整的锥体结构，外层头部310的尺寸较小的一端与内层头部210的尺寸较大的一端处于同一平面，且外层头部310的锥度与内层头部210的锥度相同。该结构可减少锥体结构附近的不正常流动，即减小了主燃烧器110排出的气体在外层头部310的尺寸较小的一端形成驻流，防止预混火焰点燃主燃烧器110排出的气体后，驻留处的气体温度过高损坏中心喷嘴结构，减少内层头部210挂火的风险。

内层头部210的尺寸较小的一端与渐缩预混段部130的出气口之间设有气体流道600。主燃烧器110排出的气体由此进入主燃烧空间。

冷气进孔312的数量为若干个，且若干个冷气进孔312沿着外层喷嘴部300的周向均匀布置；冷气出孔311的数量为若干个，若干个冷气出孔311沿着外层头部310的周向均匀布置。该结构使冷却气能够均匀地从冷气进孔312中进入外层喷嘴部300，再均匀地从冷气出孔311中排出外层喷嘴部300。

预混燃料气喷孔211的数量为若干个，若干个预混燃料气喷孔211沿着内层头部210的周向均匀布置。该结构使预混火焰能够均匀地从预混燃料气喷孔211中排出。

本发明的中心喷嘴结构为双层结构，内层喷嘴部200中排出预混火焰，内层喷嘴部200的外壁与外层喷嘴部300的内壁之间的冷却气通道400排出冷却气，本发明既改善了贫预混燃烧技术的火焰稳定性和NO_X排放性能，又可以有效防止中心预混值班燃烧器的回火烧蚀。

综上，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种自抑制回火的中心喷嘴结构，中心喷嘴结构设置于燃气轮机的燃烧器组件上，所述燃烧器组件包括主燃烧器(110)和与所述主燃烧器(110)连接的燃烧器基座；其特征在于：

所述中心喷嘴结构，包括：均为中空结构的内层喷嘴部(200)和外层喷嘴部(300)，所述外层喷嘴部(300)套设在内层喷嘴部(200)的外部，所述内层喷嘴部(200)的外壁与所述外层喷嘴部(300)的内壁之间为冷却气通道(400)；

所述外层喷嘴部(300)的外层出气端上沿着冷却气的出气方向设有尺寸逐渐减小的锥形的外层头部(310)，所述外层头部(310)上设有冷气出孔(311)，所述外层喷嘴部(300)的外层进气端上设有冷气进孔(312)，所述冷气进孔(312)和所述冷气出孔(311)均与所述冷却气通道(400)连通；

所述主燃烧器(110)的主燃出气口上设有沿着出气方向尺寸逐渐减小的渐缩预混段部(130)；

所述外层头部(310)穿过所述主燃烧器(110)，且所述外层头部(310)伸入于所述渐缩预混段部(130)中；

所述内层喷嘴部(200)的内层进气端与位于所述燃烧器基座上的供气通道相连通，所述内层喷嘴部(200)的内层出气端上沿着预混气的出气方向设有尺寸逐渐减小的锥形的内层头部(210)，所述内层头部(210)和所述外层头部(310)所构成的整体，形成锥体结构；所述内层头部(210)上设有预混燃料气喷孔(211)；

所述内层头部(210)穿过所述外层头部(310)，且处于所述渐缩预混段部(130)中；

所述外层头部(310)的外头部出气端的内壁与所述内层喷嘴部(200)的外壁之间设有冷气流通间隙(500)；所述外层头部(310)的尺寸较小的一端与所述内层头部(210)的尺寸较大的一端处于同一平面，且所述外层头部(310)的锥度与所述内层头部(210)的锥度相同。

2.根据权利要求1所述的自抑制回火的中心喷嘴结构，其特征在于：所述内层头部(210)的尺寸较小的一端与所述渐缩预混段部(130)的出气口之间设有气体流道(600)。

3.根据权利要求1所述的自抑制回火的中心喷嘴结构，其特征在于：所述外层喷嘴部(300)为圆柱形，所述冷气进孔(312)的数量为若干个，且若干个所述冷气进孔(312)沿着所述外层喷嘴部(300)的周向均匀布置。

4.根据权利要求1所述的自抑制回火的中心喷嘴结构，其特征在于：所述冷气出孔(311)的数量为若干个，若干个所述冷气出孔(311)沿着所述外层头部(310)的周向均匀布置。

5.根据权利要求1所述的自抑制回火的中心喷嘴结构，其特征在于：所述预混燃料气喷孔(211)的数量为若干个，若干个所述预混燃料气喷孔(211)沿着所述内层头部(210)的周向均匀布置。