CN107620981A - 燃料喷嘴和燃气轮机的燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料喷嘴和燃气轮机的燃烧器，所述燃料喷嘴包括中心体、套罩、内筒、外侧旋流器和内侧旋流器，所述套罩套在所述中心体外面，所述套罩和所述中心体之间形成环形通道；内筒，所述内筒具有进口端和出口端，所述内筒设于所述环形通道内以将所述环形通道分为所述内筒与所述套罩之间的外侧环形通道和所述内筒与所述中心体之间的内侧环形通道，所述内筒的出口端为波瓣状结构；所述外侧旋流器设在所述外侧环形通道内,所述内侧旋流器设在所述内侧环形通道内。本发明燃料和空气的掺混效果好，利于降低污染物的排放，可以有效降低回火风险，避免了直接采用波瓣结构替代旋流器造成的容易毁坏燃料喷嘴的问题。
Description
技术领域
本发明涉及燃气轮机技术领域，具体地涉及一种燃料喷嘴和燃气轮机的燃烧器。
背景技术
燃气轮机中，空气经压气机压缩成高压空气从扩压器进入燃烧室内，在燃烧室头部折转后进入燃烧室头部的喷嘴，在喷嘴中与燃料进行混合，然后进入火焰筒内燃烧。然而，空气与燃料在喷嘴内混合不均匀，容易增加NOx等污染物排放，增加局部火焰传播速度，从而带来回火熄火等风险。
相关技术中，燃料喷嘴中采用波瓣结构替代现有的旋流器，其集成了旋流和增强空气和燃料掺混的效果。然而，上述燃料喷嘴在波瓣结构中容易出现低速区域，一旦发生回火，整个燃料喷嘴容易在短时间内被毁坏。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明一方面旨在提出一种燃料喷嘴，其燃料和空气的掺混效果好，利于降低污染物的排放，可以有效降低回火风险，避免了直接采用波瓣结构替代旋流器造成的容易毁坏燃料喷嘴的问题。
本发明另一方面还提出一种燃气轮机的燃烧器。
根据本发明一方面的实施例的燃料喷嘴包括：中心体；套罩，所述套罩套在所述中心体外面，所述套罩和所述中心体之间形成环形通道；内筒，所述内筒具有进口端和出口端，所述内筒设于所述环形通道内以将所述环形通道分为所述内筒与所述套罩之间的外侧环形通道和所述内筒与所述中心体之间的内侧环形通道，所述内筒的出口端为波瓣状结构；外侧旋流器和内侧旋流器,所述外侧旋流器设在所述外侧环形通道内,所述内侧旋流器设在所述内侧环形通道内。
根据本发明的燃料喷嘴，通过内筒将中心体和套罩之间的环形通道分为外侧环形通道和内侧环形通道，内侧环形通道和外侧环形通道内分别设有内侧旋流器和外侧旋流器，而且内筒的出口端为波瓣状结构，可以有效的掺混燃料和空气，利于降低污染物的排放，降低回火风险，避免了直接采用波瓣结构替代旋流器造成的容易毁坏燃料喷嘴的问题。
在一些实施例中，所述外侧旋流器和所述内侧旋流器的旋流角度不同。
在一些实施例中，所述外侧旋流器和所述内侧旋流器的旋流方向不同。
在一些实施例中，所述外侧旋流器和所述内侧旋流器均具有射流孔，所述外旋流器的射流孔与所述内侧旋流器的射流孔的孔径不同。
在一些实施例中，所述中心体的与所述内筒的出口端对应的一端呈锥形。
在一些实施例中，所述中心体的与所述内筒的出口端对应的一端呈截锥形。
在一些实施例中，所述中心体的截锥形的一端设有值班燃料通道。
在一些实施例中，所述中心体内设有燃料通道，所述燃料通道与所述外侧旋流器和所述内侧旋流器连通。
在一些实施例中，所述中心体的与所述内筒的进口端对应的一端设有安装法兰。
根据本发明另一方面的燃气轮机的燃烧器，其包括上述实施例的燃料喷嘴。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的燃料喷嘴的纵截面图；
图2是根据本发明的实施例的燃料喷嘴的整体结构图；
图3是根据本发明的实施例的燃料喷嘴的横截面图。
附图标记：
中心体1，套罩2，内筒3，内筒3的进口端31，内筒3的出口端32，环形通道4，外侧环形通道41，内侧环形通道42，旋流器5，外侧旋流器5，内侧旋流器6，射流孔7，燃料通道8，安装法兰9，燃料10，空气11。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1-3所示，根据本发明实施例的燃料喷嘴包括中心体1、套罩2、内筒3、外侧旋流器5和内侧旋流器6。
套罩2套在中心体1上且彼此在径向上间隔开，从而在套罩2和中心体1之间形成环形通道4。
内筒3具有进口端31和出口端32，例如图1所示，燃料10和空气11均是从下向上进入，则内筒3的下端为进口端31，上端为出口端32。内筒3设于环形通道4内以将环形通道4分为外侧环形通道41和内侧环形通道42，外侧环形通道41形成在内筒3与套罩2之间，内侧环形通道42形成在内筒3与中心体1之间。换言之，如图1所示，内筒3位于环形通道4内且沿套罩2的轴向方向延伸，而且内筒3分别与中心体1和套罩2沿径向(例如图1所示的上下方向)间隔开，以将环形通道4在径向上分为内筒3与套罩2之间的外侧环形通道41和内筒3与中心体1之间的内侧环形通道42。
内筒3的出口端32(如图1所示的上端)为波瓣状结构，可以理解的是，内筒3的上端的边缘具有褶皱以形成波瓣状结构，例如图2、3所示，褶皱可以形成在内筒3的上端边缘的一整圈上以形成整个的波瓣状的圆环形结构。外侧环形通道41和内侧环形通道42中的燃料10和空气11的预混混合物通过内筒3出口端32的波瓣状结构进行旋流脱落效应进一步掺混，以提高混合均匀性。
外侧旋流器5和内侧旋流器6，外侧旋流器5设在外侧环形通道41内,内侧旋流器6设在内侧环形通道6内。换言之，外侧旋流器5设内筒3与套罩2之间，内侧旋流器6设在内筒3与中心体1之间。通过外侧旋流器5和内侧旋流器6，可以分别向外侧环形通道41和内侧环形通道42喷射燃料，以分别与外侧环形通道41和内侧环形通道42内的空气混合。可以理解的是，由于外侧环形通道41和内侧环形通道42内分别设有旋流器，可以根据实际需要控制不同环形通道内的旋流器，例如，可以分别控制外侧旋流器5和内侧旋流器6的旋流方式，旋流角度，旋流方向等以提高燃料和空气的掺混效果，降低污染物排放。
根据本发明的燃料喷嘴，通过内筒对环形通道进行分层，外侧环形通道和内侧环形通道中均设有旋流器，而且内筒的出口端设置为波瓣状结构，喷嘴内燃料和空气的掺混效果好，利于降低污染物的排放，可以有效降低回火风险，避免了直接采用波瓣结构替代旋流器造成的容易毁坏燃料喷嘴的问题。
在一些实施例中，旋流器5的外侧旋流器5和旋流器5的内侧旋流器6的旋流角度不同。通过分别控制旋流器5沿径向方向分为的外侧旋流器5和内侧旋流器6的旋流角度，可以提高燃料和空气的掺混效果，缩短掺混距离，降低回火风险。可以理解的是，外侧旋流器5和内侧旋流器6的旋流角度可以相同也可以不同，根据实际需要进行选择。
在一些实施例中，外侧旋流器5和内侧旋流器6的旋流方向不同。通过分别控制旋流器5沿径向方向分为的外侧旋流器5和内侧旋流器6的旋流方向，可以提高燃料和空气的掺混效果，进一步缩短掺混距离，降低回火风险。可以理解的是，外侧旋流器5和内侧旋流器6的旋流方向可以相同也可以不同，根据实际需要进行选择。
在一些实施例中，外侧旋流器5和内侧旋流器6上均设有射流孔7，以便于将燃料10喷射至外侧环形通道41内和内侧环形通道42内以与外侧环形通道41内和内侧环形通道42内的空气11混合。可以理解的是，外侧旋流器5和内侧旋流器6上分别设有射流孔7，以分别便于将燃料10喷射到外侧环形通道41内和内侧环形通道42内。更进一步地，外侧射流孔71与内侧射流孔72的孔径不同。通过分别控制外侧旋流器5上的射流孔7和内侧旋流器6上射流孔7的孔径，可以控制不同环形通道内燃料10的喷射量，从而控制燃料10和空气11的预混混合物的当量比，进一步控制下游火焰面形状以控制NOX排放。
在一些实施例中，中心体1的与内筒3的出口端32对应的一端呈锥形。换言之，如图1所示，中心体1的上端与中心体1的出口端(上端)32对应，中心体1的上端的径向尺寸从下向上逐渐减小以形成锥形。在另一些可选的实施例中，中心体1的上端呈截锥形。更进一步地，中心体1的截锥形的顶端设有值班燃料通道(图中未示出)，以降低回火风险。可以理解的是，中心体1的上端形状并不限于此，根据实际需要可以具体选择以利于燃料的喷射。
在一些实施例中，为了便于向旋流器5内供应燃料，中心体1上设有燃料通道8，燃料通道8与外侧旋流器5和内侧旋流器6均连通，以便分别向外侧旋流器5和内侧旋流器6供应燃烧且通过各自的射流孔7将燃料喷射到相应的环形通道内。更具体地，如图1所示，燃料通道8设于中心体1的中心且与外侧旋流器5和内侧旋流器6均连通。
在一些实施例中，中心体1的与内筒3的进口端31对应的一端设有安装法兰9。换言之，如图2所示，中心体1的上端位于套罩2内侧，中心体1的下端位于套罩2外侧且中心体1的下端与内筒3的进口端31对应，中心体1的下端设有安装法兰9，以便于将燃料喷嘴安装于在燃气轮机的燃烧器内。
下面参考图1和图2描述根据本发明具体实施例的燃料喷嘴。
如图1-2所示，根据本发明实施例的燃料喷嘴包括中心体1、套罩2、内筒3、外侧旋流器5、内侧旋流器6和安装法兰9。中心体1、套罩2和内筒3彼此同轴设置且三者的横截面均为圆环形。
套罩2套在中心体1外面且彼此在径向上间隔开，从而在套罩2和中心体1之间形成环形通道4。
内筒3位于环形通道4内且从套罩2的下端向套罩2的上端延伸，内筒3分别与中心体1和套罩2沿径向间隔开，以将环形通道4分为外侧环形通道41和内侧环形通道42，外侧环形通道41形成在内筒3与套罩2之间，内侧环形通道42形成在内筒3与中心体1之间。
外侧旋流器5和内侧旋流器6，外侧旋流器5和内侧旋流器6分别位于外侧环形通道41和内侧环形通道42内且位于靠近内筒3的进口端(下端)31的位置，内筒3的出口端(上端)32为波瓣状结构。外侧环形通道41和外侧环形通道42中的燃料10和空气11的预混气通过波瓣状结构的旋流脱落效应进一步掺混，以提高混合均匀性。
外侧旋流器5和内侧旋流器6上均设有射流孔7，外侧旋流器5的外侧射流孔7和内侧旋流器6的内侧射流孔7的孔径不同。通过分别控制外侧旋流器5上的射流孔7和内侧旋流器6上射流孔7的孔径，可以控制不同环形通道内燃料10的喷射量，从而控制燃料10和空气11的预混混合物的当量比，进一步控制下游火焰面形状以控制NOX排放。
中心体1的中心设有燃料通道8，燃料通道8外侧旋流器5和内侧旋流器6均连通，与便于向外侧旋流器5和内侧旋流器6内供应燃料10。中心体1的上端位于套罩2内且呈锥形，以利于喷射燃料10，中心体1的下端位于套罩2外侧且设有安装法兰9，以便于将燃料喷嘴安装于在燃气轮机的燃烧器内。
根据本发明另一方面的燃气轮机的燃烧器，其包括上述实施例的燃料喷嘴。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种燃料喷嘴，其特征在于，包括：
中心体；
套罩，所述套罩套在所述中心体外面，所述套罩和所述中心体之间形成环形通道；
内筒，所述内筒具有进口端和出口端，所述内筒设于所述环形通道内以将所述环形通道分为所述内筒与所述套罩之间的外侧环形通道和所述内筒与所述中心体之间的内侧环形通道，所述内筒的出口端为波瓣状结构；
外侧旋流器和内侧旋流器,所述外侧旋流器设在所述外侧环形通道内,所述内侧旋流器设在所述内侧环形通道内。
2.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述外侧旋流器和所述内侧旋流器的旋流角度不同。
3.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述外侧旋流器和所述内侧旋流器的旋流方向不同。
4.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述外侧旋流器和所述内侧旋流器均具有射流孔，所述外旋流器的射流孔与所述内侧旋流器的射流孔的孔径不同。
5.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述中心体的与所述内筒的出口端对应的一端呈锥形。
6.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述中心体的与所述内筒的出口端对应的一端呈截锥形。
7.根据权利要求6所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述中心体的截锥形的一端设有值班燃料通道。
8.根据权利要求1所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述中心体内设有燃料通道，所述燃料通道与所述外侧旋流器和所述内侧旋流器连通。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的燃料喷嘴，其特征在于，所述中心体的与所述内筒的进口端对应的一端设有安装法兰。
10.一种燃气轮机的燃烧器，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的燃料喷嘴。
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