CN112460631B - 一种燃气轮机燃烧室气体燃料和空气混合装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种燃气轮机燃烧室气体燃料和空气混合装置，包括混合器、喷嘴，混合器包括空气进口、喷嘴安装口和混合气出口，混合气出口连接内壳，空气进口连接导向器，喷嘴通过涡轮承力机匣经喷嘴安装口插入混合器内，混合器为弯管形，混合器的截面为扁圆形，混合器内部设置肋片组，从混合器的中线分为两侧，一侧的上下均设置有导流肋片，混合器中线另一侧的导流肋片与这一侧交错垂直分布，两侧之间留有空气流动通道。本发明可实现气体燃料与空气的充分混合，提升混合均匀度。混合器一定的旋流强度有效的保证燃气轮机燃烧室的稳定燃烧。混合均匀度的提升，可有效降低燃气轮机NOx污染物的排放量。

Description

一种燃气轮机燃烧室气体燃料和空气混合装置

技术领域

本发明涉及的是一种燃料空气混合装置，具体地说是燃气轮机燃料空气混合装置。

背景技术

随着人们环保意识的日益增强，以及排放标准的制订和不断提高，对燃气轮机燃烧室的污染物排放提出了日益严格的限量规定。为满足日趋严格的排放要求，近三十年来，世界各大燃气轮机研发机构及燃气轮机制造厂商均投入了大量的人力和物力，对燃气轮机低排放燃烧室开展了大量的研究工作，开发出了多种燃气轮机燃烧室低排放技术，不断降低了燃气轮机的NOx排放。

目前，燃烧室低排放技术主要有湿式低排放和干式低排放两种，其中干式低排放技术较多采用贫燃预混技术，即借助燃料与空气的良好预混，使均匀的混合气在接近贫燃熄火极限的当量比下燃烧，由于燃烧区温度较低且分布均匀，该技术具有可实现更低的NOx生成，其中燃料与空气的良好预混是实现燃气轮机NOx低排放或超低排放的关键技术之一。

发明内容

本发明的目的在于提供解决燃料与空气混合不均匀，在燃烧时产生局部高温，使得NOx污染物排放量居高不下的技术难题的一种燃气轮机燃烧室气体燃料和空气混合装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种燃气轮机燃烧室气体燃料和空气混合装置，其特征是：包括混合器、喷嘴，混合器包括空气进口、喷嘴安装口和混合气出口，空气进口位于混合器下端，喷嘴安装口和混合气出口分列于混合器的两个侧端，喷嘴安装口位于空气进口旁，混合气出口连接内壳，空气进口连接导向器，喷嘴通过涡轮承力机匣经喷嘴安装口插入混合器内，所述混合器为弯管形，混合器的截面为扁圆形，混合器内部设置肋片组，从混合器的中线分为两侧，其中一侧的上下均设置有导流肋片，每一个上方的导流肋片都有一个下方的导流肋片与其对应设置，混合器中线另一侧的导流肋片与这一侧交错垂直分布，两侧之间留有空气流动通道。

本发明还可以包括：

1、所述喷嘴位于混合器里的部位包括喷射口，喷射口呈树枝状分布，包括上下两侧，上侧包括高位喷口和低位喷口，下侧包括高位喷口和低位喷口。

2、喷射口分别面对混合器带有肋片的内部壁面，低位喷口位置位于混合器径向1/4截面处，高位喷口位置位于混合器径向3/4截面处，喷嘴喷口包括35个，每个喷口直径为0.5mm，其方向喷射与X、Y、Z轴的角度分别为118.7°、146.3°、73.8°。

本发明的优势在于：

一、采用两侧燃料分层多点喷射结构及弯管形混合器结构，可实现气体燃料与空气的充分混合，提升混合均匀度。

二、混合器一定的旋流强度有效的保证燃气轮机燃烧室的稳定燃烧。

三、混合均匀度的提升，可有效降低燃气轮机NOx污染物的排放量，达到或更优于GB13223-2011排放标准。

四、本发明应用领域十分广泛，可应用在能源、电力、交通、环保、驱动等以气体为燃料的工业燃气轮机上。

附图说明

图1a为本发明的结构示意图，图1b为A处放大图，图1c为B-B视图；

图2a为混合器立体图，图2b为混合器平面图；

图3a为喷嘴视图，图3b为喷嘴剖视图，图3c为C-C视图；

图4为气体燃料和空气混合原理图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1a-4，燃料与空气高均匀度混合技术一直以来受国外厂家的技术封锁，填补国内燃气轮机在低排放或超低排放技术领域的欠缺，掌握具有自主知识产权的燃料和空气混合技术成为了打破垄断的关键点之一。本发明在燃气轮机中共有36个混合装置，每个混合装置主要由混合器4、喷嘴2、卡环3组成。混合器4两端分别与一级导向器5和内壳6插接，喷嘴通过涡轮承力机匣插入混合器4内，并用卡环3进行固定。混合器4上有布置有左右对称的两个安装座7，通过螺栓8将混合器4固定在内壳6上。

依据图2，混合器外形为“弯管形”，截面呈扁圆形，并由两半焊接而成。每一半的内部分别布置有肋片组，上下各9个导流肋片，并成对称分布，中间留有一定间隙的空气流动通道。两半的肋片分别交错垂直分布，利于空气具有一定的旋流强度。混合器进口处布置有喷嘴安装孔，中部安装有两个安装座用于固定。空气由混合器进口流入，将由喷嘴喷入的气体燃料直接吹入混合器旋流肋片组，肋片组将天然气与空气均匀掺混，并以旋流的形式由混合器出口流入燃烧室燃烧区，形成稳定回流区。

依据图3，喷嘴采用树枝状两侧分层多点喷射结构供给气体燃料，喷射口呈树枝状分布，分为上下两侧，上侧高低位喷口各9个；下侧高位喷口有9个，低位喷口有8个。喷口分别面对混合器带有肋片的内部壁面，喷射点依据气体燃料射流深度确认，保证低位气体燃料喷射位置位于混合器径向1/4截面处，高位气体燃料喷射位置位于混合器径向3/4截面处。喷嘴喷口共35个，每个喷口直径为0.5mm，其方向喷射与X、Y、Z轴的角度分别为118.7°、146.3°、73.8°。

喷嘴喷口数与喷口直径受燃气轮机气体燃料量限制，原则上喷口数越多，可使气体燃料与空气混合越均匀，但综合考虑喷嘴喷射小孔机械加工难度及燃料射流深度影响，最终选定喷口直径0.5mm，对应计算喷口数量为35个。同时，利用仿真计算软件，通过选取距燃料喷射口一定距离截面上的燃料浓度分布场，计算最高浓度值与平均浓度值的偏差，分析气体燃料与空气的混合均匀度。经过多次调整燃料喷射方向与X、Y、Z轴的角度值，分析空气与气体燃料流动速度剪切角对混合均匀度的影响，最终确定最佳角度为118.7°、146.3°、73.8°。

依据图4，本发明的混合方法为在空气流动通道内，采用了“两侧喷射+多点喷射+高低位喷射”混合方法。即将空气流动通道考虑为一个整体A，两侧喷射使其通道均分为B、C两个混合区域，B或C混合区域内采用多点喷射方法再将其均分为九个混合方格d1-d9，最后通过高低位喷射方法使燃料射流终点位于di混合方格的1/4和3/4处，即将di混合方格又均分为两个更小的混合方格e1和e2，此混合方法最大益处为在空气流动整体通道内，人为的将混合区域从一个大区域分解成为若干个小区域，使得燃料与空气混合的更加均匀。

Claims (1)

1.一种燃气轮机燃烧室气体燃料和空气混合装置，其特征是：包括混合器、喷嘴，混合器包括空气进口、喷嘴安装口和混合气出口，空气进口位于混合器下端，喷嘴安装口和混合气出口分列于混合器的两个侧端，喷嘴安装口位于空气进口旁，混合气出口连接内壳，空气进口连接导向器，喷嘴通过涡轮承力机匣经喷嘴安装口插入混合器内，所述混合器为弯管形，混合器的截面为扁圆形，混合器内部设置肋片组，从混合器的中线分为两侧，其中一侧的上下均设置有导流肋片，每一个上方的导流肋片都有一个下方的导流肋片与其对应设置，混合器中线另一侧的导流肋片与这一侧交错垂直分布，两侧之间留有空气流动通道；

所述喷嘴位于混合器里的部位包括喷射口，喷射口呈树枝状分布，包括上下两侧，上侧包括高位喷口和低位喷口，下侧包括高位喷口和低位喷口；

喷射口分别面对混合器带有肋片的内部壁面，低位喷口位置位于混合器径向1/4截面处，高位喷口位置位于混合器径向3/4截面处，喷嘴喷口包括35个，每个喷口直径为0.5mm，其方向喷射与X、Y、Z轴的角度分别为118.7°、146.3°、73.8°；

将混合器的空气流动通道考虑为一个整体A，两侧喷嘴安装口和混合气出口喷射使其通道均分为B、C两个混合区域，B或C混合区域内采用多点喷射方法再将其均分为九个混合方格d1-d9，最后通过高低位喷射方法使燃料射流终点位于di混合方格的1/4和3/4处，即将di混合方格又均分为两个更小的混合方格e1和e2。

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