CN114234234A - 燃气轮机集成式压力旋流雾化喷嘴及带有该喷嘴的燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于燃气轮机技术领域，具体涉及一种燃气轮机集成式压力旋流雾化喷嘴，及带有该喷嘴的双燃料燃气轮机燃烧器。本发明提供的喷嘴采用燃料通道、旋流器与燃料喷口一体化设计，整体尺寸紧凑，可方便应用多种燃烧器中，通过多组或多点布置，可以满足燃气轮机在不同工况下燃油的良好雾化，高压燃油经过喷嘴喷射至第2级空气径向旋流器的空气流动通道下游，与强旋流空气掺混后形成均匀的混合油气在燃烧室内燃烧，通过调整两级旋流器的旋流度及空气流量，可以有效控制燃烧室内的燃烧温度并稳定燃烧，达到降低氮氧化物排放的目的。
Description
技术领域
本发明属于燃气轮机技术领域，具体涉及一种燃气轮机集成式压力旋流雾化喷嘴，及带有该喷嘴的双燃料燃气轮机燃烧器。
背景技术
在燃气轮机工作时，燃油经喷嘴雾化进入燃气轮机燃烧室进行燃烧；为了提高燃油的燃烧效率，扩宽稳定燃烧范围，一般要求对燃油雾化的有着严格的分布规律限制。由于雾化过程的复杂性,对雾化现象和机理的认识不充分,燃油雾化技术已经成为发动机发展的瓶颈。喷嘴作为雾化形成的关键装置,在雾化过程中承担着极其重要的作用。相较于其它喷嘴,压力旋流式喷嘴以其可靠性高，工艺成熟等优点，在燃烧室中应用极为广泛。
当前随着法律法规对污染物排放的要求日益严格，贫燃预混预蒸发技术以及多头部结构在燃烧室中得到了越来越多的应用，对于高集成度小体积的液体燃料喷嘴结构需求也愈发增加。但由于压力旋流雾化必须需要旋流器、旋流室等结构，导致其整体结构体积一直较大，故在贫燃预混预蒸发技术中应用一直受到限制。
发明内容
本发明的目的在于提供可在较小的体积下实现较好的燃油雾化效果，并可集成应用于采用贫燃预混预蒸发等低排放技术的燃烧器中的一种燃气轮机集成式压力旋流雾化喷嘴。本发明还提供了带有该喷嘴的一种双燃料燃气轮机燃烧器。
一种燃气轮机集成式压力旋流雾化喷嘴，喷嘴整体采用一体式结构，包括喷嘴头部和喷嘴尾部；所述喷嘴头部前端开设有燃料喷口，喷嘴头部内开设有旋流室，燃料喷口与旋流室前端连通；所述喷嘴尾部内开设有燃料通道，燃料通道通过旋流孔与旋流室后端连通；燃油通过燃料通道进入至喷嘴头部内的腔体，再经过旋流孔进入旋流室，最终通过燃料喷口以油雾的形式喷出。
进一步地，所述喷嘴尾部外侧包覆有空气隔热管，用于防止燃料通道积碳。
进一步地，所述旋流孔与旋流室的内径相切，旋流孔为单排或多排分布。
进一步地，所述旋流孔为采用交错布置的方式多排分布，交错角范围为0-180°。
一种带有所述喷嘴的双燃料燃气轮机燃烧器，所述喷嘴以成组的方式安装在燃烧器第2级空气径向旋流器的空气出口处；所述喷嘴尾部以插接的形式安装在燃烧器上，并与燃料总管内部联通；所述燃料喷口位于第二级空气径向旋流器出口处。
进一步地，燃烧器在使用液体燃料且在较高工况工作时，由燃油泵来的高压燃油经燃料总管、燃料通道、旋流孔、旋流室并从燃料喷口喷射至第2级空气径向旋流器的空气流动通道下游，与强旋流空气掺混后形成均匀的混合油气在燃烧室内燃烧；通过调整两级旋流器的旋流度及空气流量，可以有效控制燃烧室内的燃烧温度并稳定燃烧，达到降低氮氧化物排放的目的。
本发明的有益效果在于：
本发明提供了一种燃气轮机集成式压力旋流雾化喷嘴，将燃料通道、旋流器与燃料喷口进行一体化设计，并可通过改变旋流孔径、孔数、孔位及燃料喷口直径对燃油喷雾规律进行调整。本发明提供的喷嘴整体尺寸紧凑，可方便应用多种燃烧器中，通过多组或多点布置，可以满足燃气轮机在不同工况下燃油的良好雾化。本发明还提供了一种带有该喷嘴的双燃料燃气轮机燃烧器，在使用液体燃料且在较高工况工作时，由燃油泵来的高压燃油经燃料总管、燃料通道、旋流孔、旋流室并从燃料喷口喷射至第2级空气径向旋流器的空气流动通道下游，与强旋流空气掺混后形成均匀的混合油气在燃烧室内燃烧，通过调整两级旋流器的旋流度及空气流量，可以有效控制燃烧室内的燃烧温度并稳定燃烧，达到降低氮氧化物排放的目的。
附图说明
图1为本发明中喷嘴的外形图(单排旋流孔)。
图2为本发明中喷嘴的结构示意图(单排旋流孔)。
图3为图2中E-E截面的示意图。
图4(a)为应用本发明的喷嘴的双燃料燃气轮机燃烧器外形图(主视图)。
图4(b)为应用本发明的喷嘴的双燃料燃气轮机燃烧器外形图(侧视图)。
图5为图4(b)中M-M截面的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本发明提供了一种燃气轮机集成式的压力旋流雾化喷嘴，将燃料通道、旋流器与燃料喷口集成在一起，可在较小的体积下实现较好的燃油雾化效果，并可集成应用于采用贫燃预混预蒸发等低排放技术的燃烧器中。
实施例1：
结合图1-3，喷嘴整体采用一体式结构，包括喷嘴头部和喷嘴尾部；所述喷嘴头部前端开设有燃料喷口3，喷嘴头部内开设有旋流室4，燃料喷口3与旋流室4前端连通；所述喷嘴尾部内开设有燃料通道1，燃料通道1通过旋流孔2与旋流室4后端连通；燃油通过燃料通道1进入至喷嘴头部内的腔体，再经过旋流孔2进入旋流室4，最终通过燃料喷口3以油雾的形式喷出。
实施例2：
进一步地，所述旋流孔2与旋流室4的内径相切，旋流孔2为单排或多排分布；每排旋流孔的个数为2或3或4或6；当旋流孔4采用多排分布时，采用交错布置方法，交错角范围为0-180°。
本发明将燃料通道、旋流器与燃料喷口进行一体化设计，并可通过改变旋流孔径、孔数、孔位及燃料喷口直径对燃油喷雾规律进行调整；由于整体尺寸紧凑，可方便应用多种燃烧器中。通过多组或多点布置，可以满足燃气轮机在不同工况下燃油的良好雾化。
实施例3：
图4(a)、图4(b)、图5给出了使用了本发明的示例，示例为一种双燃料燃气轮机燃烧器，集成式压力旋流雾化喷嘴(本发明)以成组的方式安装在燃烧器第2级空气径向旋流器的空气出口处(共16只，图4)；燃料通道1以插接的形式安装在燃烧器上，并与燃料总管内部联通；在喷嘴尾部的壳体上套装了空气隔热管用以防止燃料通道1积碳。燃料喷口3位于第二级空气径向旋流器出口处；双燃料燃气轮机燃烧器在使用液体燃料且在较高工况工作时，由燃油泵来的高压燃油经燃料总管、燃料通道1、旋流孔2、旋流室4并从燃料喷口3喷射至第2级空气径向旋流器的空气流动通道下游，与强旋流空气掺混后形成均匀的混合油气在燃烧室内燃烧，通过调整两级旋流器的旋流度及空气流量，可以有效控制燃烧室内的燃烧温度并稳定燃烧，达到降低氮氧化物排放的目的。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种燃气轮机集成式压力旋流雾化喷嘴，其特征在于：喷嘴整体采用一体式结构，包括喷嘴头部和喷嘴尾部；所述喷嘴头部前端开设有燃料喷口(3)，喷嘴头部内开设有旋流室(4)，燃料喷口(3)与旋流室(4)前端连通；所述喷嘴尾部内开设有燃料通道(1)，燃料通道(1)通过旋流孔(2)与旋流室(4)后端连通；燃油通过燃料通道(1)进入至喷嘴头部内的腔体，再经过旋流孔(2)进入旋流室(4)，最终通过燃料喷口(3)以油雾的形式喷出。
2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机集成式压力旋流雾化喷嘴，其特征在于：所述喷嘴尾部外侧包覆有空气隔热管，用于防止燃料通道(1)积碳。
3.根据权利要求1所述的一种燃气轮机集成式压力旋流雾化喷嘴，其特征在于：所述旋流孔(2)与旋流室(4)的内径相切，旋流孔(2)为单排或多排分布。
4.根据权利要求2所述的一种燃气轮机集成式压力旋流雾化喷嘴，其特征在于：所述旋流孔(2)为采用交错布置的方式多排分布，交错角范围为0-180°。
5.一种带有权利要求1所述喷嘴的双燃料燃气轮机燃烧器，其特征在于：所述喷嘴以成组的方式安装在燃烧器第2级空气径向旋流器的空气出口处；所述喷嘴尾部以插接的形式安装在燃烧器上，并与燃料总管内部联通；所述燃料喷口(3)位于第二级空气径向旋流器出口处。
6.根据权利要求5所述的一种双燃料燃气轮机燃烧器，其特征在于：燃烧器在使用液体燃料且在较高工况工作时，由燃油泵来的高压燃油经燃料总管、燃料通道(1)、旋流孔(2)、旋流室(4)并从燃料喷口(3)喷射至第2级空气径向旋流器的空气流动通道下游，与强旋流空气掺混后形成均匀的混合油气在燃烧室内燃烧；通过调整两级旋流器的旋流度及空气流量，可以有效控制燃烧室内的燃烧温度并稳定燃烧，达到降低氮氧化物排放的目的。
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