CN115451432B - 一种燃气轮机燃烧室燃料的微混喷嘴组件及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃气轮机燃烧室燃料的微混喷嘴组件及一种燃气轮机燃烧室燃料的微混喷嘴系统。微混喷嘴组件包括预混燃料通路及扩散燃料通路，第一燃料与氧化剂在所述预混燃料通路中混合后，与所述扩散燃料通路中供给的第二燃料汇合喷入燃烧室进行燃烧。其中预混燃料通路能够使第一燃料和氧化剂的充分混合，从而降低燃料燃烧时产生局部高温的概率，进而降低污染气体NOx的产生。第二燃料通过将未与氧化剂混合的燃料喷向第一燃料与氧化剂的混合物，能够改变热释放波动，进而降低热声振荡。此外，该系统中还包括防回火通路，能够降低燃料燃烧时回火的概率。
Description
技术领域
本发明涉及燃气轮机喷嘴技术领域，具体而言，涉及一种用于燃气轮机的气体燃料混合部件。
背景技术
随着国际和国内对能源低碳、清洁的要求逐渐提高，碳排放压力日益加剧，氢气作为未来低碳、清洁能源的代表，研究氢能热转化利用具有战略意义。氢气为低碳清洁能源，采用燃气轮机燃烧氢气是一种典型的氢能利用方式，相对于天然气燃料，氢气火焰传播速度极快且火焰面更容易发生皱曲，容易发生热声振荡和回火，进而导致现有基于贫预混加旋流的低污染燃机燃烧室难以燃用纯氢气或高浓度氢燃料。
现有低污染燃气轮机主要采用干式低污染燃烧室，该种燃烧室采用贫预混和旋流燃烧。基于该种燃烧技术改造而来的低污染燃烧室只能掺烧部分氢气，难以燃用高浓度氢气和纯氢。此外，现有纯氢燃烧室采用贫油直喷技术，其燃烧温度高，污染物排放高，热声振荡严重。产生热声振荡的一般反馈过程及机理，主要包括三个方面：1)速度或者热物理状态参数发生的变化时，导致热释放率产生波动；2)热释放的波动激发声波的振荡；3)声波的振荡导致速度或者热物理状态参数产生波动，最终形成一个闭合的反馈过程。为解决燃烧温度高、燃料燃烧速度快易回火、燃烧热声振荡严重等问题，当前已经有一系列的现有设计。
现有技术CN204880216U公开了一种离散喷射的合成气喷嘴，通过设置有多个扇环形燃料进气管和倾斜空气喷孔，使空气和燃料充分混合，提高燃烧效率。具体说：该专利为一种离散喷射的合成气喷嘴，在喷嘴本体内设置有中心空气通道和同轴设置的环状的外围空气通道，在所述外围通道内设置有多个呈环状分布的燃料进气管，所述燃料进气管的截面形状为扇环形，并且其上的所述外径进气孔的轴线和所述内径进气孔的轴线均不与所述喷嘴本体的轴线相交，因此空气在外围空气通道内形成环形旋流；合成气燃料从若干个周向布置在外围空气通道中的燃料进气管向外喷射，喷射出来的若干股扇形合成气射流周围会被从外围空气通道喷射出来的环形空气旋流包围，扇形合成气射流能够很好的匹配环形空气旋流，增大了燃料与空气的接触面积，改善了燃料与空气的掺混效果。
该技术方案中存在的问题是整体呈圆柱形，且主要重点在于通过旋流方式增进燃料的混合效果，同时并不具备防回火结构，因此并不能适应燃烧速度较高的燃料；此外，并未优化解决热声振问题。
现有技术CN106523156A公开了一种通过多混合管的设计，特别是侧面进气结构，能够使空气与燃料进行多次混合强化了燃料与空气的混合程度，缩短了燃料与空气在第一混合通道和第二混合通道内的混合时间，提高混合效率。
具体说：该专利的气体燃料混合器的两个混合管喷射出的气体燃料会对空气管内的部分空气形成引射，在进入混合通道前，燃料就已经和部分空气进行了一次混合，与此同时，在两个混合通道内，燃料径向流动，空气轴向流动，二者为横向交叉的形式，燃料和空气以微尺度交叉射流形式二次混合，这两次混合强化了燃料与空气的混合程度，缩短了燃料与空气在混合通道内的混合时间；均匀的混合气体配合从冷却孔进入的冷空气，可以有效降低喷嘴出口的温度，降低了局部热点出现的概率。
该技术方案中存在的问题是整体的提交较大，且混合效果主要目的是降低了局部热点出现的概率和NOx污染物的排放，并未针对回火问题和热声振动问题进行改进。
现有技术CN205481129U公开了一种用于燃气涡轮发动机的燃烧器的燃料喷嘴，其分为中间直流区和外围旋流区。中部支流区的燃料通过中间的微孔后，与气流混合，直接喷出。外围旋流区为燃气气流从倾斜的导向叶片边缘喷出，再与空气混合，最后到达燃烧区燃烧。
具体说：该技术涉及一种用于燃气涡轮发动机的燃料喷嘴，其包括：伸长的中心体；伸长的外围壁，其形成在中心体周围以便限定其间的主要流环带；在主要流环带中的主要燃料供应和主要空气供应；以及导向喷嘴。导向喷嘴可形成在中心体中且包括：限定在中心体壁内的轴向地伸长的混合管；燃料端口，其定位在混合管上以用于将每一个混合管连接到辅助燃料供应；以及，辅助空气供应，其构造成与混合管中的每一个的入口流体地连通。多个混合管可形成为斜向混合管，其构造成用于引起涡旋的下游流，同时多个混合管可为轴向混合管。
该技术方案主要目的是引起涡旋的下游流和旋流，同时整体结构较长，不利于其在燃气轮机内布置，同时，无防回火结构，不能适应燃烧速度较快的气体。
综合现有技术，当前在解决高燃速气体回火、燃料均匀混合以及降低燃烧热声振动等方面还存在改空间。
鉴于以上技术问题，特推出本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种燃气轮机燃烧室燃料的微混喷嘴组件。为了提高燃料与氧化剂的混合效果，降低燃料在燃烧时的回火现象，降低燃烧时的热声振荡，微混喷嘴组件包括预混燃料通路及扩散燃料通路，第一燃料与氧化剂在预混燃料通路中混合后，与扩散燃料通路中供给的第二燃料汇合喷入燃烧室进行燃烧。
本发明对上述方案的进一步的改进在于：预混燃料通路包括狭缝微混通道，氧化剂进入狭缝微混通道后与第一燃料混合后，再与第二燃料汇合。
本发明对上述方案的进一步的改进在于：扩散燃料通路包括多个扩散喷孔，扩散喷孔与狭缝微混通道的末端相连通，第二燃料流过扩散喷孔后，流向狭缝微混通道的末端。
本发明对上述方案的进一步的改进在于：扩散燃料通路还包括扩散燃料仓，扩散燃料仓位于扩散喷孔的上游，第二燃料流入扩散燃料仓后，再流过扩散喷孔。
本发明对上述方案的进一步的改进在于：扩散燃料通路还包括第二燃料进口，第二燃料进口与扩散燃料仓相连通。
本发明对上述方案的进一步的改进在于：预混燃料通路还包括多个微混合喷孔，微混合喷孔与狭缝微混通道相连通，第一燃料通过微混合喷孔进入狭缝微混通道。
本发明对上述方案的进一步的改进在于：预混燃料通路还包括预混燃料仓，预混燃料仓位于微混合喷孔的上游，第一燃料流入预混燃料仓后，从微混合喷孔流出，进入狭缝微混通道。
本发明对上述方案的进一步的改进在于：预混燃料通路还包括第一燃料进口，第一燃料进口与预混燃料仓相连通。
本发明对上述方案的进一步的改进在于：微混喷嘴组件还包括防回火通路，防回火通路与预混燃料通路相连通，保护性气体通过防回火通路，进入预混燃料通路。
本发明对上述方案的进一步的改进在于：保护性气体顺着狭缝微混通道中气流的方向进入到狭缝微混通道。
本发明对上述方案的进一步的改进在于：防回火通路包括防回火气体通道，保护性气体通过防回火气体通道进入预混燃料通路。
本发明对上述方案的进一步的改进在于：狭缝微混通道包括狭缝微混通道出口，防回火气体通道位于靠近狭缝微混通道出口的狭缝微混通道的壁面上。
本发明对上述方案的进一步的改进在于：防回火气体通道为位于狭缝微混通道壁面上的多个微孔。
本发明对上述方案的进一步的改进在于：微孔的轴线与狭缝微混通道的气流方向呈5°-45°夹角。
本发明对上述方案的进一步的改进在于：狭缝微混通道还包括狭缝微混通道入口，狭缝微混通道入口呈弧形，氧化剂从狭缝微混通道入口进入狭缝微混通道。
本发明对上述方案的进一步的改进在于：微混喷嘴组件还包括喷嘴进口端面，多个狭缝微混通道入口平行排列在喷嘴进口端面上。
本发明对上述方案的进一步的改进在于：微混喷嘴组件整体呈截面为扇形的柱体。
本发明内容还涉及燃气轮机燃烧室燃料的微混喷嘴系统，微混喷嘴系统包括多个以上任一方案中的微混喷嘴组件，微混喷嘴组件沿圆周方向排列。
应用本发明的技术方案，至少实现了如下有益效果：
1、该组件包含预混燃料通路，该通路能够提高燃料和氧化剂的掺混均匀度，从而降低燃料燃烧时产生局部高温的概率，进而降低污染气体NOx的产生。
2、设置了防回火通道和防回火斜孔，使该喷嘴具备防回火能力。
3、通过调整燃料和氧化剂的比例，控制燃料与氧化剂混合物的燃烧状态，使其远离产生热声振荡的区间。
4、设置两个燃料通路，第二燃料通过将未与氧化剂混合的燃料喷向第一燃料与氧化剂的混合物，一方面改变当量比波动，从而改变热释放波动；另一方面改变涡脱落，使火焰面发生弯曲、褶皱，从而也改变热释放波动，当热释放波动与压力波动相位不一致时，热声振荡就会降低，提高燃烧稳定性。
5、设置多级燃料混合，提升混合效率，同时降低热声振荡风险，提高燃烧效率。
6、在扩散燃料通路、防回火通路及预混燃料通路处设置喷孔，使喷出的气体分散效果更好。
7、在扩散燃料通路、防回火通路及预混燃料通路处设置气体仓，可以平衡压力波动，使气体供应更加稳定。
8、预混通道中燃料供应通道在预混通路上游靠近氧化剂进口的位置设置，可以缩短喷嘴长度，提高喷嘴在设备中布置的灵活程度，同时降低设备的体积。此外，在相同体积的喷嘴中，混合效果更好，从而提升燃烧稳定性。
9、防回火气体通道靠近狭缝微混通道出口，因此能够保证保护性气体在喷向第一燃料混合气体后就被喷喷入到燃烧室。该设置可以降低保护性气体与第一燃料混合气体的混合度，防止将燃料浓度降的过低，同时也可以确保防回火气体在气流流过的部分的表面形成保护层。
10、该喷嘴组件呈扇形，可以形成环状排布，利于在实际应用中进行布局调整。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了微混喷嘴组件剖面立体图；以及
图2示出了微混喷嘴组件的进气端面；以及
图3示出了图2中的A-A剖视图；以及
图4示出了图3中的E-E剖开微混喷嘴组件的剖视图；以及
图5示出了扩散喷孔在壁上排列的一种情形；以及
图6示出了图2中的B-B剖视图；以及
图7示出了图6中的F-F剖开微混喷嘴组件的剖视图；以及
图8示出了图2中的C-C剖视图；以及
图9示出了图8中的G-G剖开微混喷嘴组件的剖视图；以及
图10示出了微混喷嘴组件排列成环状的微混喷嘴系统的示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
1、第一燃料进口，2、微混合喷孔，3、第二燃料进口，4、扩散喷孔，5、防回火气体管道，6、防回火气体通道，6a、微孔，7、狭缝微混通道，8、喷嘴进口端面，9、喷嘴出口端面，10、预混燃料仓隔板，11、扩散燃料仓隔板，12、狭缝微混通道出口，13预混燃料仓，14保护性气体仓，15、扩散燃料仓，16、狭缝微混通道入口
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。术语“包括”在使用时表明存在特征，但不排除存在或增加一个或多个其它特征；术语“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本文公开了燃气轮机燃烧室燃料的微混喷嘴组件，该组件包括预混燃料通路及扩散燃料通路，第一燃料与氧化剂在预混燃料通路中混合后，与扩散燃料通路中供给的第二燃料汇合喷入燃烧室进行燃烧，以降低NOx排放，同时兼顾降低热声振荡。其中预混燃料通路主要的目的是提供第一燃料与氧化剂进行充分混合的通路，第一燃料和氧化剂气体通过预混燃料通路后，能够进行充分的混合形成均一的第一燃料和氧化剂的混合物，从而降低燃料燃烧时产生局部高温的概率，进而降低污染气体NOx的产生。此外，还可以通过调整第一燃料和氧化剂的比例，控制第一燃料与氧化剂混合物的燃烧状态，使其远离产生热声振荡的区间。第一燃料可以是氢气、富氢燃料混合物、甲烷、丁烷、天然气等常见的燃气轮机供能燃料。氧化剂可以是氧气、空气以及其他提供氧化能力的气体。第二燃料通过将未与氧化剂混合的燃料喷向第一燃料与氧化剂的混合物，一方面改变燃料当量比波动，从而改变热释放波动；另一方面改变流场的涡脱落，使火焰面发生弯曲、褶皱，从而也改变热释放波动，使热释放波动与压力波动相位不一致，从而降低热声振荡，提高燃烧稳定性。第二燃料可以是氢气、富氢燃料混合物、甲烷、丁烷、天然气等常见的燃气轮机供能燃料。更优的，第一燃料和第二燃料可以相同。更优的，第一燃料和第二燃料可以都为氢气或富氢混合燃料。
预混燃料通路包括狭缝微混通道7，氧化剂进入狭缝微混通道7后与第一燃料混合后，再与第二燃料汇合。如图1、图8及图9所示，狭缝微混通道7整体呈缝状，氧化剂从狭缝微混通道入口16进入狭缝微混通道7后，与来自微混合喷孔2的第一燃料充分混合后，从缝微混通道出口12喷出。第一燃料和氧化剂在狭缝微混通道7中能够实现充分混合，使喷出的气体中第一燃料和氧化剂更加均匀，从而降低燃料燃烧时产生局部高温的概率，进而降低污染气体NOx的产生。第二燃料与第一燃料的混合物混合后，在燃烧时又能够在第一燃料混合物燃烧的区域外围形成第二燃料层，从而改变燃料浓度分布，也改变流场的涡脱落，进而改变热释放波动。通过该方案，使热释放波动与压力波动相位不一致，从而降低热声振荡。
扩散燃料通路包括多个扩散喷孔4，扩散喷孔4与狭缝微混通道7的末端相连通，第二燃料流过扩散喷孔4后，流向狭缝微混通道7的末端。如图4所示，扩散喷孔4的排布可以是呈喷出面的边缘呈直线排列。此外如图5所示，扩散喷孔4的排布也可以多排错落排列。具体的孔径及排列方式可以根据燃料的流速、压力等适应性调整。扩散喷孔4采用微孔方式，可以使喷出的气体分散效果更好，能够更容易形成均匀的掺混气体。此外，扩散喷孔4的截面形状可以是圆形、椭圆形、跑道形、三角形、六边形等及其他不规则的形状。扩散喷孔4的位置位于靠近狭缝微混通道7的末端，可以保证第二燃料流过扩散喷孔4后，在第一燃料与氧化剂的混合物在进入燃烧室前才喷出，这样防止第二燃料过早的与第一燃料混合物混合，从而降低回火风险。
扩散燃料通路还包括扩散燃料仓15，扩散燃料仓15位于扩散喷孔4的上游，第二燃料流入扩散燃料仓15后，再流过扩散喷孔4。扩散燃料仓15的设置能够容纳一定量的第二燃料，因为第二燃料气体具有一定的可压缩性，当气压不稳定时，扩散燃料仓15可以平衡压力波动，使第二燃料的供应更加稳定。同时因为多个扩散喷孔4与扩散燃料仓15连通，使不同的扩散喷孔4的第二燃料气体的压强相同，从而使第二燃料气体在各个扩散喷孔4供应更加均衡，有利于提升喷出的第二燃料气体的压力稳定性和流量稳定性。
如图1、图8、图9所示，预混燃料通路还包括多个微混合喷孔2，微混合喷孔2与狭缝微混通道7相连通，第一燃料通过微混合喷孔2进入狭缝微混通道7。微混合喷孔2为位于狭缝微混通道7壁上的微孔，第一燃料通过多个微混合喷孔2进入狭缝微混通道7中。多个微混合喷孔2可以沿着狭缝微混通道7的狭缝微混通道入口16周围均匀排列，也可以交错多排排列，排列方式和数量可以根据气体的压力和流量要求确定。微混合喷孔2有利于第一燃料分散的进入通道中，从而与氧化剂更加充分的混合。
如图1、图8所示，预混燃料通路还包括预混燃料仓13，预混燃料仓13位于微混合喷孔2的上游，第一燃料流入预混燃料仓13后，从微混合喷孔2流出，进入狭缝微混通道7。预混燃料仓13的设置能够容纳一定量的第一燃料，因为第一燃料气体具有一定的可压缩性，当气压不稳定时，预混燃料仓13可以平衡压力波动，使第一燃料的供应压力更加稳定。同时因为多个微混合喷孔2与预混燃料仓13连通，使不同的微混合喷孔2的第二燃料气体的压强相同，从而使第二燃料气体在各个微混合喷孔2供应更加均衡，有利于提升喷出的第二燃料气体的压力稳定性和流量稳定性。
如图1所示，混燃料通路还包括第一燃料进口1，第一燃料进口1与预混燃料仓13相连通。第一燃料通过第一燃料进口1，再进入预混燃料仓13，最后通过微混合喷孔2进入到狭缝微混通道7内。第一燃料进口1整体位于喷嘴进口端面8上。如图2所示，第一燃料进口1整体呈扁平的缝状，位于喷嘴进口端面8的边缘，该种设置方式能够较小的妨碍氧化剂进入狭缝微混通道7中，同时靠近边缘的设置有利于燃烧室中布置多个喷嘴组件燃料管路的供应连接，从而达到优化布置的目的。
微混喷嘴组件还包括防回火通路，防回火通路与预混燃料通路相连通，保护性气体通过防回火通路，进入预混燃料通路。当第一燃料燃烧速度比较快时，容易造成回火现象，从而影响喷嘴的正常工作，因此在第一燃料通路中设置了防回火通路，该防回火通路可以防止喷出的第一燃料的混合气体在燃烧室不出现或少出现回火现象，进而提高燃烧质量。防回火通路中的保护性气体可以使氮气、空气、水蒸气等不易燃的气体。
如图1、图3所示，保护性气体顺着狭缝微混通道7中气流的方向进入到狭缝微混通道7。保护性气体在通过防回火通路进入到狭缝微混通道7时，保护性气体的流向顺着狭缝微混通道7的流向。顺着流入狭缝微混通道7可以防止保护气流冲击混合燃料，造成保护性气体与混合燃料过度混合，降低保护和防回火效果，同时也不会过度的降低混合燃料中燃料的比例，造成燃烧不稳定。
如图1、图6及图7所示，防回火通路包括防回火气体通道6，保护性气体通过防回火气体通道6进入预混燃料通路。防回火通路中的保护性气体通过防回火气体通道6，进入到狭缝微混通道7中。防回火气体通道6位于狭缝微混通道7壁上。
如图1、图6及图7所示，狭缝微混通道7包括狭缝微混通道出口12，防回火气体通道6位于靠近狭缝微混通道出口12的狭缝微混通道7的壁面上。狭缝微混通道出口12位于狭缝微混通道7末端，第一燃料和氧化剂在狭缝微混通道7混合后从狭缝微混通道出口12喷出。防回火气体通道6靠近狭缝微混通道出口12，因此能够保证保护性气体在喷向第一燃料混合气体后就被喷喷入到燃烧室。该设置可以降低保护性气体与第一燃料混合气体的混合度，防止将燃料浓度降的过低，同时也可以确保防回火气体在气流流过的部分的表面形成保护层，防止喷嘴表面被燃烧的高温燃料破坏，同时也能起到更好的防回火效果。
如图1、图6及图7所示，防回火气体通道为位于狭缝微混通道7壁面上的多个微孔6a。微孔6a为位于狭缝微混通道7壁上的微孔，保护性气体通过多微孔6a进入狭缝微混通道7中。多个微孔6a可以沿着狭缝微混通道7的狭缝微混通道出口12周围均匀排列，也可以交错多排排列，排列方式和数量可以根据气体的压力和流量要求确定。微孔6a有利于第一燃料分散的进入通道中，从而形成保护性气体层，防止喷嘴表面被燃烧的高温燃料破坏，同时也能起到更好的防回火效果。
微孔6a的轴线与狭缝微混通道7的气流方向呈5°-45°夹角。该夹角能够根据狭缝微混通道7的壁厚和气流进行调整，当狭缝微混通道7的壁厚较厚时，若夹角太小，则孔的长度过长，加工难度加大，同时会降低微孔内保护性气体的流速，因此可以选择选择5°-45°的夹角。当狭缝微混通道7的壁较薄时，可以设置较小的夹角。此外，多个微孔的轴线与流线方向也可以不共面，微孔的轴线可以呈螺旋状围绕着狭缝微混通道7排布，这样可以狭缝微混通道7的出口端形成螺旋的保护性气体层，有更好的防回火效果。
如图1及图2所示，狭缝微混通道7还包括狭缝微混通道入口16，狭缝微混通道入口16呈弧形，氧化剂从狭缝微混通道入口16进入狭缝微混通道7。狭缝微混通道入口16整体呈弧形缝状，该种形状的入口有利于氧化剂进入到狭缝微混通道7时的流体呈扁平状，从而有利于与狭缝微混通道7内的微混合喷孔(2)喷出的第一燃料相混合，提高混合效率。同时，该形状位于截面为扇形的端面上，有利于合理的在扇形面上布置，增大氧化剂的进入空间。
如图1及图2所示，微混喷嘴组件还包括喷嘴进口端面8，多个狭缝微混通道入口16平行排列在喷嘴进口端面8上。多个狭缝微混通道入口16平行排列，可以增大氧化剂的进气通道的面积，同时有利于空间的高效利用。此外可以均匀地平行设置也可以确保进入各个狭缝微混通道入口16的气量和气压接近，有利于整个组件喷出气体的压强均一稳定，从而利于燃烧稳定。
微混喷嘴组件整体呈截面为扇形的柱体。如图1及图2所示，微混喷嘴组件整体呈截面为扇形的柱体可以有利于该组件在燃气轮机内部布置，既可以沿圆周方向均匀分散布置，也可以若干个相相邻组成模块，再将若干个模块以各种方式组合排列。同时喷嘴进口端面8上设置有第一燃料进口1、第二燃料进口3、狭缝微混通道入口16及防回火气体管道5的入口。以上入口均可以单独或多个设置为弧形狭缝，从而与扇形结构搭配，提升布置效率，增强供气的稳定性。
本文还公开了燃气轮机燃烧室燃料的微混喷嘴系统，该微混喷嘴系统包括多个以上任一方案提到的微混喷嘴组件，该系统中，微混喷嘴组件沿圆周方向排列组成。如图10所示，通过将微混喷嘴组件排列成环状，可以更好的适应不同燃气轮机的内部结构。也可以根据需要，在排成环形时，各组件之间有一定的空隙，该空隙可以有利于其他管路的布置。也几个若干个上述组件相邻拼成部件，不同部件之间有一定的空隙。总之，该截面为扇形的组件可以方便灵活的在燃气机内布置，提高了布置的可选项。
总之，从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现如下技术效果：
1、该组件包含预混燃料通路，该通路能够提高燃料和氧化剂的掺混均匀度，从而降低燃料燃烧时产生局部高温的概率，进而降低污染气体NOx的产生。
2、设置了防回火通道和防回火斜孔，使该喷嘴具备防回火能力。
3、通过调整燃料和氧化剂的比例，控制燃料与氧化剂混合物的燃烧状态，使其远离产生热声振荡的区间。
4、设置两个燃料通路，第二燃料通过将未与氧化剂混合的燃料喷向第一燃料与氧化剂的混合物，一方面改变当量比波动，从而改变热释放波动；另一方面改变涡脱落，使火焰面发生弯曲、褶皱，从而也改变热释放波动，当热释放波动与压力波动相位不一致时，热声振荡就会降低，提高燃烧稳定性。
5、设置多级燃料混合，提升混合效率，同时降低热声振荡风险，提高燃烧效率。
6、在扩散燃料通路、防回火通路及预混燃料通路处设置喷孔，使喷出的气体分散效果更好。
7、在扩散燃料通路、防回火通路及预混燃料通路处设置气体仓，可以平衡压力波动，使气体供应更加稳定。
8、预混通道中燃料供应通道在预混通路上游靠近氧化剂进口的位置设置，可以缩短喷嘴长度，提高喷嘴在设备中布置的灵活程度，同时降低设备的体积。此外，在相同体积的喷嘴中，混合效果更好，从而提升燃烧稳定性。
9、防回火气体通道靠近狭缝微混通道出口，因此能够保证保护性气体在喷向第一燃料混合气体后就被喷喷入到燃烧室。该设置可以降低保护性气体与第一燃料混合气体的混合度，防止将燃料浓度降的过低，同时也可以确保防回火气体在气流流过的部分的表面形成保护层。
10、该喷嘴组件呈扇形，可以形成环状排布，利于在实际应用中进行布局调整。
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 (17)
1.一种燃气轮机燃烧室燃料的微混喷嘴组件，其特征在于：包括预混燃料通路及扩散燃料通路，第一燃料与氧化剂在所述预混燃料通路中混合后，与所述扩散燃料通路中供给的第二燃料汇合喷入燃烧室进行燃烧，所述预混燃料通路包括狭缝微混通道(7)，所述氧化剂进入所述狭缝微混通道(7)后与所述第一燃料混合后，再与所述第二燃料汇合，以降低NOx排放及热声振荡。
2.根据权利要求1所述的微混喷嘴组件，其特征在于：所述扩散燃料通路包括多个扩散喷孔(4)，所述扩散喷孔(4)与所述狭缝微混通道(7)的末端相连通，所述第二燃料流过所述扩散喷孔(4)后，流向所述狭缝微混通道(7)的末端。
3.根据权利要求2所述的微混喷嘴组件，其特征在于：所述扩散燃料通路还包括扩散燃料仓(15)，所述扩散燃料仓(15)位于所述扩散喷孔(4)的上游，所述第二燃料流入所述扩散燃料仓(15)后，再流过扩散喷孔(4)。
4.根据权利要求3所述的微混喷嘴组件，其特征在于：所述扩散燃料通路还包括第二燃料进口(3)，所述第二燃料进口(3)与所述扩散燃料仓(15)相连通。
5.根据权利要求1所述的微混喷嘴组件，其特征在于：所述预混燃料通路还包括多个微混合喷孔(2)，所述微混合喷孔(2)与所述狭缝微混通道(7)相连通，所述第一燃料通过所述微混合喷孔(2)进入所述狭缝微混通道(7)。
6.根据权利要求5所述的微混喷嘴组件，其特征在于：所述预混燃料通路还包括预混燃料仓(13)，所述预混燃料仓(13)位于所述微混合喷孔(2)的上游，所述第一燃料流入所述预混燃料仓(13)后，从所述微混合喷孔(2)流出，进入所述狭缝微混通道(7)。
7.根据权利要求6所述的微混喷嘴组件，其特征在于：所述预混燃料通路还包括第一燃料进口(1)，所述第一燃料进口(1)与所述预混燃料仓(13)相连通。
8.根据权利要求1所述的微混喷嘴组件，其特征在于：所述微混喷嘴组件还包括防回火通路，所述防回火通路与所述预混燃料通路相连通，保护性气体通过所述防回火通路，进入所述预混燃料通路。
9.根据权利要求8所述的微混喷嘴组件，其特征在于：所述保护性气体顺着所述狭缝微混通道(7)中气流的方向进入到所述狭缝微混通道(7)。
10.根据权利要求8所述的微混喷嘴组件，其特征在于：所述防回火通路包括防回火气体通道(6)，所述保护性气体通过所述防回火气体通道(6)进入所述预混燃料通路。
11.根据权利要求10所述的微混喷嘴组件，其特征在于：所述狭缝微混通道(7)包括狭缝微混通道出口(12)，所述防回火气体通道(6)位于靠近所述狭缝微混通道出口(12)的所述狭缝微混通道(7)的壁面上。
12.根据权利要求11所述的微混喷嘴组件，其特征在于：所述防回火气体通道(6)为位于所述狭缝微混通道(7)壁面上的多个微孔(6a)。
13.根据权利要求12所述的微混喷嘴组件，其特征在于：所述微孔(6a)的轴线与所述狭缝微混通道(7)的气流方向呈5°-45°夹角。
14.根据权利要求6所述的微混喷嘴组件，其特征在于：所述狭缝微混通道(7)还包括狭缝微混通道入口(16)，所述狭缝微混通道入口(16)呈弧形，所述氧化剂从所述狭缝微混通道入口(16)进入所述狭缝微混通道(7)。
15.根据权利要求14所述的微混喷嘴组件，其特征在于：所述微混喷嘴组件还包括喷嘴进口端面(8)，多个所述狭缝微混通道入口(16)平行排列在所述喷嘴进口端面(8)上。
16.根据权利要求1-15中任一项所述的微混喷嘴组件，其特征在于：所述微混喷嘴组件整体呈截面为扇形的柱体。
17.一种燃气轮机燃烧室燃料的微混喷嘴系统，其特征在于，所述微混喷嘴系统包括多个根据权利要求1-16中任一项所述的微混喷嘴组件，所述微混喷嘴组件沿圆周方向排列。
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