CN116857674A - 一种双燃料一体式点火器喷嘴及燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双燃料一体式点火器喷嘴及燃气轮机，包括：喷嘴本体，与所述喷嘴本体内部空间连通的第一燃料管、第二燃料管，以及设置在所述喷嘴本体上的空气进孔；所述喷嘴本体内设置有点火器，所述点火器位于所述喷嘴本体的中心轴上。通过上述设置，本发明将点火器内置于喷嘴本体内，使点火器与外界环境隔离，能够有效解决燃气轮机在启动、熄火后重新启动以及恶劣工况下点火时，发生点火不成功等问题，同时，双燃料的设置也能够使得本发明的喷嘴更加适应当代丰富多样的能源种类；整体结构紧凑、质量轻，能够更好地与微型燃气轮机进行适配。

Description

一种双燃料一体式点火器喷嘴及燃气轮机

技术领域

本发明属于燃气轮机技术领域，尤其涉及一种双燃料一体式点火器喷嘴及燃气轮机。

背景技术

燃气轮机具有效率高、体积小、重量轻、维护简单、机动性好、自动化程度高、造价低等优点，因而被广泛应用于航空、陆用发电、天然气输送、石油、铁路和造船工业中。

在传统燃气轮机中，其燃烧室喷嘴燃料适应性差，不能匹配当代的丰富多样的能源种类，对于氢气、氨气，乃至于大量工业副产气、油田伴生气、生物质能源等不适用，严重浪费能源；

燃气轮机在启动、熄火后重新启动以及恶劣工况下点火时，会发生点火不成功等问题，影响正常使用；

同时，环保标准的进一步提高，对燃气轮机也有更高的要求，需要提高燃气轮机的效率，降低污染物排放等。

发明内容

本发明的目的在于解决上述背景技术中的至少一个问题，提供了一种双燃料一体式点火器喷嘴及燃气轮机。

为实现上述目的，本发明的一种双燃料一体式点火器喷嘴，包括：

喷嘴本体，与所述喷嘴本体内部空间连通的第一燃料管、第二燃料管，以及设置在所述喷嘴本体上的空气进孔；

所述喷嘴本体内设置有点火器，所述点火器位于所述喷嘴本体的中心轴上。

优选地，所述喷嘴本体内设置有相互独立的第一燃料通道和第二燃料通道，以及与所述第一燃料通道、第二燃料通道连通的掺混通道；

所述第一燃料通道与所述第一燃料管连通，所述第二燃料通道与所述第二燃料管连通；

在所述喷嘴本体内设置有点火器安装板；

所述第一燃料通道、第二燃料通道通过所述点火器安装板与所述掺混通道分隔；

所述点火器固定于所述点火器安装板上，且所述点火器一端位于所述第一燃料通道内，另一端位于所述掺混通道内；

在所述点火器安装板上设置有连通所述第一燃料通道与所述掺混通道的第一入射气孔，以及连通所述第二燃料通道与所述掺混通道的第二入射气孔；

所述第二入射气孔靠近所述喷嘴本体内壁设置；

所述空气进孔与所述掺混通道连通；

所述空气进孔包括周向均匀布置的第一空气进孔和第二空气进孔，所述第一空气进孔靠近所述点火器安装板设置；

所述第一空气进孔的开口面积大于所述第二空气进孔的开口面积；

所述第二空气进孔的开口设置为径向的斜切开口。

优选地，所述径向的斜切开口的斜切角度小于等于45°。

优选地，所述第二空气进孔设置为键形孔，沿所述喷嘴本体侧壁周向均匀布置。

优选地，所述第一入射气孔靠近所述喷嘴本体内壁设置。

优选地，所述第二空气进孔靠近所述点火器的点火位置设置。

优选地，所述第一入射气孔与所述第二入射气孔处于同一水平面上。

优选地，所述点火器包括陶瓷材料包裹的点火棒。

优选地，在所述喷嘴本体侧壁上还设置有安装法兰。

为实现上述目的，本发明还提供一种燃气轮机，包括上述中任一项所述的一种双燃料一体式点火器喷嘴。

基于此，本发明的有益效果为：

1.通过本发明的方案，将点火器安装于喷嘴本体内部，使得本发明的喷嘴具有更高的点火可靠性，也更好地控制点火当量比，不仅能改善传统点火器存在的点火不成功问题，实现高效燃烧，而且还能适应高海拔、高湿度、寒冷低温等恶劣工况下的点火，保障燃气轮机的稳定运行；

2.通过本发明的方案，喷嘴本体内置有相互独立的第一燃料通道和第二燃料通道，使得第一燃料与第二燃料通过第一燃料管、第二燃料管进入喷嘴本体内后，能够先分别在两通道内稳定，再通过两通道上的入射气孔喷出，保证喷出的两气体燃料均有较好的初始均匀度；同时，喷出的气流稳定，能够确保燃烧的稳定性，避免回火问题；

3.通过本发明的方案，喷嘴本体上设置有第一空气进孔和第二空气进孔，第一空气进孔的开口面积大于第二空气进孔的开口面积，且第一空气进孔靠近燃料通道设置，使得经入射气孔喷出的燃料第一时间与大量空气掺混，提高掺混效果；

4.通过本发明的方案，第二空气进孔设置为键形径向的斜切开口，使得高压空气进入喷嘴本体后能形成旋流，不仅解决了传统天然气掺氢由于密度差异导致的分层问题，还提高第一燃料、第二燃料与空气的掺混效果；

5.通过本发明的方案，喷嘴整体结构紧凑、工艺简单、质量轻、流动损失小，出口流场均匀稳定，能够更适应燃气轮机尺寸及轻量化安装的要求。

附图说明

图1示意性表示本发明一种实施方式的一种双燃料一体式点火器喷嘴的立体图；

图2示意性表示本发明一种实施方式的一种双燃料一体式点火器喷嘴的俯视图；

图3示意性表示本发明一种实施方式的图2中A-A’方向的剖视图；

附图说明：喷嘴本体10，第一燃料通道101，第二燃料通道102，掺混通道103，第一燃料管20，第二燃料管30，空气进孔40，第一空气进孔401，第二空气进孔402，点火器50，点火器安装板60，第一入射气孔601，第二入射气孔602，安装法兰70。

具体实施方式

现在将参照示例性实施例来论述本发明的内容。应当理解，论述的实施例仅是为了使得本领域普通技术人员能够更好地理解且因此实现本发明的内容，而不是暗示对本发明的范围的任何限制。

如本文中所使用的，术语“包括”及其变体要被解读为意味着“包括但不限于”的开放式术语。术语“基于”要被解读为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“一种实施例”要被解读为“至少一个实施例”。

图1示意性表示本发明一种实施方式的一种双燃料一体式点火器喷嘴的立体图，图2示意性表示本发明一种实施方式的一种双燃料一体式点火器喷嘴的俯视图，图3示意性表示本发明一种实施方式的图2中A-A’方向的剖视图，如图1-3所示，本发明的一种双燃料一体式点火器喷嘴，包括：

喷嘴本体10，与喷嘴本体10内部空间连通的第一燃料管20、第二燃料管30，以及设置在喷嘴本体10上的空气进孔40；

在喷嘴本体10内设置有点火器50，点火器50位于喷嘴本体10的中心轴上。

在传统技术中，燃气轮机燃烧室喷嘴燃料适应性较差，不能匹配当代丰富多样的能源种类，除天然气外，对于还存在的氢气、氨气，乃至于大量工业副产气、油田伴生气、生物质能源等无法适用，能源被严重浪费；

而本发明基于上述问题，在喷嘴本体10上设置有第一燃料管20与第二燃料管30，能够进行双燃料的混合使用，适用于主燃料为天然气，副燃料为氢气、氨气等清洁能源的多种燃料的掺混供给，使得该喷嘴具有更可靠的多燃料适应性，为后续喷嘴内加装点火器50等提供了可能性。

同时，在传统技术中，点火器为插入式，一部分暴露于外界，燃气轮机在启动、熄火后重新启动，或恶劣工况下点火时，常常容易受到外界环境因素的影响，会发生点火不成功等问题，影响燃气轮机正常使用；

而本发明通过将点火器50内置于喷嘴本体10，通过喷嘴本体10的壳体，使点火器50与外界环境隔绝，使得点火器50不易受到环境影响，进而使得该燃气轮机在恶劣环境下也能保证点火成功率，不影响正常使用。

本发明的喷嘴实现了掺混与点火双功能，整体结构紧凑，更适应燃气轮机尺寸及轻量化安装的要求。

如图3所示，在本发明的实施例中，第一燃料管20与第二燃料管30相互垂直布置，当然，其也可以相互平行设置。

进一步地，喷嘴本体10内设置有相互独立的第一燃料通道101和第二燃料通道102，以及与第一燃料通道101、第二燃料通道102连通的掺混通道103；

第一燃料通道101与第一燃料管20连通，第二燃料通道102与第二燃料管30连通。

具体地，喷嘴本体10设置为圆柱形，第一燃料通道101与第二燃料通道102同轴布置；

工作时，第一燃料通过第一燃料管20进入喷嘴本体10内部空间，在第一燃料通道101中进行气流稳定，之后经第一燃料通道101喷出进入掺混通道103，而第二燃料同理，通过第二燃料管20进入喷嘴本体10内部空间，在第二燃料通道102中进行气流稳定，之后经第二燃料通道102喷出进入掺混通道103，同时，空气从空气进孔40进入喷嘴本体10，进而能够在掺混通道103中实现第一燃料、第二燃料与空气的掺混。

通过上述设置，将第一燃料通道101与第二燃料通道102同轴设置，第一燃料与第二燃料能够分别在两通道内稳定，其一方面能够更好的控制点火当量比，实现高效燃烧，能够有效避免传统技术中，燃料直接从管道喷出现象，避免该种方式使得燃料流量较小，无法实现燃料很好的掺混，导致燃料进入掺混通道103的气流本身就是不均匀、不对称的状态，影响燃烧的稳定性；另一方面，由于本发明的喷嘴适用于气体燃料，而气体燃料需要一定的距离来使气流稳定，第一燃料通道101与第二燃料通道102的设置，能够避免气流直接喷出混合，燃烧不稳定而产生的回火问题。

同时，第一燃料通道101、第二燃料通道102与喷嘴本体10均水平设置，而空气进孔40则设置在喷嘴本体10的侧壁上，使得第一燃料、第二燃料与空气的流向相互垂直，使得空气与燃料交错，使得掺混更快速、均匀。

进一步地，在喷嘴本体10内设置有点火器安装板60；

第一燃料通道101、第二燃料通道102通过点火器安装板60与掺混通道103分隔。

点火器50固定于点火器安装板60上，且点火器50一端位于第一燃料通道101内，另一端位于掺混通道103内。

具体地，点火器安装板60为圆形板，具有一定厚度，在其中心处设置通孔，通孔大小与点火器50的截面大小一致，点火器50通过通孔穿透点火器安装板60，其一部分位于第一燃料通道101内，另一部分位于掺混通道103内，实现点火器50的固定。

如此设置，点火器安装板60将喷嘴本体10内部空间进行分隔，使得该喷嘴具有更好的流畅和掺混效果，改进内部燃料分布，提高燃烧稳定性，同时也能增加喷嘴的结构强度。

进一步地，在点火器安装板60上设置有连通第一燃料通道101与掺混通道103的第一入射气孔601，以及连通第二燃料通道102与掺混通道103的第二入射气孔602；

第二入射气孔602靠近喷嘴本体10内壁设置。

具体地，在点火器安装板60上设置有第一入射气孔601，第一入射气孔601具体位于第一燃料通道101投影到点火器安装板60的投影区域上，而第二入射气孔602同理，同样位于第二燃料通道102投影到点火器安装板60的投影区域上。

同时，第二入射气孔602靠近点火器安装板60的边缘设置，即靠近喷嘴本体10的内壁设置，通过这样设置，当第二燃料从第二入射气孔602喷出后，能够更早的与从空气进孔40进入的空气进行掺混，提高掺混效果。

同时，也可将第一入射气孔601靠近喷嘴本体10内壁设置，使得第一燃料经第一入射气孔601喷出后，同样能够更早与空气进行掺混，提高掺混效果。

进一步地，空气进孔40与掺混通道103连通，使得燃料与空气的掺混发生在掺混通道103中，确保两个燃料的初始均匀度，方便使用者控制各组分流量。

进一步地，空气进孔40包括第一空气进孔401和第二空气进孔402，第一空气进孔401靠近点火器安装板60设置；

第一空气进孔401的开口面积大于第二空气进孔402的开口面积。

具体的，第一空气进孔401设置多个，优选为近似圆形，也可以是其他形状。第一空气进孔401沿喷嘴本体10的侧壁均匀周向布置，形成交叉射流，满足空气量的需求；

同时，将第一空气进孔401与第二空气进孔402均与燃料出口错开一定角度设置，能够减小空气对燃料入射的影响，进而保证掺混效果。

第一空气进孔401靠近点火器安装板60设置，使得空气能够先经过较大开口大量进入喷嘴本体10内，充分使得第一燃料与第二燃料与空气进行掺混，满足掺混的空气需求量，避免传统技术中，只设置一个空气进口，或较小空气进口靠近燃料喷出口设置，而发生的空气量不足现象，使得掺混不完全，或掺混不均匀，使得燃烧后仍存在较多污染物，排放后对环境进行污染。

进一步地，第二空气进孔402的开口设置为径向的斜切开口。

在传统技术中，为了使得空气与燃料更加快速、更好的进行掺混，在掺混段内单独设置有旋流器，使得气体发生旋流，实现“搅拌”的作用，加快掺混速率，提高空气与燃料的掺混效果；但是单独设置的旋流器增加了点火器喷嘴的重量、使喷嘴内部的安全结构变得更为复杂、降低了产品的可靠度，增加了制造成本。

而在本发明的方案中，将第二空气进孔402的开口设置为径向的斜切开口，使得喷嘴外部的高压空气沿径向的斜切面进入喷嘴本体10内后，即在喷嘴内部围绕轴线形成了旋流。也就是说，第二空气进孔402能够通过自身结构产生与旋流器同样的旋流效果，简化了喷嘴结构、降低了喷嘴重量、提高了喷嘴可靠度、降低了制造与维护成本，解决了传统天然气掺氢由于密度差异导致的分层问题，提高了燃气的掺混效果。

同时，如将第一空气进孔401与第二空气进孔402的数量设置相同，能够进一步加强掺混效果，保证喷嘴出口燃料的均匀性，并且能够获得更好的流畅性能。

进一步地，第二空气进孔402的径向的斜切开口的斜切角度小于等于45°，优选为30°，在该范围下产生的旋流能够使得空气与燃料的掺混效果最佳。

进一步地，第二空气进孔402设置为键形孔，沿喷嘴本体10侧壁周向均匀布置。

通过将第二空气进孔402设置为键形孔，减少第二空气进孔402在喷嘴本体10侧壁周向上的占用面积，以此能够增加第二空气进孔402的数量，进而提高进入喷嘴本体10的空气量，同时更多的斜切的第二空气进孔402也能够提供更好的旋流流场效果，进而加强空气与燃料的掺混效果。

进一步地，第二空气进孔402靠近点火器50的点火位置设置。

具体地，第二空气进孔402设置于点火器50点火位置的上游侧，如此设置，在点火器50的点火位置之前，燃料与空气完成了较好的掺混，而混合气移动到点火位置时拥有较高的掺混均匀度，使得混合气更容易进行点火。

进一步地，对于点火器50，其可以具体为由陶瓷材料包裹的点火棒，陶瓷材料耐高温良好，同时对于恶劣环境具有很好的耐受性，能够使得该喷嘴更好的适应环境，提高点火成功率。

进一步地，在上述方案中，第一入射气孔501与第二入射气孔502处于同一水平面上，以此确保经第一入射气孔501和第二入射气孔502喷出的第一燃料与第二燃料能够处于同一初始位置，能够近乎同步的与空气进行掺混，避免其中某一燃料与空气混合后，另一种燃料才刚刚喷出造成的掺混不均匀问题。

进一步地，在喷嘴本体10侧壁上还设置有安装法兰70，便于喷嘴与燃气轮机的连接。

进一步地，本发明还提供一种燃气轮机，包括上述中的一种双燃料一体式点火器喷嘴。

综上所述，通过本发明的方案，将点火器50安装于喷嘴本体10内部，使得本发明的喷嘴具有更高的点火可靠性，不仅能改善传统点火器存在点火不成功问题，而且还能适应高海拔、高湿度、寒冷低温环境等恶劣工况下的点火，保障燃气轮机的稳定运行；

在喷嘴本体10内置有相互独立的第一燃料通道101和第二燃料通道102，使得第一燃料与第二燃料通过第一燃料管20、第二燃料管30进入喷嘴本体10后，能够先分别在两通道内稳定，再通过两通道上的入射气孔喷出，保证喷出的两气体燃料均有较好的初始均匀度，同时，喷出的气流稳定，能够确保燃烧的稳定性，避免回火问题；

在喷嘴本体10上设置有第一空气进孔401和第二空气进孔402，第一空气进孔401的开口面积大于第二空气进孔402的开口面积，且第一空气进孔401靠近燃料通道设置，使得经入射气孔喷出的燃料能够第一时间与大量空气进行掺混，提高掺混效果；

第二空气进孔402设置为键形径向的斜切开口，使得空气进入喷嘴本体10后能够形成旋流，对喷嘴本体10内的气体进行“搅拌”，加快第一燃料、第二燃料与空气的掺混速率，提高掺混效果，进而减少排放污染；

整体结构工艺简单，流动损失小，喷嘴出口处流场均匀稳定，有利于后续燃烧。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

应理解，本发明的发明内容及实施例中各步骤的序号的大小并不绝对意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

Claims (10)

1.一种双燃料一体式点火器喷嘴，其特征在于，包括：

喷嘴本体，与所述喷嘴本体内部空间连通的第一燃料管、第二燃料管，以及设置在所述喷嘴本体上的空气进孔；

所述喷嘴本体内设置有点火器，所述点火器位于所述喷嘴本体的中心轴上。

2.根据权利要求1所述的一种双燃料一体式点火器喷嘴，其特征在于，

所述喷嘴本体内设置有相互独立的第一燃料通道和第二燃料通道，以及与所述第一燃料通道、第二燃料通道连通的掺混通道；所述第一燃料通道与所述第一燃料管连通，所述第二燃料通道与所述第二燃料管连通；

在所述喷嘴本体内设置有点火器安装板；所述第一燃料通道、第二燃料通道通过所述点火器安装板与所述掺混通道分隔；所述点火器固定于所述点火器安装板上，且所述点火器一端位于所述第一燃料通道内，另一端位于所述掺混通道内；在所述点火器安装板上设置有连通所述第一燃料通道与所述掺混通道的第一入射气孔，以及连通所述第二燃料通道与所述掺混通道的第二入射气孔；所述第二入射气孔靠近所述喷嘴本体内壁设置；

所述空气进孔与所述掺混通道连通；所述空气进孔包括沿所述喷嘴本体侧壁周向均匀布置的第一空气进孔和第二空气进孔，所述第一空气进孔靠近所述点火器安装板设置；所述第一空气进孔的开口面积大于所述第二空气进孔的开口面积；

所述第二空气进孔的开口设置为径向的斜切开口。

3.根据权利要求2所述的一种双燃料一体式点火器喷嘴，其特征在于，所述径向的斜切开口的斜切角度小于等于45°。

4.根据权利要求2所述的一种双燃料一体式点火器喷嘴，其特征在于，所述第二空气进孔设置为键形孔。

5.根据权利要求2所述的一种双燃料一体式点火器喷嘴，其特征在于，所述第一入射气孔靠近所述喷嘴本体内壁设置。

6.根据权利要求2所述的一种双燃料一体式点火器喷嘴，其特征在于，所述第二空气进孔靠近所述点火器的点火位置设置。

7.根据权利要求2所述的一种双燃料一体式点火器喷嘴，其特征在于，所述第一入射气孔与所述第二入射气孔处于同一水平面上。

8.根据权利要求1所述的一种双燃料一体式点火器喷嘴，其特征在于，所述点火器包括陶瓷材料包裹的点火棒。

9.根据权利要求1所述的一种双燃料一体式点火器喷嘴，其特征在于，在所述喷嘴本体侧壁上还设置有安装法兰。

10.一种燃气轮机，其特征在于，包括权利要求1-9中任意一项所述的双燃料一体式点火器喷嘴。