CN203464333U - 一种用于燃气轮机的防回火气体燃料喷嘴 - Google Patents

Abstract

一种用于燃气轮机的防回火气体燃料喷嘴，包括支撑法兰、气体燃料进口、中心空气进口、气体燃料通道、中心空气通道、预混空气进口、旋流器、气体燃料导流叶片、气体燃料喷口、燃料-空气混合管、燃料-空气混合通道、中心空气喷口、喷嘴尖端、防回火喷口、喷口堵头，喷嘴尖端上有防回火喷口，防回火喷口用喷口堵头堵上。其中，喷口堵头使用熔点低于回火温度的金属材料。当发生回火时，喷口堵头首先熔化，燃烧模式由预混燃烧转为扩散燃烧，有效阻止火焰向头部蔓延，保护了喷嘴及头部结构。由于回火时破坏的只是喷口堵头，在对防回火喷口进行清理后可更换新的堵头，喷嘴可以继续使用，从而有效降低燃气轮机燃烧室的使用和维护成本。

Description

一种用于燃气轮机的防回火气体燃料喷嘴

技术领域

本实用新型涉及使用气体燃料预混燃烧的燃气轮机燃烧室结构，特别涉及了一种用于燃气轮机的防回火气体燃料喷嘴。

背景技术

随着环境污染的日益严重，环保法规的要求与执行也越来越严格。空气中N₂与O₂起化学反应而生成NO_X的起始温度约为1650℃，当燃烧室温度高于1650℃时，就会有NO_X产生。对于传统的扩散燃烧燃烧室，扩散燃烧方式的火焰面峰值温度总是为化学恰当比下的绝热火焰温度，它不随燃烧室内燃料与空气质量比，即贫燃烧与富燃烧而变化，尽管绝热火焰温度因燃料组分不同而稍有不同，但总是高于1650℃，因而传统扩散燃烧燃烧室的NO_X排放量总是很高的，很难控制在25ppm15%O₂以下。现代干式低污染燃烧室采用预混燃烧的方式，可以有效地降低污染物排放。干式低污染燃烧室设计的基本原理是：使燃料与空气预先混合为均相的可燃混合物，并使其以火焰传播的方式燃烧，以把火焰温度控制在1650°以下，从而降低NO_X的生成量。

预混燃烧燃烧室面临的一个很大的危险是回火。由于燃烧过程中存在一些不稳定因素，当火焰传播速度大于燃料-空气混合物的流速时，火焰会从燃烧区向上游传播到燃料-空气预混区域，这会导致喷嘴甚至头部其他结构被烧坏，进而导致燃气轮机工作停止。防回火的有效方式很有限，从目前已经公布的专利来看，主要有三种原理：第一种是通过设计合适的结构优化流动来减少回火。第二种是通过传感器实时监控燃烧状况，当发生回火时，通过改变燃烧模式或者改变燃料流路来实现对回火的主动控制。第三种是利用材料的热熔断属性，例如安装热熔断装置，当发生回火时，热熔断装置融化，改变燃料流路从而防止回火的深入。对于不同的燃烧室，由于喷嘴结构和功能的具体要求，防回火装置的使用会有一定的局限性。第一种原理可以在一定程度上预防回火，但当回火发生时没有办法阻止。第二种原理需要布置传感器，使得燃烧室的控制更加复杂。利用第三种原理可以设计出简便可靠的防回火装置。例如GE公司的专利US005685139A，通过将喷嘴尖端特定位置的壁厚减薄，当回火发生时，薄壁部分首先被烧坏从而改变燃料流路，燃料流路改变，相应地也改变了燃烧模式，回火被及时阻止。但是，喷嘴尖端在防回火的过程中被烧毁，导致喷嘴报废。由于喷嘴的制造难度高，燃气轮机使用者往往需要向特定的供应商购买喷嘴，不仅价格昂贵，而且采购周期长。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足和缺陷，提出一种用于燃气轮机的防回火气体燃料喷嘴，该喷嘴通过设计防回火喷口和喷口堵头结构，可以有效避免燃气轮机预混燃烧燃烧室因为回火而导致的喷嘴烧毁、机组停机等事故，同时，在对防回火喷口进行清理后可更换新的堵头，喷嘴可以继续使用，从而有效降低燃气轮机燃烧室的使用和维护成本。

本实用新型所采用的技术方案如下：

一种用于燃气轮机的防回火气体燃料喷嘴，该喷嘴包括支撑法兰、气体燃料进口、中心空气进口、气体燃料通道、中心空气通道、预混空气进口、旋流器、气体燃料导流叶片、燃料-空气混合通道换和喷嘴尖端；所述的中心空气进口位于支撑法兰侧面；所述的气体燃料导流叶片位于旋流器下游，在气体燃料导流叶片分布多个气体燃料喷口；所述的喷嘴尖端上设有中心空气喷口；其特征在于：在所述的喷嘴尖端上设有防回火喷口，该防回火喷口与气体燃料通道相连通，并在防回火喷口上设有用于堵住防回火喷口的喷口堵头。

上述技术方案中，其特征在于：防回火喷口沿圆周至少有一排均布在喷嘴尖端上；防回火喷口每排个数为3～10个，直径为3～8mm。

本实用新型的另一技术特征在于：所述的喷口堵头与喷嘴尖端的连接方式为铆接。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：通过在喷嘴尖端设置防回火喷口，当发生回火时，熔点低的堵头熔化，气体燃料改由防回火喷口，燃烧模式由预混燃烧变为扩散燃烧，这样可以及时阻止火焰向头部蔓延，保护了头部结构。燃烧模式改变之后，不会影响燃烧室的继续运行，维修人员可以等到检修期统一检查维修，有效降低使用和维护成本。更重要的是，由于回火时破坏的只是喷口堵头，在对防回火喷口进行清理后可更换新的堵头，喷嘴可以继续使用。防回火喷口的清理以及喷口堵头的铆接过程十分容易。

附图说明

图1为一种用于燃气轮机的防回火气体燃料喷嘴的结构示意图。

图2A、2B为未安装喷口堵头的喷嘴尖端结构示意图。

图中：1-支撑法兰；2-气体燃料进口；3-中心空气进口；4-气体燃料通道；5-中心空气通道；6-预混空气进口；7-旋流器；8-气体燃料喷口；9-气体燃料导流叶片；10-燃料-空气混合通道；11-燃料-空气混合管；12-喷口堵头；13-喷嘴尖端；14-中心空气喷口；15-防回火喷口。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的原理、结构和具体实施方式做进一步的说明。

图1是一种用于燃气轮机的防回火气体燃料喷嘴的结构示意图。该喷嘴结构支撑法兰1、气体燃料进口2、中心空气进口3、气体燃料通道4、中心空气通道5、预混空气进口6、旋流器7、气体燃料导流叶片9、气体燃料喷口8、燃料-空气混合管11、燃料-空气混合通道10、中心空气喷口14、喷嘴尖端13、防回火喷口15和喷口堵头12。气体燃料由气体燃料进口2进入到气体燃料通道4，经由位于气体燃料导流叶片9上的气体燃料喷口8喷入到燃料-空气混合通道10中；预混空气由预混空气进口6进入，经过旋流器7和气体燃料导流叶片9后到达燃料-空气混合通道10，在这里与气体燃料混合。正常情况下，空气与气体燃料的混合物在燃料-空气混合管11的下游经点燃后燃烧。中心空气由中心空气进口3进入到中心空气通道5中，在位于喷嘴尖端13上的中心空气喷口14喷出。由于中心空气喷口14是斜孔，空心空气喷出后具有一定的旋流，可以较好地防止火焰在喷嘴尖端13附着。

由于燃烧过程中存在一些不稳定因素，当火焰传播速度大于燃料-空气混合物的流速时，火焰会从燃烧区向上游传播，如果不及时制止，火焰继续上移至燃料-空气混合通道10内时，火焰的高温会造成喷嘴及头部结构的烧毁。本实用新型在喷嘴尖端13设置防回火喷口15和喷口堵头12，喷口堵头12使用的材料熔点应低于回火温度，例如铜或其它材料。喷嘴尖端13使用材料为高温合金，例如使用镍基高温合金，该材料工作温度可以到达980℃，短时工作温度可以达到1090℃。铜的熔点约1083°，低于喷嘴尖端短时工作温度。发生回火时，喷口堵头12首先熔化，由于防回火喷口15附近的压力比气体燃料喷口8附近的压力低，于是气体燃料将主要由防回火喷口15喷出，燃烧模式由预混燃烧变为扩散燃烧，这样可以及时阻止火焰向头部蔓延。

图2A、2B为未安装喷口堵头的喷嘴尖端13的结构示意图。防回火喷口15沿圆周至少有一排均布在喷嘴尖端13上；防回火喷口每排个数优选为3～10个，直径为3～8mm。

喷口堵头12与喷嘴尖端13的连接方式最好为铆接。选用铆接是基于以下几点考虑：首先，铆接能够实现密封性要求；其次，铆接加工简便；第三，在喷口堵头12烧毁后，比较容易清理防回火喷口15。若喷口堵头12使用材料为铜，铜具有很好的延展性，强度也较好，是很好的铆接材料。防回火喷口15的形状可以为沉头孔，喷嘴尖端13铆上喷口堵头12后可保证外表面基本平整光滑，不会对气体流动造成影响。

对于喷口堵头12已经烧毁的喷嘴，只需要对防回火喷口15打磨清理，铆接上新的喷口堵头，喷嘴可继续使用。防回火喷口的清理以及喷口堵头的铆接过程十分容易。

Claims (4)

1.一种用于燃气轮机的防回火气体燃料喷嘴，该喷嘴包括支撑法兰（1）、气体燃料进口（2）、中心空气进口（3）、气体燃料通道(4)、中心空气通道(5)、预混空气进口(6)、旋流器(7)、气体燃料导流叶片(9)、燃料-空气混合通道(10)和喷嘴尖端(13)；所述的中心空气进口（3）位于支撑法兰（1）侧面；所述的气体燃料导流叶片（9）位于旋流器（7）下游，在气体燃料导流叶片（9）分布多个气体燃料喷口（8）；所述的喷嘴尖端(13)上设有中心空气喷口(14)；其特征在于：在所述的喷嘴尖端（13）上设有防回火喷口（15），该防回火喷口（15）与气体燃料通道(4)相连通，并在防回火喷口上设有用于堵住防回火喷口的喷口堵头（12）。

2.按照权利要求1所述的一种用于燃气轮机的防回火气体燃料喷嘴，其特征在于：防回火喷口沿圆周至少有一排均布在喷嘴尖端上。

3.按照权利要求2所述的一种用于燃气轮机的防回火气体燃料喷嘴，其特征在于：所述的防回火喷口（15）每排个数为3～10个，直径为3～8mm。

4.按照权利要求1、2或3所述的一种用于燃气轮机的防回火气体燃料喷嘴，其特征在于：所述的喷口堵头（12）与喷嘴尖端（13）的连接方式为铆接。

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