CN204227465U - 一种燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃气轮机技术领域，公开了一种燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴。该燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴包括：中心锥体、壳体、喷嘴安装座及多个旋流叶片；所述中心锥体及壳体之间形成有环形的外围空气通道，所述中心锥体一端置于所述壳体内，另一端与所述喷嘴安装座连接，所述旋流叶片沿所述中心锥体周向设置于所述中心锥体上，且位于所述壳体内，所述中心锥体内设置有贯穿于其中的中心空气通道，所述喷嘴安装座上设置有与所述中心空气通道连通的径向进气孔。本实用新型提供的燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴中的中心锥体上开设有中心空气通道，调整混合气在喷嘴中心位置的轴向速度，具有合理有效的组织燃烧和控制污染物排放的优点。

Description

一种燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机技术领域，尤其涉及一种燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴，具体的是一种更加合理有效的组织燃烧和控制污染物排放的燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴。

背景技术

在我国当前的能源结构中，采用传统燃煤技术的火力发电占据了绝大部分份额。但是这种传统的发电技术存在发电效率低，污染物排放高,尤其是NOx排放，耗费淡水资源多等缺点。以天然气为燃料的燃气轮机发电技术作为清洁能源技术之一，可以在满足发电负荷要求的同时，有效的降低污染物的排放，这其中燃气轮机燃烧室喷嘴的设计对于组织燃烧、降低污染物排放尤为重要。

燃气轮机燃烧室中，燃料气和空气通过喷嘴实现预混合和速度型的改变，在喷嘴出口达到合理的速度分布，并匹配合理的燃料空气混合比例，进入燃烧室组织燃烧，形成稳定的流场和燃烧场。当前，对燃气轮机燃烧室喷嘴的设计形式，例如专利US 6832481B2，采用升高燃料喷射孔高度，使高浓度的燃料分布匹配喷嘴中心锥体外侧较高的速度型，中心锥体内侧保持较低的速度型和低浓度的燃料分布，以维持组织燃烧的合理条件。

但是，由于中心锥体内外侧速度分布差别大，燃料喷射孔升高的高度受外围空气通道高度的限制，速度分布和燃料浓度分布匹配困难；中心低速区明显，对混合气进入燃烧室后的组织燃烧造成困难；变工况或其他原因造成振荡燃烧后，保持合理的速度、浓度匹配较为困难。因此，仍然需要更加合理有效的燃气轮机燃烧室喷嘴形式来组织燃烧和控制污染物排放。

鉴于上述现有技术的缺陷，需要提供一种更加合理有效的组织燃烧和控制污染物排放的燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是现有的中心锥体内外侧速度分布差别大，燃料喷射孔升高的高度受外围空气通道高度的限制，速度分布和燃料浓度分布匹配困难；中心低速区明显，对混合气进入燃烧室后的组织燃烧造成困难；变工况或其他原因造成振荡燃烧后，保持合理的速度、浓度匹配较为困难的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴。该燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴包括：中心锥体、壳体、喷嘴安装座及多个旋流叶片；所述中心锥体及壳体之间形成有环形的外围空气通道，所述中心锥体一端置于所述壳体内，另一端与所述喷嘴安装座连接，所述旋流叶片沿所述中心锥体周向设置于所述中心锥体上，且位于所述壳体内，所述中心锥体内设置有贯穿于其中的中心空气通道，所述喷嘴安装座上设置有与所述中心空气通道连通的径向进气孔。

其中，所述中心锥体包括内壳体及外壳体，所述中心空气通道位于所述内壳体内，所述外壳体与内壳体之间形成有燃料通道，所述喷嘴安装座上设置有与所述燃料通道连通的轴向进气孔，所述旋流叶片内设置有与所述燃料通道连通的叶片通道，所述叶片通道上设置有多个燃料喷射孔。

其中，所述轴向进气孔及径向进气孔沿所述中心锥体的周向交错设置。

其中，所述燃料喷射孔的孔径为0.1-0.5mm。

其中，所述壳体上设置有收缩段，所述中心锥体位于所述壳体内的端部为圆锥状的圆锥端，所述圆锥端位于所述收缩段中。

其中，所述中心空气通道上设置有出口扩张段，所述出口扩张段位于所述圆锥端内，所述出口扩张段从进气至出气方向为由小变大的喇叭状。

其中，所述出口扩张段的张角为6-20°。

其中，所述旋流叶片的个数在6-12之间。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有如下优点：本实用新型提供的燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴中的中心锥体及壳体之间形成有环形的外围空气通道，中心锥体一端置于壳体内，另一端与喷嘴安装座连接，旋流叶片沿中心锥体周向设置于中心锥体上，且位于壳体内，中心锥体内设置有贯穿于其中的中心空气通道，喷嘴安装座上设置有与中心空气通道连通的径向进气孔。本实用新型提供的燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴中的中心锥体上开设有中心空气通道，对于调整混合气在喷嘴中心位置的轴向速度起到积极作用，混合气中心区域旋流强度减弱，燃料气浓度降低，轴向速度增强，匹配喷嘴出口的燃料浓度和速度分布；具有合理有效的组织燃烧和控制污染物排放的优点。

附图说明

图1是本实用新型实施例燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴的正面结构示意图；

图2是本实用新型实施例燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴的立体剖视图。

图中：1：中心锥体；2：外围空气通道；3：中心空气通道；4：喷嘴安装座；5：径向进气孔；6：燃料通道；7：轴向进气孔；8：旋流叶片；9：收缩段；10：出口扩张段；11：燃料喷射孔；12：壳体。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的机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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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实用新型中的具体含义。

下面结合附图和实施例对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图1及图2所示，本实用新型实施例提供的燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴包括：中心锥体1、壳体12、喷嘴安装座4及多个旋流叶片8；中心锥体1一端置于壳体12内，中心锥体1及壳体11之间形成有环形的外围空气通道2，另一端与喷嘴安装座4连接，旋流叶片8沿中心锥体1周向设置于中心锥体1上，且位于壳体12内，中心锥体1内设置有贯穿于中心锥体1的中心空气通道3，喷嘴安装座4上设置有与中心空气通道3连通的径向进气孔5。径向进气孔5沿中心锥体1的周向设置。本实用新型的中心锥体1内的中心空气通道3将空气引入喷嘴内部，对于调整混合气在喷嘴中心位置的轴向速度起到积极作用，混合气中心区域旋流强度减弱，燃料气浓度降低，轴向速度增强，匹配喷嘴出口的燃料浓度和速度分布。

本实用新型实施例提供的燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴中，中心锥体1包括内壳体及外壳体，中心空气通道3位于内壳体内，内壳体位于外壳体内，外壳体与内壳体之间形成有燃料通道6。喷嘴安装座4上设置有与燃料通道6连通的轴向进气孔7，轴向进气孔7的开孔方向与中心锥体1的轴线一致。旋流叶片8内设置有与燃料通道6连通的叶片通道，叶片通道上设置有多个燃料喷射孔11，燃料通道6一端与轴向进气孔7连通，另一端与燃料喷射孔11连通。本实施例中轴向进气孔7及径向进气孔5沿中心锥体1的周向交错设置。燃料喷射孔11的孔径为0.1-0.5mm。

本实用新型实施例提供的燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴中的中心锥体1内中心空气通道3外侧为燃料通道6，旋流叶片8固定在中心锥体1上，本实施例中的旋流叶片8的个数在6-12之间。连通燃料通道6在旋流叶片8前部的燃料喷射孔11供给燃料。通过旋流叶片8和中心锥体1内的燃料通道6的共同作用，提高喷嘴出口混合气轴向速度分布，合理控制燃烧区域，维持燃烧室内部流场结构，从而保证燃烧的稳定性和良好的出口温度分布。

为了保证壳体12内燃料充分燃烧，本实用新型实施例提供的燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴中的壳体12上设置有收缩段9，收缩段9内的体积变小，空气与燃料充分混合，使燃料燃烧更充分。中心锥体1位于壳体12内的端部为圆锥状的圆锥端，圆锥端位于收缩段9中。

本实用新型实施例提供的燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴中的中心空气通道3上设置有出口扩张段10，出口扩张段10位于圆锥端内，出口扩张段10从进气至出气方向为由小变大的喇叭状，即从左到右的方向由小变大的喇叭状。出口扩张段10的张角为6-20°。本实用新型实施例提供的燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴，通过喷嘴安装座4上的径向进气孔5将空气引入中心锥体1内的中心空气通道3中，然后空气以一定的扩张角度从中心锥体1尾部的出口扩张段10喷出。出口扩张段10和收缩段9相互配合，保证喷嘴内部流场为等面积通道或收缩通道，出口扩张段10的角度和收缩段9的角度变化，为喷嘴提供更宽的设计空间，满足不同燃料和空气掺混的需要。

本实用新型燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴在使用过程：天然气燃料通过喷嘴安装座4上的轴向进气孔7进入燃料通道6，通过中心锥体1壁面开孔进入旋流叶片8的上游侧位置，从旋流叶片8两侧的燃料喷射孔11喷出。空气分两级进入喷嘴内部，第一级少量空气通过喷嘴安装座4上的径向进气孔5进入中心锥体内中心空气通道3，沿轴向通过出口扩张段10汇入混合气；第二级大部分空气进入外围空气通道2，在旋流叶片8前端同燃料进行混合，并产生旋流，沿轴向通过收缩段9同进入中心锥体1内的中心空气通道3的空气混合直至喷嘴出口。从而形成匹配的喷嘴出口速度分布和燃料空气掺混效果，保证燃烧的稳定性和良好的出口温度分布。

综上所述，本实用新型具有以下优点：本实用新型提供的燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴中的中心锥体及壳体之间形成有环形的外围空气通道，中心锥体一端置于壳体内，另一端与喷嘴安装座连接，旋流叶片沿中心锥体周向设置于中心锥体上，且位于壳体内，中心锥体内设置有贯穿于其中的中心空气通道，喷嘴安装座上设置有与中心空气通道连通的径向进气孔。本实用新型提供的燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴中的中心锥体上开设有中心空气通道，对于调整混合气在喷嘴中心位置的轴向速度起到积极作用，混合气中心区域旋流强度减弱，燃料气浓度降低，轴向速度增强，匹配喷嘴出口的燃料浓度和速度分布；具有合理有效的组织燃烧和控制污染物排放的优点。

进一步地，燃料通道与旋流叶片上的燃料喷射孔的共同作用，提高喷嘴出口混合气轴向速度分布，合理控制燃烧区域，维持燃烧室内部流场结构，从而保证燃烧的稳定性和良好的出口温度分布。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴，其特征在于，包括：中心锥体(1)、壳体(12)、喷嘴安装座(4)及多个旋流叶片(8)；所述中心锥体(1)及壳体(11)之间形成有环形的外围空气通道(2)，所述中心锥体(1)一端置于所述壳体(11)内，另一端与所述喷嘴安装座(4)连接，所述旋流叶片(8)沿所述中心锥体(1)周向设置于所述中心锥体(1)上，且位于所述壳体(12)内，所述中心锥体(1)内设置有贯穿于其中的中心空气通道(3)，所述喷嘴安装座(4)上设置有与所述中心空气通道(3)连通的径向进气孔(5)。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴，其特征在于：所述中心锥体(1)包括内壳体及外壳体，所述中心空气通道(3)位于所述内壳体内，所述外壳体与内壳体之间形成有燃料通道(6)，所述喷嘴安装座(4)上设置有与所述燃料通道(6)连通的轴向进气孔(7)，所述旋流叶片(8)内设置有与所述燃料通道(6)连通的叶片通道，所述叶片通道上设置有多个燃料喷射孔(11)。

3.根据权利要求2所述的燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴，其特征在于：所述轴向进气孔(7)及径向进气孔(5)沿所述中心锥体(1)的周向交错设置。

4.根据权利要求2所述的燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴，其特征在于：所述燃料喷射孔(11)的孔径为0.1-0.5mm。

5.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴，其特征在于：所述壳体(12)上设置有收缩段(9)，所述中心锥体(1)位于所述壳体(12)内的端部为圆锥状的圆锥端，所述圆锥端位于所述收缩段(9)中。

6.根据权利要求5所述的燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴，其特征在于：所述中心空气通道(3)上设置有出口扩张段(10)，所述出口扩张段(10)位于所述圆锥端内，所述出口扩张段(10)从进气至出气方向为由小变大的喇叭状。

7.根据权利要求6所述的燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴，其特征在于：所述出口扩张段(10)的张角为6-20°。

8.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室中心进气旋流喷嘴，其特征在于：所述旋流叶片(8)的个数在6-12之间。