CN204404240U - 一种燃气轮机燃烧室喷嘴 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及燃气轮机领域,公开了一种燃气轮机燃烧室喷嘴,其包括内管、第一外管、第二外管和喷嘴端壳,所述内管的内腔形成第一燃料通道,所述第一外管套设在所述内管外,所述第一外管分成大径外管和小径外管,所述第二外管套设在所述小径外管外,所述外套管的端部与第二外管的另一端对接,所述内管位于燃料出口处的一端与所述喷嘴端壳连接,所述端盖与内管连接的圆周区域内设有多个喷嘴喷孔,所述第二外管与所述大径外管连接的一端的圆周上设有多个燃料通孔,所述内管的外壁与第一外管的内壁之间,以及小径外管的外壁与第二外管的内壁之间,以及燃料通孔共同形成第二燃料通道。本实用新型能够对喷嘴尖端进行冷却、对燃料进行预热且防回火。

Description

一种燃气轮机燃烧室喷嘴
技术领域
本实用新型涉及燃气轮机技术领域,特别是涉及一种燃气轮机燃烧室喷嘴。
背景技术
燃气轮机是清洁利用化石能源的重要设备。随着世界各国对燃气轮机污染物排放标准要求的日益严格,降低氮氧化物(NOx)排放的技术是增强燃气轮机市场竞争力的关键。
目前市场广泛采用的降低氮氧化物的方法是采用贫预混燃烧技术,也即DLN和DLE。实现DLN和DLE的是贫预混喷嘴的发展方向,图1展示了典型的贫预混喷嘴,它包括法兰基座1’、旋流器外壳5’、旋流器叶片50’、中空导流片7’,气体燃料从外管2’和内管3’之间的通道流向中空导流叶片并与经过旋流器后的空气进行预混,并在喷嘴端壳4’的下游进行预混燃烧;同时另一路燃料可以通过内管中心的燃料通道流向喷嘴尖嘴,进行扩散燃烧。
这种喷嘴的一个问题是,无论预混燃烧模式抑或扩散燃烧模式,喷嘴尖端由于是突扩结构,喷嘴下游易存在局部低速回流区,从而有火焰附着,导致喷嘴烧蚀甚至机组故障;另一方面,通过中空导流叶片的气体燃料多为常温,没有进行加温,容易导致燃烧不稳定。
这种喷嘴的另外一个问题是,在运行过程中,由于预混通道的混合不均匀,或者燃烧室内部的振荡燃烧,预混通道有可能会发生回火,并对贵重的旋流器和中空导流叶片进行烧蚀和毁坏。
目前急需提供能够对喷嘴尖端进行冷却、对燃料进行预热且防回火的喷嘴。
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如何提供一种能够对喷嘴尖端进行冷却、对燃料进行预热且防回火的喷嘴。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题,本实用新型提供一种燃气轮机燃烧室喷嘴,其包括内管、第一外管、第二外管和喷嘴端壳,所述内管的内腔形成第一燃料通道,所述内管的一端为燃料入口,所述内管的另一端为燃料出口,所述第一外管套设在所述内管外且两者之间留有间隙,所述第一外管的外壁呈一级阶梯状,将所述第一外管分成大径外管和小径外管,所述第二外管套设在所述小径外管外,且所述第二外管的一端与所述大径外管的端部连接,所述第二外管的内壁与所述小径外管的外壁之间留有间隙,所述喷嘴端壳包括端盖和沿端盖的外圆周向下延伸的外套管,所述外套管的端部与第二外管的另一端对接,所述内管位于燃料出口处的一端与所述端盖的内壁连接,所述端盖与内管连接的圆周区域内设有多个喷嘴喷孔,所述第二外管与所述大径外管连接的一端的圆周上设有多个燃料通孔,所述内管的外壁与第一外管的内壁之间,以及端盖的内壁与外套管的内壁之间,以及小径外管的外壁与第二外管的内壁之间,以及所述燃料通孔共同形成第二燃料通道。
其中,所述小径外管位于燃料出口处的一端设置成向内收拢的锥台状。
其中,还包括旋流器外罩、多个旋流器叶片和多个导流叶片,所述旋流器外罩套设在所述大径外管和第二外管外,多个所述旋流器叶片沿所述大径外管的周向设置,多个所述旋流器叶片分别与所述大径外管的外壁和所述旋流器外罩的内壁连接,多个所述导流叶片沿所述第二外管的周向设置,多个所述导流叶片分别与所述第二外管的外壁和所述旋流器外罩的内壁连接。
其中,所述导流叶片的头部设有与所述燃料通孔一一对应连通的导流通道,所述导流通道的外壁上设有多个叶片喷孔。
其中,多个所述旋流器叶片之间的间隙和多个所述导流叶片之间的间隙形成空气通道。
其中,还包括法兰基座,所述法兰基座上设有中心通孔和与所述中心通孔同轴设置的外围通孔,所述法兰基座套设在所述大径外管位于燃料入口处的一端,所述中心通孔与所述内管的内壁围成的区域连通,所述外围通孔与所述内管的外壁与所述第一外管的内壁所围成的间隙连通。
其中,所述中心通孔的中心线与所述内管的中心线在一条直线上,所述中心通孔的直径小于等于所述内管的内径,所述外围通孔的内径大于等于所述内管的外径,所述外围通孔的外径小于等于所述第一外管的内径。
其中,所述喷嘴端壳的端盖内侧设有内套管,所述内管的另一端与所述内套管的端部对接。
其中,所述喷嘴端壳采用比第二外管、旋流器外罩和导流叶片熔点低的材料制成。
(三)有益效果
与现有技术相比,本实用新型具有以下优点:
本实用新型提供的一种燃气轮机燃烧室喷嘴,通过采用上述技术方案,从而使得该喷嘴具有对喷嘴端部进行冷却、对燃料进行预热且防回火的功能。
附图说明
图1为现有技术下的一种燃气轮机燃烧室喷嘴的结构剖视图;
图2为本实用新型一种燃气轮机燃烧室喷嘴的结构剖视图。
图中:1’:法兰基座;2’:外管;3’:内管;4’:喷嘴端壳;5’:旋流器外罩;50’:旋流器叶片;7’:导流叶片;1:法兰基座;10: 外围通孔;11:中心通孔;2:第一外管;20:大径外管;21:小径外管;3:内管;30:第二燃料通道;31:第一燃料通道;4:喷嘴端壳;40:喷嘴喷孔;41:端盖;42:外套管;43:内套管;5:旋流器外罩;50:旋流器叶片;6:第二外管;60:燃料通孔;7:导流叶片;70:导流通道;71:叶片喷孔。
具体实施方式
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。以下实例用于说明本实用新型,但不用来限制本实用新型的范围。
在本实用新型的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,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实用新型的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
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,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实用新型中的具体含义。
此外,在本实用新型的描述中,除非另有说明,“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。
如图2所示,为本实用新型提供的一种燃气轮机燃烧室喷嘴,其包括内管3、第一外管2、第二外管6和喷嘴端壳4,所述内管3的 内腔形成第一燃料通道31,所述第一燃料通道31作为喷嘴工作在扩散燃烧模式时通入燃料的通道,根据燃料的流通方向,所述内管3的一端为燃料入口,所述内管3的另一端为燃料出口,所述第一外管2套设在所述内管3外且两者之间留有间隙,所述第一外管2为变径圆管,所述第一外管2的外壁呈一级阶梯状,将所述第一外管2分成大径外管20和小径外管21(所述大径外管20的外径大于小径外管21的外径),所述第二外管6套设在所述小径外管21外,且所述第二外管6的一端与所述大径外管20的端部连接,优选地,所述第二外管6的外壁与所述大径外管20的外壁平齐,所述第二外管6的内壁与所述小径外管21的外壁之间留有间隙,所述喷嘴端壳4包括端盖41和沿端盖的外圆周向下延伸的外套管42,所述外套管42的端部与第二外管6的另一端对接,所述内管3位于燃料出口处的一端与所述端盖41的内壁连接,所述端盖41与内管3连接的圆周区域内设有多个喷嘴喷孔40,所述第二外管6与所述大径外管20连接的一端的圆周上设有多个燃料通孔60,所述内管3的外壁与第一外管2的内壁之间,以及端盖41的内壁与外套管42的内壁之间,以及小径外管21的外壁与第二外管6的内壁之间,以及所述燃料通孔60共同形成第二燃料通道30,图中箭头所指的方向为燃料的流通方向,所述第二燃料通道30作为喷嘴工作在预混燃烧模式时用于通入燃料的通道,当燃料在喷嘴端壳4外燃烧时,喷嘴端壳4的温度持续升高,当常温的燃料从所述第二燃料通道30通入,流经所述喷嘴端壳4处时能够带走部分热量,以起到为所述喷嘴端壳4降温的作用,而且同时能够对流经此处的燃料起到预热作用。
所述小径外管21位于燃料出口处的一端设置成向内收拢的锥台状,以便于燃料流经此处时,燃料的流动角度发生变化,能够对喷嘴端壳4靠近喷嘴喷孔40处也进行冷却,同时设置成此种结构也能够加快燃料在此处的流通速度,从而带走更多的热量。
其中,该喷嘴还包括旋流器外罩5、多个旋流器叶片50和多个导流叶片7,所述旋流器外罩5为圆管结构,所述旋流器外罩5套设在所述大径外管20和第二外管6外,多个所述旋流器叶片50沿所述大径外管20的周向均匀分布设置,多个所述旋流器叶片50分别与所述大径外管20的外壁和所述旋流器外罩5的内壁连接,多个所述导流叶片7沿所述第二外管6的周向均匀分布设置,多个所述导流叶片7分别与所述第二外管6的外壁和所述旋流器外罩5的内壁连接。所述导流叶片7为中空结构,所述导流叶片7的头部设有与所述燃料通孔60一一对应连通的导流通道70,二者中心线重合,所述导流通道70的外壁上设有多个叶片喷孔71,用于燃料的进入。
其中,多个所述旋流器叶片50之间的间隙和多个所述导流叶片7之间的间隙形成空气通道,用于通入空气,所述导流叶片7的长度方向设有通槽。
另外,该喷嘴还包括法兰基座1,所述法兰基座1上设有中心通孔11和外围通孔10,所述法兰基座1套设在所述大径外管20位于燃料入口处的一端,所述中心通孔11与所述内管3的内壁围成的区域连通,所述中心通孔11作为第一燃料入口,所述外围通孔10与所述内管3的外壁与所述第一外管2的内壁所围成的间隙连通,所述外围通孔10作为第二燃料入口。所述中心通孔11的直径小于等于所述内管3的内径,以保证燃料从所述中心通孔11直接通入所述内管3中,所述中心通孔11的中心线与所述内管3的中心线在一条直线上,所述外围通孔10的内径大于等于所述内管3的外径,所述外围通孔10的外径小于等于所述第一外管2的内径,以保证燃料从所述外围通孔10直接通入所述内管3的外壁与所述第一外管2的内壁所围成的间隙中。
所述喷嘴端壳4的端盖内侧也可以设有内套管43,所述内管3的另一端与所述内套管43的端部对接,以便于密封连接。
所述喷嘴端壳4采用比第二外管6、旋流器外罩5和导流叶片7熔点 低的材料制成,当预混燃料通道发生回火时,所述喷嘴端壳4的金属会首先被烧融,而一旦喷嘴端壳4被烧融,燃料会直接喷出,而不再从导流叶片7上的叶片喷孔71喷出,燃烧模式转换为扩散燃烧,预混燃烧通道内不会再有回火,这样便保护了昂贵的导流叶片7和旋流器结构,而喷嘴端壳4只需更换即可。
本实用新型的喷嘴的工作原理和工作过程为:当喷嘴以预混燃烧模式工作时,燃料从法兰基座1上的外围通孔10流入第一外管2的内径与内管3的外径之间的环形空腔内,之后流向第一外管2与喷嘴端壳4之间的间隙,在这个位置,低温气体燃料直接冲击到喷嘴端壳4的内壁面,在带走喷嘴端壳4处热量的同时,也完成了对气体燃料的预热,然后预热后的气体燃料流入第二外管6的内径与小径外管21的外径间的环形空腔逆向流向导流叶片7,之后气体燃料从第二外管6表面的燃料通孔60流入导流叶片7的导流通道70内,最后从开设在导流通道70上的叶片喷孔71喷出,与经过旋流器叶片50整流后的空气主流进行掺混,并在喷嘴端壳4的下游进行组织燃烧。在这个过程中,所述喷嘴实现了对喷嘴端壳4冷却以及对燃料进行预热的功能。
当预混通道发生回火的时候,火焰会在导流叶片7及其下游附着,并持续加热预混燃料通道的金属,由于喷嘴端壳4所用金属熔点要远低于其它部位金属的熔点,所以喷嘴端壳4的金属会首先被烧融,而一旦喷嘴端壳4被烧融,燃料会直接从烧融处喷出,而不再从导流叶片7上的叶片喷孔71喷出,燃烧模式由预混燃烧转换为扩散燃烧,预混燃烧通道内不会再有回火。这样便保护了昂贵的导流叶片7和旋流器结构,而喷嘴端壳4只需更换即可。
本实用新型设计巧妙,具有冷却喷嘴、对燃料进行预热且防回火的功能,使用方便。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实 用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种燃气轮机燃烧室喷嘴,其特征在于,包括内管、第一外管、第二外管和喷嘴端壳,所述内管的内腔形成第一燃料通道,所述内管的一端为燃料入口,所述内管的另一端为燃料出口,所述第一外管套设在所述内管外且两者之间留有间隙,所述第一外管的外壁呈一级阶梯状,将所述第一外管分成大径外管和小径外管,所述第二外管套设在所述小径外管外,且所述第二外管的一端与所述大径外管的端部连接,所述第二外管的内壁与所述小径外管的外壁之间留有间隙,所述喷嘴端壳包括端盖和沿端盖的外圆周向下延伸的外套管,所述外套管的端部与第二外管的另一端对接,所述内管位于燃料出口处的一端与所述端盖的内壁连接,所述端盖与内管连接的圆周区域内设有多个喷嘴喷孔,所述第二外管与所述大径外管连接的一端的圆周上设有多个燃料通孔,所述内管的外壁与第一外管的内壁之间,以及端盖的内壁与外套管的内壁之间,以及小径外管的外壁与第二外管的内壁之间,以及所述燃料通孔共同形成第二燃料通道。
2.如权利要求1所述的燃气轮机燃烧室喷嘴,其特征在于,所述小径外管位于燃料出口处的一端设置成向内收拢的锥台状。
3.如权利要求2所述的燃气轮机燃烧室喷嘴,其特征在于,还包括旋流器外罩、多个旋流器叶片和多个导流叶片,所述旋流器外罩套设在所述大径外管和第二外管外,多个所述旋流器叶片沿所述大径外管的周向设置,多个所述旋流器叶片分别与所述大径外管的外壁和所述旋流器外罩的内壁连接,多个所述导流叶片沿所述第二外管的周向设置,多个所述导流叶片分别与所述第二外管的外壁和所述旋流器外罩的内壁连接。
4.如权利要求3所述的燃气轮机燃烧室喷嘴,其特征在于,所述导流叶片的头部设有与所述燃料通孔一一对应连通的导流通道,所述导流通道的外壁上设有多个叶片喷孔,所述导流叶片的长度方向设有通槽。
5.如权利要求4所述的燃气轮机燃烧室喷嘴,其特征在于,多个所述旋流器叶片之间的间隙和多个所述导流叶片之间的间隙形成空气通道。
6.如权利要求5所述的燃气轮机燃烧室喷嘴,其特征在于,还包括法兰基座,所述法兰基座上设有中心通孔和与所述中心通孔同轴设置的外围通孔,所述法兰基座套设在所述大径外管位于燃料入口处的一端,所述中心通孔与所述内管的内壁围成的区域连通,所述外围通孔与所述内管的外壁与所述第一外管的内壁所围成的间隙连通。
7.如权利要求6所述的燃气轮机燃烧室喷嘴,其特征在于,所述中心通孔的中心线与所述内管的中心线在一条直线上,所述中心通孔的直径小于等于所述内管的内径,所述外围通孔的内径大于等于所述内管的外径,所述外围通孔的外径小于等于所述第一外管的内径。
8.如权利要求7所述的燃气轮机燃烧室喷嘴,其特征在于,所述喷嘴端壳的端盖内侧设有内套管,所述内管的另一端与所述内套管的端部对接。
9.如权利要求8所述的燃气轮机燃烧室喷嘴,其特征在于,所述喷嘴端壳采用比第二外管、旋流器外罩和导流叶片熔点低的材料制成。
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Patentee after: China United heavy-duty gas turbine technology Co., Ltd.

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Patentee before: Beijing Huatsing Gas Turbine & IGCC Technology Co., Ltd.

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