CN204554874U - 燃气轮机燃烧室喷嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃气轮机技术领域，特别提供一种燃气轮机燃烧室喷嘴。该燃气轮机燃烧室喷嘴包括进气腔和一端插设于进气腔的中心燃料体，中心燃料体与进气腔的内壁之间形成有环形空气通道，中心燃料体的内部设有中心燃料通道；沿环形空气通道的进气方向，中心燃料体的外侧依次设有多个一级旋流叶片和多个二级旋流叶片，多个一级旋流叶片与多个二级旋流叶片的旋流方向相反；一级旋流叶片上开设有与中心燃料通道连通的第一喷射孔。第一喷射孔喷射出的燃料分别经一级旋流叶片和二级旋流叶片，形成两个旋向相反的旋流，从而使燃料与空气具有更佳混合效果，从而更有利于燃烧和控制污染物的排放。

Description

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，特别提供一种燃气轮机燃烧室喷嘴。

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，例如现有技术中有采用底部带缺口的空气旋流叶片，提高空气通道内周侧的速度，匹配喷嘴出口速度型和燃料空气混合比例。

但是，由于空气旋流叶片底部存在缺口，通道内周侧的气流偏转角度小，旋流强度弱，导致这一侧燃料和空气的掺混效果变差；同时燃料气在空心叶片两侧开孔喷注，燃料气和空气的掺混距离较短，并增加了叶片加工的难度，影响燃烧的组织和污染物的生成。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。

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提供一种使燃料与空气具有更佳混合效果的燃气轮机燃烧室喷嘴。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种燃气轮机燃烧室喷嘴，包括进气腔和一端插设于所述进气腔的中心燃料体，所述中心燃料体与所述进气腔的内壁之间形成有环形空气通道，所述中心燃料体的内部设有中心燃料通道；

沿所述环形空气通道的进气方向，所述中心燃料体的外侧依次设有多个一级旋流叶片和多个二级旋流叶片，多个所述一级旋流叶片与多个二级旋流叶片的旋流方向相反；

所述一级旋流叶片上开设有与所述中心燃料通道连通的第一喷射孔。

优选的，在所述中心燃料体的径向方向上，所述二级旋流叶片的高度低于所述一级旋流叶片的高度，所述第一喷射孔的高度高于所述二级旋流叶片的高度；所述二级旋流叶片上开设有与所述中心燃料通道连通的第二喷射孔。

优选的，所述二级旋流叶片的高度为所述一级旋流叶片的高度的30％～80％。

优选的，在所述环形空气通道的进气方向上，多个所述一级旋流叶片与多个所述二级旋流叶片的位置相对交错。

优选的，在所述环形空气通道的进气方向上，所述第一喷射孔的数量为多个，多个所述第一喷射孔开设在所述一级旋流叶片的前端的两侧。

优选的，在所述环形空气通道的进气方向上，所述第二喷射孔的数量为多个，多个所述第二喷射孔开设在所述二级旋流叶片的前端的两侧。

优选的，所述中心燃料通道包括第一燃料通道和设置在所述第一燃料通道的外围的第二燃料通道，所述第一燃料通道与所述第二喷射孔连通，所述第二燃料通道与所述第一喷射孔连通。

优选的，所述中心燃料体插入到所述进气腔的一端呈锥形。

优选的，所述进气腔设有一径向收缩段，在所述环形空气通道的进气方向上，所述径向收缩段位于多个所述二级旋流叶片的后方。

优选的，所述进气腔还包括一整流段，在所述环形空气通道的进气方向上，所述整流段位于所述径向收缩段的后方。

(三)有益效果

本实用新型提供了一种燃气轮机燃烧室喷嘴，包括进气腔和一端插设于进气腔的中心燃料体，中心燃料体与进气腔的内壁之间形成有环形空气通道，中心燃料体的内部设有中心燃料通道；沿环形空气通道的进气方向，中心燃料体的外侧依次设有多个一级旋流叶片和多个二级旋流叶片，多个一级旋流叶片与多个二级旋流叶片的旋流方向相反；一级旋流叶片上开设有与中心燃料通道连通的第一喷射孔。第一喷射孔喷射出的燃料分别经一级旋流叶片和二级旋流叶片，形成两个旋向相反的旋流，从而使燃料与空气具有更佳混合效果，从而更有利于燃烧和控制污染物的排放。

附图说明

图1是本实用新型实施例三的一种燃气轮机燃烧室喷嘴的剖视图；

图2是本实用新型实施例三的一种燃气轮机燃烧室喷嘴的三维视图。

附图标记：

1、中心燃料体；2、第一喷射孔；3、中心燃料通道；4、第一燃料通道；5、第二燃料通道；6、一级旋流叶片；7、二级旋流叶片；8、环形空气通道；9、径向收缩段；10、第二喷射孔；11、整流段。 

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。

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“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。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。

实施例一

结合图1和图2所示，本实用新型实施例提供了一种燃气轮机燃烧室喷嘴，包括进气腔，进气腔的一端设有用于通入空气的开口，进气腔的另一端用于与燃气轮机的燃烧室连通，本燃气轮机燃烧室喷嘴还包括一端插设于进气腔的中心燃料体1，中心燃料体1与进气腔的内壁之间形成有环形空气通道8，空气由进气腔的开口经环形空气通道通入进气腔，中心燃料体1的内部设有中心燃料通道3；沿环形空气通道8的进气方向，中心燃料体1的外侧依次设有多个一级旋流叶片6和多个二级旋流叶片7，多个一级旋流叶片6与多个二级旋流叶片7的旋流方向相反，一级旋流叶片6和二级旋流叶片7均用于使通过的气体产生旋流；一级旋流叶片6上开设有与中心燃料通道3连通的第一喷射孔2，第一喷射孔2的孔径大小为0.1～0.5mm。

中心燃料通道3中的燃料通过一级旋流叶片6上的第一喷射孔2排出，排出的燃料与进入到进气腔中的空气混合，燃料和空气经过一级旋流叶片6处时形成一个旋流，燃料和空气在旋流的作用下混合；而当燃料和空气再经过二级旋流叶片7时，又会形成一个旋向相反的旋流，从而使燃料和空气在两个旋流的交界处发生扭曲，从而极大的提高了燃料与空气的混合程度。

在环形空气通道8的进气方向上，第一喷射孔2的数量优选为多个，多个第一喷射孔2开设在一级旋流叶片的前端的两侧；第一喷射孔2设置在旋流叶片的前端可以使喷射出的燃料经过整个一级旋流叶片，从而能够确保形成旋流，喷射孔设置在一级旋流叶片的两侧可以保证燃料在各个一级旋流叶片间分布均匀，由此使燃料与空气的混合程度提高。

在所述环形空气通道8的进气方向上，多个一级旋流叶片6还可以与多个二级旋流叶片7的位置相对交错，这样使各个二级旋流叶片7在轴向上分别位于各个一级旋流叶片6之间的间隔处，各个二级旋流叶片7能够对各个经过一级旋流叶片的混合气体形成分流，可在一定程度上提高燃料与空气的混合率；一级旋流叶片6和二级旋流叶片7的数量均选为4～6个，这样既不会阻碍气流的通畅性，又不失良好的混合效果。

实施例二

本实施例二提供的一种燃气轮机燃烧室喷嘴，与实施例一的结构基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：

结合图1和图2所示，在中心燃料体1的径向方向上，二级旋流叶片7的高度低于一级旋流叶片6的高度，第一喷射孔2的高度高于二级旋流叶片7的高度，二级旋流叶片7的高度可以是一级旋流叶片6的高度的30％～80％；另外在二级旋流叶片7上开设有与中心燃料通道3连通的第二喷射孔10，在环形空气通道8的进气方向上，第二喷射孔10的数量为多个，多个第二喷射孔10开设在二级旋流叶片的前端的两侧。

由上可知，第一喷射孔2靠近进气腔的内壁，而第二喷射孔10则靠近中心燃料体1，第一喷射孔2所喷射出的燃料经一级旋流叶片，在环形空气通道8的外环区域产生一个旋向的外旋流；而第二喷射孔10喷射出的燃料经二级旋流叶片，在环形空气通道8的内环产生另 一个旋向的内旋流，从而在外旋流与内旋流的相互作用下，使空气与燃料实现充分混合。

优选的，中心燃料体1插入到进气腔的一端呈锥形；尾端呈锥形的中心燃料体1的外形流畅，混合气在流经中心燃料体1的尾端时不会形成涡流，从而能够避免外旋流和内旋流的相互作用遭到扰动，同时也使混合气的流通更加通畅。

优选的，进气腔设有一个径向收缩段9，在环形空气通道8的进气方向上，径向收缩段9位于多个二级旋流叶片的后方，径向收缩段9将外旋流挤压向内旋流，促进了外旋流与内旋流的溶合，使燃气与空气进一步形成混合。

另外，进气腔还包括一整流段11，在环形空气通道8的进气方向上，整流段11位于径向收缩段9的后方，由于外旋流与内旋流经过径向收缩段9后，旋流的并不会立即相互抵消，需要经过一段距离的整流，旋流在整流段11中的相互作用逐渐趋于平和，形成混合均匀且平滑的气流，后续进入到燃烧室中不影响燃烧。

实施例三

本实施例三提供的一种燃气轮机燃烧室喷嘴，与实施例二的结构基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：

结合图1和图2所示，中心燃料通道3包括第一燃料通道4和设置在第一燃料通道4的外围的第二燃料通道5，第一燃料通道4是由插设在中心燃料通道3中的内管限定而成的柱状通道，第二燃料通道5则是由内管与中心燃料腔的内壁限定而成的环形通道，第一燃料通道4较第二燃料通道5长，第一燃料通道4通过其长出的部分与第二喷射孔10连通；第二燃料通道5与第一喷射孔2连通，第一燃料通道4与第二燃料通道5之间相对隔绝。

由此，可通过第二燃料通道5和第一燃料通道4单独控制第一喷射孔2和第二喷射孔10的燃料喷射量，从而可根据不同需求，混合 出不同混合形式的混合气体，进而实现不同的燃烧效果。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种燃气轮机燃烧室喷嘴，其特征在于，包括进气腔和一端插设于所述进气腔的中心燃料体(1)，所述中心燃料体(1)与所述进气腔的内壁之间形成有环形空气通道(8)，所述中心燃料体(1)的内部设有中心燃料通道(3)；

沿所述环形空气通道(8)的进气方向，所述中心燃料体(1)的外侧依次设有多个一级旋流叶片(6)和多个二级旋流叶片(7)，多个所述一级旋流叶片(6)与多个二级旋流叶片(7)的旋流方向相反；

所述一级旋流叶片(6)上开设有与所述中心燃料通道(3)连通的第一喷射孔(2)。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室喷嘴，其特征在于，在所述中心燃料体(1)的径向方向上，所述二级旋流叶片(7)的高度低于所述一级旋流叶片(6)的高度，所述第一喷射孔(2)的高度高于所述二级旋流叶片(7)的高度；所述二级旋流叶片(7)上开设有与所述中心燃料通道(3)连通的第二喷射孔(10)。

3.根据权利要求2所述的燃气轮机燃烧室喷嘴，其特征在于，所述二级旋流叶片(7)的高度为所述一级旋流叶片(6)的高度的30％～80％。

4.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室喷嘴，其特征在于，在所述环形空气通道(8)的进气方向上，多个所述一级旋流叶片(6)与多个所述二级旋流叶片(7)的位置相对交错。

5.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室喷嘴，其特征在于，在所述环形空气通道(8)的进气方向上，所述第一喷射孔(2)的数量为多个，多个所述第一喷射孔(2)开设在所述一级旋流叶片的前端的两侧。

6.根据权利要求2所述的燃气轮机燃烧室喷嘴，其特征在于，在所述环形空气通道(8)的进气方向上，所述第二喷射孔(10)的 数量为多个，多个所述第二喷射孔(10)开设在所述二级旋流叶片的前端的两侧。

7.根据权利要求2所述的燃气轮机燃烧室喷嘴，其特征在于，所述中心燃料通道(3)包括第一燃料通道(4)和设置在所述第一燃料通道(5)的外围的第二燃料通道(5)，所述第一燃料通道(4)与所述第二喷射孔(10)连通，所述第二燃料通道(5)与所述第一喷射孔(2)连通。

8.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室喷嘴，其特征在于，所述中心燃料体(1)插入到所述进气腔的一端呈锥形。

9.根据权利要求1-8任一项所述的燃气轮机燃烧室喷嘴，其特征在于，所述进气腔设有一径向收缩段(9)，在所述环形空气通道(8)的进气方向上，所述径向收缩段(9)位于多个所述二级旋流叶片的后方。

10.根据权利要求9所述的燃气轮机燃烧室喷嘴，其特征在于，所述进气腔还包括一整流段(11)，在所述环形空气通道(8)的进气方向上，所述整流段(11)位于所述径向收缩段(9)的后方。