CN204665352U - 一种燃气轮机预混合喷嘴 - Google Patents
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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预混合喷嘴，包括法兰、旋流器及中心体；所述中心体一端穿过所述旋流器，另一端与所述法兰连接，所述法兰上设置有燃料进口，所述中心体内设置有与所述燃料进口连通的轴向燃料通道，所述中心体穿过所述旋流器的一端设置有空气出口，所述轴向燃料通道内设置有与所述空气出口连通的空气通道，所述旋流器上设置有旋流叶片，所述旋流叶片上设置有与所述轴向燃料通道连通的径向燃料通道，所述径向燃料通道上设置有燃料出口，所述中心体外壁上设置有空气进口，所述中心体内设置有多个一端与所述空气进口连通，另一端与所述轴向空气通道连通的换热器。本实用新型减小空气与燃料的温差，提高喷嘴寿命。
Description
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预混合喷嘴，具体的是一种能够减小温差，且增加寿命的燃气轮机预混合喷嘴。
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NOx的起始温度约为1650°，当燃烧室温度高于1650°时，就会有NOx产生。对于传统的扩散燃烧燃烧室，扩散燃烧方式的火焰面温度总是等于化学当量比为1的理论燃烧温度，它不因燃料与空气总掺混比的浓或稀而异，尽管该理论燃烧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NOx排放量总是很高的。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、稀释的可燃混合物，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NOx的生成量。
在混合之前，燃料与空气通过不同的通道引入到混合通道。燃料与空气的引入是在喷嘴中完成的。F级燃气轮机供应高燃烧室的空气的温度一般为400℃左右，燃料由辅机系统供应，一般在50～200℃之间。燃料与空气之间的温差会导致喷嘴较高的热应力，尤其是在几何形状变化比较大的区域，例如叶片上径向燃料通道与中心体轴向燃料通道的交接处。较高的热应力会导致喷嘴寿命的降低，甚至引起燃料泄漏等重大事故。但是，增加燃料的供应温度会大大增加辅机系统的建设成本，且会增加燃料运输过程中的安全隐患。因而，如何在燃料温度较低的情况下降低热应力是燃气轮机预混合喷嘴设计的一个重大问题。
鉴于上述现有技术的缺陷，需要提供一种能够减小温差，且增加寿命的燃气轮机预混合喷嘴。
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燃气轮机预混合喷嘴的燃料与空气之间的温差会导致喷嘴较高的热应力，尤其是在几何形状变化比较大的区域，例如叶片上径向燃料通道与中心体轴向燃料通道的交接处。较高的热应力会导致喷嘴寿命的降低，甚至引起燃料泄漏等重大事故。但是，增加燃料的供应温度会大大增加辅机系统的建设成本，且会增加燃料运输过程中的安全隐患的问题。
(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预混合喷嘴，包括法兰、旋流器及中心体；所述中心体一端穿过所述旋流器，另一端与所述法兰连接，所述法兰上设置有燃料进口，所述中心体内设置有与所述燃料进口连通的轴向燃料通道，所述中心体穿过所述旋流器的一端设置有空气出口，所述轴向燃料通道内设置有与所述空气出口连通的空气通道，所述旋流器上设置有旋流叶片，所述旋流叶片上设置有与所述轴向燃料通道连通的径向燃料通道，所述径向燃料通道上设置有燃料出口，所述中心体外壁上设置有空气进口，所述中心体内设置有多个一端与所述空气进口连通，另一端与所述轴向空气通道连通的换热器。
其中，所述换热器沿所述中心体的轴线周向均布。
其中，所述换热器设置于所述法兰与所述旋流器之间，所述换热器沿所述中心体的轴线与所述径向燃料通道的距离为30-80mm。
其中，所述换热器与所述中心体外壁以及所述轴向空气通道外壁均为密封连接。
其中，所述空气进口总流通面积大于所述空气出口的流通面积。
其中，所述换热器包括径向空气通道及设置于所述空气通道上的换热肋片。
其中，所述径向空气通道的总流通面积大于所述空气出口的流通面积。
其中，所述换热肋片的高为1～4mm，宽为1～3mm，相邻的两个所述换热肋片之间的间距为1～4mm。
(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预混合喷嘴中的中心体一端穿过旋流器，另一端与法兰连接，法兰上设置有燃料进口，中心体内设置有与燃料进口连通的轴向燃料通道，中心体穿过旋流器的一端设置有空气出口，轴向燃料通道内设置有与空气出口连通的空气通道，旋流器上设置有旋流叶片，旋流叶片上设置有与轴向燃料通道连通的径向燃料通道，径向燃料通道上设置有燃料出口，中心体外壁上设置有空气进口，中心体内设置有多个一端与空气进口连通，另一端与轴向空气通道连通的换热器。本实用新型提供的燃气轮机预混合喷嘴中通过在中心体内部设置换热器，利用高温空气的热量加热低温燃料，减小空气与燃料的温差，从而减小旋流器以及中心体与旋流器交接处的热应力，提高喷嘴寿命。
附图说明
图1是本实用新型实施例燃气轮机预混合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预混合喷嘴的局部放大示意图。
图中：1：法兰；2：旋流器；3：中心体；11：燃料进口；21：旋流叶片；22：径向燃料通道；23：燃料出口；31：轴向燃料通道；32：轴向空气通道；33：空气进口；34：空气出口；4：换热器；41：径向空气通道；42：换热肋片。
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“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预混合喷嘴包括法兰1、旋流器2及中心体3；所述中心体3一端穿过所述旋流器2，另一端与所述法兰1连接，所述法兰1上设置有燃料进口11，所述中心体3内设置有与所述燃料进口11连通的轴向燃料通道31，所述中心体3穿过所述旋流器2的一端设置有空气出口34，所述轴向燃料通道31内设置有与所述空气出口34连通的空气通道32，所述旋流器2上设置有旋流叶片21，所述旋流叶片21上设置有与所述轴向燃料通道31连通的径向燃料通道22，所述径向燃料通道22上设置有燃料出口23，所述中心体3外壁上设置有空气进口33，所述中心体3内设置有多个一端与所述空气进口33连通，另一端与所述轴向空气通道32连通的换热器4。
对于燃料从旋流器2叶片喷出的预混合喷嘴，旋流器2以及中心体3与旋流器2交接处是高应力的重灾区。这是因为这些区域几何结构变化比较大，又是高温空气与低温燃料同时经过的地方。喷嘴的几何结构由于燃烧与气动的设计可改进的空间很小，所以降低空气与燃料的温差是降低这些区域高热应力的最佳选择。但是燃料的供应温度是受辅机系统的工作能力限制的。当燃料供应温度升高时，燃料供应系统需要额外的热源，且在供应过程中热量耗散大。高温的燃气在运输过程出现泄漏，燃烧，爆炸等事故的可能性也更大。本实用新型通过在中心体3内部设置换热器4，利用高温空气的热量加热低温燃料，减小空气与燃料的温差，从而减小旋流器2以及中心体3与旋流器2交接处的热应力，提高喷嘴寿命。本实用新型可以最大程度降低燃料的供应温度，从而极大减小辅机系统加热燃料所带来的经济损失与安全隐患。
为了保证流动的均匀性。本实施例中的所述换热器4沿所述中心体3的轴线周向均布。
本实施例中换热器4位于法兰1下游，旋流器2上游。换热器4个数越多，换热量越大，但是换热器4同时也受中心体3内部空间大小以及流动性能的限制。由于换热器4对于轴向燃料通道31内燃料的流动有一定的干扰，为了保证燃料在进入到径向燃料通道22中是稳定的而非紊乱的，优选的，换热器4末端距离径向燃料通道22中心的距离为30-80mm。即所述换热器4设置于所述法兰1与所述旋流器2之间，所述换热器4沿所述中心体3的轴线与所述径向燃料通道22的距离为30-80mm。
在喷嘴中，燃料的泄露会带来燃烧失控的风险。换热器4内侧为空气，外侧为燃料，所以换热器4与中心体3外壁以及轴向空气通道32外壁均为密封连接。
为了较精确地控制清吹空气的流量，一般会将清吹空气通道的截流面积设置在空气出口34，所以优选的，空气进口33总流通面积大于空气出口34的流通面积。
图2为本实用新型换热器局部放大图。换热器4包括径向空气通道41以及设置于所述空气通道41上的换热肋片42。清吹空气通道的截流面积设置在空气出口34，优选的，径向空气通道41的总流通面积大于空气出口34的流通面积。换热肋片42的大小和形状是由散热效率与轴向燃料通道31的宽度共同决定的。优选的，换热肋片32的高为1～4mm，宽为1～3mm，两个肋片之间的间距为为1～4mm。
本实施例中燃气轮机预混合喷嘴使用时，来自法兰1上燃料进口11的低温气体燃料，通过轴向燃料通道31流至位于旋流器2上的径向燃料通道22，在燃料出口23喷出，与来自于旋流器2上游的空气混合进入到燃烧室燃烧。来自空气进口33的高温空气，通过换热器4流入轴向空气通道32，并从空气出口34喷出，对喷嘴头部进行清吹，防止火焰附着。
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预混合喷嘴中的中心体一端穿过旋流器，另一端与法兰连接，法兰上设置有燃料进口，中心体内设置有与燃料进口连通的轴向燃料通道，中心体穿过旋流器的一端设置有空气出口，轴向燃料通道内设置有与空气出口连通的空气通道，旋流器上设置有旋流叶片，旋流叶片上设置有与轴向燃料通道连通的径向燃料通道，径向燃料通道上设置有燃料出口，中心体外壁上设置有空气进口，中心体内设置有多个一端与空气进口连通，另一端与轴向空气通道连通的换热器。本实用新型提供的燃气轮机预混合喷嘴中通过在中心体内部设置换热器，利用高温空气的热量加热低温燃料，减小空气与燃料的温差，从而减小旋流器以及中心体与旋流器交接处的热应力，提高喷嘴寿命。
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)
1.一种燃气轮机预混合喷嘴，其特征在于：包括法兰(1)、旋流器(2)及中心体(3)；所述中心体(3)一端穿过所述旋流器(2)，另一端与所述法兰(1)连接，所述法兰(1)上设置有燃料进口(11)，所述中心体(3)内设置有与所述燃料进口(11)连通的轴向燃料通道(31)，所述中心体(3)穿过所述旋流器(2)的一端设置有空气出口(34)，所述轴向燃料通道(31)内设置有与所述空气出口(34)连通的空气通道(32)，所述旋流器(2)上设置有旋流叶片(21)，所述旋流叶片(21)上设置有与所述轴向燃料通道(31)连通的径向燃料通道(22)，所述径向燃料通道(22)上设置有燃料出口(23)，所述中心体(3)外壁上设置有空气进口(33)，所述中心体(3)内设置有多个一端与所述空气进口(33)连通，另一端与所述轴向空气通道(32)连通的换热器(4)。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机预混合喷嘴，其特征在于：所述换热器(4)沿所述中心体(3)的轴线周向均布。
3.根据权利要求1所述的燃气轮机预混合喷嘴，其特征在于：所述换热器(4)设置于所述法兰(1)与所述旋流器(2)之间，所述换热器(4)沿所述中心体(3)的轴线与所述径向燃料通道(22)的距离为30-80mm。
4.根据权利要求1所述的燃气轮机预混合喷嘴，其特征在于：所述换热器(4)与所述中心体(3)外壁以及所述轴向空气通道(32)外壁均为密封连接。
5.根据权利要求1所述的燃气轮机预混合喷嘴，其特征在于：所述空气进口(33)总流通面积大于所述空气出口(34)的流通面积。
6.根据权利要求1所述的燃气轮机预混合喷嘴，其特征在于：所述换热器(4)包括径向空气通道(41)及设置于所述空气通道(41)上的换热肋片(42)。
7.根据权利要求6所述的燃气轮机预混合喷嘴，其特征在于：所述径向空气通道(41)的总流通面积大于所述空气出口(34)的流通面积。
8.根据权利要求6所述的燃气轮机预混合喷嘴，其特征在于：所述换热肋片(42)的高为1～4mm，宽为1～3mm，相邻的两个所述换热肋片(42)之间的间距为1～4mm。
Priority Applications (1)
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| CN201520173301.4U CN204665352U (zh) | 2015-03-25 | 2015-03-25 | 一种燃气轮机预混合喷嘴 |
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| CN201520173301.4U CN204665352U (zh) | 2015-03-25 | 2015-03-25 | 一种燃气轮机预混合喷嘴 |
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| CN204665352U true CN204665352U (zh) | 2015-09-23 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106918054A (zh) * | 2015-12-28 | 2017-07-04 | 通用电气公司 | 具有预混合火焰稳定器的燃料喷嘴组件 |
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2015
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| CN106918054A (zh) * | 2015-12-28 | 2017-07-04 | 通用电气公司 | 具有预混合火焰稳定器的燃料喷嘴组件 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of utility model: Gas turbine is mixing nozzle in advance Effective date of registration: 20161104 Granted publication date: 20150923 Pledgee: Tsinghua Holdings Co., Ltd. Pledgor: Beijing Huatsing Gas Turbine & IGCC Technology Co., Ltd. Registration number: 2016990000853 |
|
| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20191211 Granted publication date: 20150923 Pledgee: Tsinghua Holdings Co., Ltd. Pledgor: Beijing Huatsing Gas Turbine & IGCC Technology Co., Ltd. Registration number: 2016990000853 |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200107 Address after: 102209 Beijing Changping District in the future of the national electric investment group Park in the future science city south of Beijing Patentee after: China United heavy-duty gas turbine technology Co., Ltd. Address before: 100084, Beijing, Haidian District science and Technology Park, Tsinghua Science and technology building, block C, 10 Patentee before: Beijing Huatsing Gas Turbine & IGCC Technology Co., Ltd. |