CN204901832U - 一种轴向喷射的喷嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及动力装备技术领域，尤其涉及一种轴向喷射的喷嘴。本实用新型提供的轴向喷射的喷嘴，合成气燃料从环形的燃料喷口轴向喷射出来后，形成环形的燃料射流，从径向进气口进入的空气通过环形的第二空气通道上的旋流出口向外喷出，形成环形的空气环流，环形的空气旋流与环形的燃料射流掺混在一起，增加了燃料与空气的混合面积，有助于改善燃料与空气的混合效果，使得燃料燃烧更加充分，减少了NOx的排放，同时能够降低燃烧室内的火焰峰值温度；并且，该合成气喷嘴结构简单，容易实现，并且不受燃烧室其他部件的限制，没有匹配等问题，实用性更好。

Description

一种轴向喷射的喷嘴

技术领域

本实用新型涉及动力装备技术领域，尤其涉及一种轴向喷射的喷嘴。

背景技术

目前，随着能源紧缺及全世界对环境保护问题的重视，各国对燃气轮机燃烧室提出更高的要求，不仅要求燃烧室能够燃用更多种类的燃料，同时要求污染物的排放更低和燃烧效率更高。除了天然气，要求燃气轮机燃烧室能够燃用一些低品质的气态燃料，这些低品质的气态燃料主要是由煤化工制造的合成气；此外，要求燃气轮机在50％及以上负荷区间，燃烧室排放能维持在较低水平，同时保持较高的燃烧效率。

合成气的热值较低且沃泊指数较低，此外，具有基于摩尔分数较大的氢气含量；由于氢气具有燃烧速度快的特性，即特征化学时间非常短，使得合成气具有较高的燃料反应性。合成气由于沃泊指数低和燃料反应性高，采用预混燃烧模式时容易产生自燃、回火问题，导致预混装置烧蚀损坏，因此难以采用常规的预混DLN燃烧系统，已知的合成气燃烧系统一般采用基于扩散燃烧模式的燃烧器，避免预混燃烧带来的自燃、回火风险。扩散燃烧模式的火焰温度峰值较高，这将大大增加NOx的排放，虽然采用向燃烧区喷射稀释剂的方法降低峰值温度，但降低NOx的效果是有限的，且随着对燃气轮机NOx排放的规定越来越严格，这种采用扩散燃烧模式同时向燃烧区喷射稀释剂的方法难以满足更低的NOx排放指标，同时系统和设备复杂，运行成本较高。

在专利CN101424406A中，采用了一种预混燃烧模式的DLN燃烧器，将合成气分成单独的两级，每一级燃料的沃泊指数和燃料反应性进行人为调整，调整到一定范围内的预设值，该预设值确保合成气燃料不会在预混装置内发生自燃回火。上述方法仍然存在自燃回火的风险，由于合成气在沃泊指数和燃料反应性调整中不可能调整的完全均匀，有可能存在沃泊指数和燃料反应性较高的区域，在预混装置中存在自燃、回火的风险；此外，对合成气进行分级并对两级燃料进行沃泊指数和燃料反应性的人为调整，增加了系统操作的复杂性和设备的复杂性。

因此，针对以上不足，需要一种能够可靠地燃烧合成气、污染排放低、燃烧效率高、结构简单、维修更换容易的一种轴向喷射的喷嘴。

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：传统的燃气轮机喷嘴燃烧合成气时污染物排放超标，且存在回火、自燃等风险。

(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轴向喷射的喷嘴，包括喷嘴本体，所述喷嘴本体内设置有第一空气通道、环形的燃料通道和环形的燃料喷口，所述第一空气通道、燃料通道和燃料喷口同轴设置，所述燃料喷口与所述燃料通道连通，所述环形燃料通道的外侧同轴设置有进气装置，所述进气装置与所述燃料通道的外壁面之间构成第二空气通道，所述进气装置上还开设有径向进气口。

其中，所述径向进气口中轴线与所述第一空气通道的中轴线不相交。

其中，所述径向进气口的截面形状为圆形、矩形或椭圆形。

其中，所述第一空气通道靠近燃料喷口一侧的端面上设置有多个端壁冷却孔。

其中，多个所述端壁冷却孔均匀分布。

其中，所述喷嘴本体上设置有端壁冷却孔的端面上设置有多个助燃空气孔，所述助燃空气孔与所述第一空气通道连通。

其中，所述助燃空气孔呈环状分布在端壁冷却孔的外侧。

其中，多个所述径向进气口的总通气量是多个所述助燃空气孔总通气量的4-20倍。

其中，所述燃料喷口通过节流孔与所述环形燃料通道连通。

其中，所述节流孔为直孔或斜孔。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有如下优点：本实用新型提供的轴向喷射的喷嘴，合成气燃料从环形的燃料喷口轴向喷射出来后，形成环形的燃料射流，从径向进气口进入的空气通过环形的第二空气通道上的旋流出口向外喷出，形成环形的空气环流，环形的空气旋流与环形的燃料射流掺混在一起，增加了燃料与空气的混合面积，有助于改善燃料与空气的混合效果，使得燃料燃烧更加充分，减少了NOx的排放，同时能够降低燃烧室内的火焰峰值温度；并且，该合成气喷嘴结构简单，容易实现，并且不受燃烧室其他部件的限制，没有匹配等问题，实用性更好。

附图说明

本实用新型上述和/或附加方面的优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型一个实施例所述的轴向喷射的喷嘴的立体图；

图2是图1剖视结构示意图。

其中图1和图2中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

1、喷嘴本体，11、第一空气通道，12、燃料通道，121、燃料喷口，122、节流孔，13、进气装置，131、第二空气通道，132、径向进气口，133、旋流出口，14、端壁冷却孔，15、助燃空气孔。

具体实施方式

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”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”的含义是两个或两个以上

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1和图2所示，本实用新型提供了一种轴向喷射的喷嘴，包括喷嘴本体1，所述喷嘴本体1内设置有第一空气通道11、环形的燃料通道121和环形的燃料喷口，所述第一空气通道11、燃料通道121和燃料喷口同轴设置，所述燃料喷口与所述燃料通道121连通，所述环形燃料通道121的外侧同轴设置有进气装置13，所述进气装置13与所述燃料通道121的外壁面之间构成第二空气通道131，所述进气装置13上还开设有径向进气口132。实用新型提供的轴向喷射的喷嘴，合成气燃料从环形的燃料喷口轴向喷射出来后，形成环形的燃料射流，从径向进气口132进入的空气通过环形第二空气通道131上的旋流出口133向外喷出，形成环形的空气环流，环形的空气旋流与环形的燃料射流掺混在一起，增加了燃料与空气的混合面积，有助于改善燃料与空气的混合效果，能够降低燃烧室内的火焰峰值温度，进而降低了NOx的排放；并且，该合成气喷嘴结构简单，容易实现，并且不受燃烧室其他部件的限制，没有匹配等问题，实用性更好

优选地，所述径向进气口132中轴线与所述第一空气通道11的中轴线不相交，因此在第一空气通道11内形成环形的旋流，从旋流出口133向外喷射，与燃料相混合，能够增加燃料与空气的掺混效果，使得燃料燃烧更加充分，从而减少NOx的排放；其中，所述径向进气口132的截面形状可以为圆形、矩形或椭圆形。

通过在第一空气通道11的端面上设置端壁冷却孔14，能够有效地对整个喷嘴本体1进行冷却，同时端壁冷却孔14设置有多个并均匀分布，使燃烧火焰能够悬在第一空气通道11的前端面上，能够保证从端壁冷却孔14喷出的用于燃烧的空气不会将火焰吹走，确保火焰的稳定性，同时也不会让火焰贴在端壁上造成喷嘴的损坏。

优选地，所述喷嘴本体1上设置有端壁冷却孔14的端面上设置有多个助燃空气孔15，所述助燃空气孔15呈环状分布在端壁冷却孔14的外侧，所述助燃空气孔15与所述第一空气通道11连通，在喷嘴工作时，部分空气从第一空气通道11经过助燃空气孔15向外喷射与燃料混合，辅助参与燃烧；具体地，多个所述径向进气口132的总通气量是多个所述助燃空气孔15总通气量的4-20倍，保证参与燃烧的空气主要为由径向进气口132进入第二空气通道131并由旋流出口133喷出的，由助燃空气孔15喷出的空气辅助参与燃烧。

优选地，所述燃料喷口通过节流孔122与所述环形燃料通道121连通，所述节流孔122可以为直孔或斜孔，通过设置节流孔122来限制燃料喷口喷射燃料的流量。

下面结合附图来具体说明本实用新型提供的轴向喷射的喷嘴的工作原理。

空气从进气装置13上的径向进气口132进入，由于径向进气口132的中轴线与第一空气通道11的中轴线不相交，因此在第二空气通道131内形成环形的旋流，从旋流出口133向外喷射；喷嘴本体1内设有同轴的燃料通道121和第一空气通道11，合成气燃料从燃料通道121经过节流孔122进入环形的燃料喷口，环形的燃料喷口中形成环形的一层燃料射流轴向向外喷射；部分空气从第一空气通道11经过助燃空气孔15向外喷射；由于环形的燃料喷口开设在助燃空气孔15的外围，而旋流出口133在环形的燃料喷口的外围，最终形成两股环形空气流将燃料射流包夹在中间，增加了燃料与空气的混合面积，有助于改善燃料与空气的混合效果，使得燃料燃烧更加充分，有利于降低燃烧室内的火焰峰值温度，进而降低了NOx的排放。

综上所述，本实用新型提供的轴向喷射的喷嘴，合成气燃料从环形的燃料喷口轴向喷射出来后，形成环形的燃料射流，从径向进气口进入的空气通过环形第二空气通道上的旋流出口向外喷出，形成环形的空气环流，环形的空气旋流与环形的燃料射流掺混在一起，增加了燃料与空气的混合面积，有助于改善燃料与空气的混合效果，使得燃料燃烧更加充分，减少了NOx的排放，同时能够降低燃烧室内的火焰峰值温度；并且，该合成气喷嘴结构简单，容易实现，并且不受燃烧室其他部件的限制，没有匹配等问题，实用性更好。

最后应说明的是：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 (10)

1.一种轴向喷射的喷嘴，其特征在于：包括喷嘴本体(1)，所述喷嘴本体(1)内设置有第一空气通道(11)、环形的燃料通道(12)和环形的燃料喷口(121)，所述第一空气通道(11)、燃料通道(12)和燃料喷口(121)同轴设置，所述燃料喷口(121)与所述燃料通道(12)连通，所述环形燃料通道(12)的外侧同轴设置有进气装置(13)，所述进气装置(13)与所述燃料通道(12)的外壁面之间构成第二空气通道(131)，所述进气装置(13)上还开设有径向进气口(132)。

2.根据权利要求1所述的轴向喷射的喷嘴，其特征在于：所述径向进气口(132)中轴线与所述第一空气通道(11)的中轴线不相交。

3.根据权利要求2所述的轴向喷射的喷嘴，其特征在于：所述径向进气口(132)的截面形状为圆形、矩形或椭圆形。

4.根据权利要求1所述的轴向喷射的喷嘴，其特征在于：所述第一空气通道(11)靠近燃料喷口(121)一侧的端面上设置有多个端壁冷却孔(14)。

5.根据权利要求4所述的轴向喷射的喷嘴，其特征在于：多个所述端壁冷却孔(14)均匀分布。

6.根据权利要求5所述的轴向喷射的喷嘴，其特征在于：所述喷嘴本体(1)上设置有端壁冷却孔(14)的端面上设置有多个助燃空气孔(15)，所述助燃空气孔(15)与所述第一空气通道(11)连通。

7.根据权利要求6所述的轴向喷射的喷嘴，其特征在于：所述助燃空气孔(15)呈环状分布在端壁冷却孔(14)的外侧。

8.根据权利要求7所述的轴向喷射的喷嘴，其特征在于：多个所述径向进气口(132)的总通气量是多个所述助燃空气孔(15)总通气量的4-20倍。

9.根据权利要求1所述的轴向喷射的喷嘴，其特征在于：所述燃料喷口(121)通过节流孔(122)与所述环形燃料通道(12)连通。

10.根据权利要求9所述的轴向喷射的喷嘴，其特征在于：所述节流孔(122)为直孔或斜孔。