CN205208630U - 一种可燃烧低热值气体的双燃料喷嘴与旋流器一体化结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的在于提供一种可燃烧低热值气体的双燃料喷嘴与旋流器一体化结构，包括燃油喷射系统、气体喷射系统、旋流器系统，油路管道、油路垫圈、油路弹簧、油路旋流器依次相连并全部安装在主油路外壁里，气路管道与气路外壁相连并安装在主油路外壁的外部，气路管道、气路外壁和主油路外壁构成气路通道，气路通道的端部设置一圈旋流叶片，该圈旋流叶片的外部设置旋流器壳体，旋流叶片为空心结构，旋流叶片的尾缘设置叶片尾缘喷射孔，旋流叶片的迎风面设置叶片迎风面喷射孔。本实用新型的双燃料喷嘴即可使用燃油作为燃料，又可采用富含不可燃气体的低热值气体作为燃料，可强化燃烧效果，又可满足大流量下的气体燃料的稳定燃烧。

Description

一种可燃烧低热值气体的双燃料喷嘴与旋流器一体化结构

技术领域

本实用新型涉及的是一种燃气轮机，具体地说是燃气轮机的燃料喷射装置。

背景技术

随着全球性的化石燃料的枯竭，寻找石油的可替代性燃料迫在眉睫，随着技术的发展，焦炉气、垃圾填埋气、矿坑瓦斯气等富含不可燃气体的低热值气体燃料逐渐成为燃气轮机可利用的燃料，然而在利用该气体时存在以下问题：1)气体燃料流速较大燃烧场不易组织；2)富含惰性气体燃烧易发生不稳定甚至熄火；3)燃气轮机需要使用液体燃料进行启动。因此，使用低热值气体作为燃机燃料必须对燃气轮机燃烧室进行改造。

喷嘴作为燃烧室内的关键部件，其性能直接影响到燃烧室内流场组织、燃烧效率、熄火极限等问题。同时在使用低热值气体时，燃烧室内存在多种不同的燃烧形式：1)燃烧液体燃油；2)燃烧液体燃油同时回注水蒸汽；3)燃烧液体燃油同时燃烧富含惰性气体的低热值气体燃料；4)燃烧富含惰性气体的低热值气体燃料。

在以往的专利中，一部分是仅可燃烧不同热值的气体燃料的双燃料喷嘴，一部分仅是无旋流器的双燃料喷嘴，而且气体燃料需要经过多个通道进入燃烧室，造成喷嘴结构复杂。而且由于使用富含不可燃气体的低热值气体的流量较大，常规双燃料喷嘴的掺混性能较差，不易组织燃烧。

发明内容

本实用新型的目的在于提供不改变油路喷嘴和旋流器几何尺寸的情况下，同时满足燃烧液体燃料、回注水蒸汽和燃烧气体燃料，并且在气体燃料流量较大时能够稳定燃烧的同时保证较高的燃烧效率，同时在回注水蒸汽时能够实现低排放的目标的一种可燃烧低热值气体的双燃料喷嘴与旋流器一体化结构。

本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型一种可燃烧低热值气体的双燃料喷嘴与旋流器一体化结构，其特征是：包括燃油喷射系统、气体喷射系统、旋流器系统，所述燃油喷射系统包括油路管道、油路垫圈、主油路外壁、油路弹簧、油路旋流器，气体喷射系统包括气路管道、气路外壁，旋流器系统包括旋流器壳体、旋流叶片；油路管道、油路垫圈、油路弹簧、油路旋流器依次相连并全部安装在主油路外壁里，气路管道与气路外壁相连并安装在主油路外壁的外部，气路管道、气路外壁和主油路外壁构成气路通道，气路通道的端部设置一圈旋流叶片，该圈旋流叶片的外部设置旋流器壳体，旋流叶片为空心结构，旋流叶片的尾缘设置叶片尾缘喷射孔，旋流叶片的迎风面设置叶片迎风面喷射孔。

本实用新型还可以包括：

1、旋流器壳体外壁为直径不变的直管型结构，旋流器壳体内壁为直径逐渐增大的渐扩型结构。

2、旋流叶片的安装角度为35°-55°度，旋流叶片数目为12-15片，叶片尾缘喷射孔和叶片迎风面喷射孔的直径为0.3-0.6mm，其形状为圆孔、方孔、椭圆孔、星型孔；叶片迎风面喷射孔由6-10排组成，排列方式为顺排排列、交错排列、放射状排列，每排为8-14个；叶片尾缘喷射孔为1-2排，每排有5-13个，排列方式为顺排排列或者交错排列。

3、当燃料为燃油时，燃油经过油路管道进入油路旋流器通过旋流器壳体喷射进入燃烧室内进行燃烧，回注水蒸汽时，水蒸汽经过气路通道进入旋流器系统，分别从叶片迎风面喷射孔和叶片尾缘喷射孔经旋流器壳体喷射进入燃烧室；当燃料为气体燃料时，气体燃料经气路通道进入旋流器系统，之后气体燃料分成两路，一路气体燃料经叶片迎风面喷射孔与旋流器壳体内的空气形成对冲喷射，另一路气体燃料经叶片尾缘喷射孔进入燃烧室；当燃料为气体燃料和燃油时，燃油精油路管道进入油路旋流器通过旋流器壳体喷射进入燃烧室内进行燃烧，气体燃料经气路通道进入旋流器系统，之后气体燃料分成两路，一路气体燃料经叶片迎风面喷射孔与旋流器壳体内的空气形成对冲喷射，另一路气体燃料经叶片尾缘喷射孔进入燃烧室。

本实用新型的优势在于：本实用新型不改变油路喷嘴和旋流器几何尺寸，可以在对燃烧室改变最小的情况下将燃烧室改造为适用于燃烧富含惰性气体的低热值燃料。通过对双燃料喷嘴和旋流器进行一体化设计，保持不改变油路喷嘴和旋流器的外廓尺寸，将旋流器叶片设计成空心叶片，并在空心旋流叶片上开设气路喷射孔，将气体燃料分为两路，一路加强掺混，强化燃烧效果使燃烧更完全；一路加强旋流效果，增大回流区缩短火焰长度，使燃烧室出口温度场更加均匀。同时气体系统还可以在燃烧液体燃料时回注水蒸汽降低燃烧室温度，从而降低NO_x的排放。

附图说明

图1为本实用新型的立体图；

图2为本实用新型的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本实用新型做更详细地描述：

结合图1～2，本实用新型采用一种可燃烧低热值气体的双燃料喷嘴与旋流器一体化结构，该一体化结构由气体喷射系统、燃油喷射系统、旋流器组成。其技术特点为在燃烧液体燃料时，燃料由燃油系统喷射；在回注水蒸汽时，水蒸汽经气体喷射系统位于旋流器叶片迎风面和尾缘的喷射孔喷射进入燃烧室；在燃烧气体燃料时，气体燃料分成两路，一路由位于旋流器叶片迎风面的喷射孔喷射出以加强与空气的掺混，一路由位于旋流器叶片尾缘的喷射孔喷射以产生旋流来稳定燃烧。

本实用新型设计的可燃烧低热值气体的双燃料喷嘴与旋流器一体化结构主要包括气体喷射系统100、燃油喷射系统200以及旋流器300三部分，其中气体喷射系统包括由气路管道9、气路外壁11与主油路外壁12构成的气路通道和叶片尾缘喷射孔7与叶片迎风面喷射孔8组成的气体喷射孔。燃油喷射系统包括油路管道1、油路垫圈2、油路弹簧3、油路旋流器6、油路旋流器壳体10、油路外壁12。旋流器包括旋流叶片13、旋流器环道5、旋流器壳体4。

本实用新型设计的可燃烧低热值气体的双燃料喷嘴与旋流器一体化结构为将气体喷射系统100、燃油喷射系统200以及旋流器300三部分进行一体化设计，三部分为相互依存共同设计，具体为气体喷射系统中的气体流道面积是由燃烧气体燃料时的气体燃料的流量决定，进而决定气体喷射系统中的喷射孔的数目和布置方式，由此决定旋流器的叶片安装角度和叶片数目，同时旋流器的叶片安装角度和数目，又会作用于燃烧场，进而影响气体燃料的燃烧过程，反过来影响可稳定燃烧的最大气体燃料流量，因此要对可燃烧低热值气体的双燃料喷嘴与旋流器进行一体化设计。

本实用新型设计的可燃烧低热值气体的双燃料喷嘴与旋流器一体化结构中旋流器组件包括气路外壁11、旋流叶片13、旋流器环道5、旋流器壳体4，该旋流器整体采用铸造的方式加工，旋流器环道5内径逐渐增大为渐扩型结构；旋流器外壳体4的外径保持不变为直管型结构；旋流器叶片为空心叶片且连接由气路管道9、气路外壁11与主油路外壁12构成的气路通道，旋流叶片的安装角度为35°-55°度，旋流叶片数目为12-15片；气体燃料/水蒸汽经气路通道进入空心旋流叶片13后经位于旋流叶片迎风面的喷射孔8和叶片尾缘的喷射孔7喷射进入燃烧室，其中喷射孔8起到了加强气体燃料与空气之间的掺混作用；喷射孔7起到了加强燃烧室内旋流的作用，通过这种单一气体流道分成两路进入燃烧室的方法，相比于传统双燃料喷嘴与旋流器分开设计的思路，本实用新型既可以起到加强气体燃烧与空气之间的掺混作用强化了燃烧，又起到了增强燃烧室内的旋流强度稳定了燃烧，同时做到了结构紧凑，布局合理。旋流器叶片迎风面孔与尾缘孔均采用电火花方式加工，直径为0.3-0.6mm，喷射孔的形状可为圆孔、方孔、椭圆孔、星型孔等；位于叶片迎风面的喷射孔8由6-10排组成，喷射孔的排列方式为顺排排列、交错排列、放射状排列，每排为8-14个；位于叶片尾缘的喷射孔7为1-2排，每排有5-13个，排列方式为顺排排列或者交错排列。气路管道9为圆形直管与同为直管的气路外壁11之间采用螺纹进行链接。油路外壁12安装进入旋流器中心挡板的油路安装面后，二者采用焊接方式固定。油路旋流器壳体10、油路旋流器6、油路弹簧3、油路垫圈2依次紧固安装进入油路外壁12内部固定，油路系统由油路管道1顶紧，油路管道1与油路外壁12之间采用螺纹固定。

本实用新型所设计的可燃烧低热值气体的双燃料喷嘴与旋流器一体化结构的工作过程如下：

1)当本实用新型所设计的可燃烧低热值气体的双燃料喷嘴与旋流器一体化结构仅使用燃油作为燃料时，燃油经过油路内壁1进入油路旋流器6喷射进入燃烧室内进行燃烧。在燃烧稳定后，可以通过气体喷射系统回注水蒸汽进入燃烧室，具体为高温水蒸汽经过气路外壁9、11与主油路外壁12构成的气体路通道进入空心旋流叶片内，并从位于旋流器叶片迎风面的喷射孔8和叶片尾缘的喷射孔7喷射进入燃烧室，以达到降低燃烧温度，从而降低排放的目的。

2)当本实用新型所设计的可燃烧低热值气体的双燃料喷嘴与旋流器一体化结构仅使用气体燃料作为燃料时，气体燃料经由气路外壁9、11与主油路外壁12构成的气路通道进入空心旋流器叶片内，此时气体燃料分成两路，一路气体燃料经由叶片迎风面喷射孔8与旋流器通道内的空气形成对冲喷射，加强掺混，使重整气与空气形成预混气或者半预混气进入燃烧室内参与燃烧；另一路气体燃料经由叶片尾缘喷射孔7喷射进入燃烧室，该部分气体燃料产生的旋流作用起到稳定火焰强化燃烧的效果。

3)当本实用新型所设计的可燃烧低热值气体的双燃料喷嘴与旋流器一体化结构同时使用气体燃料和液体燃料时，燃油经过油路内壁1进入油路旋流器6喷射进入燃烧室内进行燃烧。气体燃料经由气路外壁9、11与主油路外壁12构成的气路通道进入空心旋流器叶片内，此时气体燃料分成两路，一路气体燃料经由叶片迎风面喷射孔8与旋流器通道内的空气形成对冲喷射，加强掺混，使重整气与空气形成预混气或者半预混气进入燃烧室内参与燃烧，在头部形成高温区加强液体燃料在头部的蒸发；另一路气体燃料经由叶片尾缘喷射孔7喷射进入燃烧室，该部分气体燃料产生的旋流作用，并产生回流区起到稳定火焰强化燃烧的效果，同时液体燃料会在该回流区内充分雾化蒸发有助于液体燃料的充分燃烧。

本实用新型采用以上技术方案可以实现在保证油路喷嘴和旋流器几何尺寸均不变的的情况下，通过对可燃烧低热值气体的双燃料喷嘴与旋流器一体化设计，仅采用一个气体燃料流道来实现水蒸汽回注、富含不可燃气体的低热值燃料燃烧，通过采用双燃料喷嘴与旋流器一体化设计的思路，在空心的旋流器叶片上开设气体喷射系统，将气体分成两路进入燃烧室，一路气体经位于旋流器叶片迎风面的喷射孔进入燃烧室，加强气体燃料与空气的掺混作用，强化燃烧；一路气体燃烧经由位于旋流器尾缘的喷射孔进入燃烧室，加强旋流效果，起到稳定燃烧的作用。由于该实用新型使气体燃料与空气的掺混加强，同时增强了旋流强度使回流区增大，因此该实用新型有助于燃烧的更加彻底完全，使CO排放降低。同时本实用新型由于同时具有气体喷射系统、燃油喷射系统，因此可以满足燃烧液体燃料、气体燃料以及液体燃料和气体燃料混烧的情况。由于该实用新型在使用液体燃料燃烧时，可以通过气路通道回注水蒸汽进入燃烧时内，使燃烧温度下降，因此该实用新型同时具备降低NOx排放的优点。

气路通道与液体燃料通道同轴布置，气体燃料从空心旋流器叶片的气体燃料喷射孔中喷射进入燃烧室参与燃烧；液体燃料通过油路喷射进入燃烧室参与燃烧，在使用液体燃料燃烧时，可以通过气体燃料通道喷射水蒸汽进入燃烧室。

旋流器叶片为空心叶片。

气体喷射系统中气体分为两路进入燃烧室，一路经由位于旋流叶片的迎风面；一路经由位于旋流器叶片的尾缘。

气体燃料喷射孔分别位于旋流叶片的迎风面和尾缘上。

Claims (5)

1.一种可燃烧低热值气体的双燃料喷嘴与旋流器一体化结构，其特征是：包括燃油喷射系统、气体喷射系统、旋流器系统，所述燃油喷射系统包括油路管道、油路垫圈、主油路外壁、油路弹簧、油路旋流器，气体喷射系统包括气路管道、气路外壁，旋流器系统包括旋流器壳体、旋流叶片；油路管道、油路垫圈、油路弹簧、油路旋流器依次相连并全部安装在主油路外壁里，气路管道与气路外壁相连并安装在主油路外壁的外部，气路管道、气路外壁和主油路外壁构成气路通道，气路通道的端部设置一圈旋流叶片，该圈旋流叶片的外部设置旋流器壳体，旋流叶片为空心结构，旋流叶片的尾缘设置叶片尾缘喷射孔，旋流叶片的迎风面设置叶片迎风面喷射孔。

2.根据权利要求1所述的一种可燃烧低热值气体的双燃料喷嘴与旋流器一体化结构，其特征是：旋流器壳体外壁为直径不变的直管型结构，旋流器壳体内壁为直径逐渐增大的渐扩型结构。

3.根据权利要求1或2所述的一种可燃烧低热值气体的双燃料喷嘴与旋流器一体化结构，其特征是：旋流叶片的安装角度为35°-55°度，旋流叶片数目为12-15片，叶片尾缘喷射孔和叶片迎风面喷射孔的直径为0.3-0.6mm，其形状为圆孔、方孔、椭圆孔、星型孔；叶片迎风面喷射孔由6-10排组成，排列方式为顺排排列、交错排列、放射状排列，每排为8-14个；叶片尾缘喷射孔为1-2排，每排有5-13个，排列方式为顺排排列或者交错排列。

4.根据权利要求1或2所述的一种可燃烧低热值气体的双燃料喷嘴与旋流器一体化结构，其特征是：当燃料为燃油时，燃油经过油路管道进入油路旋流器通过旋流器壳体喷射进入燃烧室内进行燃烧，回注水蒸汽时，水蒸汽经过气路通道进入旋流器系统，分别从叶片迎风面喷射孔和叶片尾缘喷射孔经旋流器壳体喷射进入燃烧室；当燃料为气体燃料时，气体燃料经气路通道进入旋流器系统，之后气体燃料分成两路，一路气体燃料经叶片迎风面喷射孔与旋流器壳体内的空气形成对冲喷射，另一路气体燃料经叶片尾缘喷射孔进入燃烧室；当燃料为气体燃料和燃油时，燃油精油路管道进入油路旋流器通过旋流器壳体喷射进入燃烧室内进行燃烧，气体燃料经气路通道进入旋流器系统，之后气体燃料分成两路，一路气体燃料经叶片迎风面喷射孔与旋流器壳体内的空气形成对冲喷射，另一路气体燃料经叶片尾缘喷射孔进入燃烧室。

5.根据权利要求3所述的一种可燃烧低热值气体的双燃料喷嘴与旋流器一体化结构，其特征是：当燃料为燃油时，燃油经过油路管道进入油路旋流器通过旋流器壳体喷射进入燃烧室内进行燃烧，回注水蒸汽时，水蒸汽经过气路通道进入旋流器系统，分别从叶片迎风面喷射孔和叶片尾缘喷射孔经旋流器壳体喷射进入燃烧室；当燃料为气体燃料时，气体燃料经气路通道进入旋流器系统，之后气体燃料分成两路，一路气体燃料经叶片迎风面喷射孔与旋流器壳体内的空气形成对冲喷射，另一路气体燃料经叶片尾缘喷射孔进入燃烧室；当燃料为气体燃料和燃油时，燃油精油路管道进入油路旋流器通过旋流器壳体喷射进入燃烧室内进行燃烧，气体燃料经气路通道进入旋流器系统，之后气体燃料分成两路，一路气体燃料经叶片迎风面喷射孔与旋流器壳体内的空气形成对冲喷射，另一路气体燃料经叶片尾缘喷射孔进入燃烧室。