一種用于燃氣輪機雙燃料燃燒室噴嘴的制作方法
【專利摘要】一種用于燃氣輪機雙燃料燃燒室噴嘴，屬于燃氣輪機【技術(shù)領(lǐng)域】。該噴嘴包括軸向中心燃料通道和與該軸向中心燃料通道同軸布置的外圍軸向環(huán)形稀釋氣體通道、外圍軸向環(huán)形燃料通道及外圍徑向環(huán)形空氣通道。本實用新型采用中心多孔噴射結(jié)合外圍環(huán)形葉柵噴射的方式將燃料分通道注入火焰筒；稀釋劑通道位于啟動燃料和基本負荷燃料通道之間，并且開有獨立通道；使稀釋劑直接噴入火焰筒頭部大回流區(qū)，快速降低該處的火焰溫度，大幅降低污染物的生成。該技術(shù)方案還能夠抑制大體積流量的燃料和稀釋劑對空氣氣流的阻塞，從而保證燃燒的穩(wěn)定性和良好的出口溫度分布。
【專利說明】一種用于燃氣輪機雙燃料燃燒室噴嘴
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種燃氣輪機燃燒室噴嘴，尤其涉及能夠使用雙燃料的燃氣輪機低污染燃燒室噴嘴；屬于燃氣輪機【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在我國當前的能源結(jié)構(gòu)中，采用傳統(tǒng)燃煤技術(shù)的火力發(fā)電占據(jù)了絕大部分份額。但是這種傳統(tǒng)的發(fā)電技術(shù)存在發(fā)電效率低，污染物排放高(尤其是NOx排放)，耗費淡水資源多等缺點。IGCC(整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng))作為一種新型“綠色”燃煤技術(shù)，為煤的清潔高效利用提供了一種新的途徑。
[0003]IGCC系統(tǒng)中的燃氣輪機，采用氣化爐產(chǎn)生的中低熱值合成氣為燃料，與壓氣機輸送來的高壓空氣在燃燒室中進行快速混合和燃燒，高溫高壓的氣流經(jīng)透平做功，進而帶動電機發(fā)電。由于合成氣(主要成份是0)和氏)有別于常規(guī)燃料，所以燃氣輪機燃燒室中通常所采用的如擴散燃燒和預(yù)混燃燒技術(shù)均不再適用。因此，需根據(jù)IGCC系統(tǒng)和合成氣燃料成分的特點，開發(fā)更加適合的低污染燃燒技術(shù)。
[0004]稀釋擴散燃燒技術(shù)作為早期低污染燃燒的技術(shù)手段之一已進入工程應(yīng)用多年，但是其在IGCC系統(tǒng)低污染燃燒領(lǐng)域中的應(yīng)用依然有兩大問題需要解決。即:如何在保證良好稀釋的同時，保持火焰穩(wěn)定；如何抑制大體積流量的燃料和稀釋劑對空氣氣流的阻塞。
[0005]由于合成氣中主要成分為CO和H2，其過高的火焰?zhèn)鞑ニ俣龋^高的絕熱火焰溫度和過寬的可燃極限和爆炸邊界，使得擴散燃燒方式為最佳燃燒策略。但是，采用擴散燃燒方式時，也帶來了擴散燃燒方式所固有的缺點，即燃燒區(qū)中永遠存在化學恰當比的火焰鋒面，過高的峰值火焰溫度，將會極大地促使NOx快速生成。為解決此問題，人們嘗試將稀釋劑，如氮氣(N2),水蒸氣(H2O)和二氧化碳(CO2)等惰性氣體，注入到燃燒區(qū)，或提前與燃料或稀釋劑預(yù)先混合，這使得燃燒區(qū)峰值火焰溫度大幅度降低，從而降低污染物排放。然而，在采用稀釋擴散低污染燃燒方式時，這也給燃燒室設(shè)計者帶來了一個極大的挑戰(zhàn)，即如何使得稀釋劑與燃料或空氣進行良好混合。
實用新型內(nèi)容
[0006]為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型的目的是提供一種燃氣輪機雙燃料燃燒室噴嘴，使其在保證良好稀釋的同時，保持火焰穩(wěn)定；此外，該技術(shù)方案還能夠抑制大體積流量的燃料和稀釋劑對空氣氣流的阻塞，同時稀釋劑的注入不會擾亂燃燒室內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)，從而保證燃燒的穩(wěn)定性和良好的出口溫度分布。
[0007]本實用新型所采用的技術(shù)方案如下:一種用于燃氣輪機雙燃料燃燒室噴嘴，該噴嘴包括軸向中心燃料通道和與該軸向中心燃料通道同軸布置的外圍軸向環(huán)形燃料通道及外圍徑向環(huán)形空氣通道，其特征在于:所述噴嘴還包括一個與所述軸向中心燃料通道同軸布置的外圍軸向環(huán)形稀釋氣體通道，外圍軸向環(huán)形稀釋氣體通道設(shè)置在在軸向中心燃料通道與外圍軸向環(huán)形燃料通道之間；所述軸向中心燃料通道出口端的壁面上開有密集小孔；所述外圍軸向環(huán)形稀釋氣體通道出口處設(shè)置有稀釋氣體旋流裝置；所述外圍軸向環(huán)形燃料通道出口處設(shè)置有外圍燃料旋流裝置；所述外圍徑向環(huán)形空氣通道內(nèi)設(shè)置有空氣旋流裝置。
[0008]上述技術(shù)方案中，所述的稀釋氣體旋流裝置采用軸向葉片式結(jié)構(gòu)或軸向葉柵式結(jié)構(gòu)，葉片個數(shù)或葉柵通道個數(shù)在8?16之間。所述的外圍燃料旋流裝置采用軸向葉片式結(jié)構(gòu)或軸向葉柵式結(jié)構(gòu)，葉片個數(shù)或葉柵通道個數(shù)在10?20之間。所述的空氣旋流裝置采用徑向葉片式結(jié)構(gòu)，葉片個數(shù)在12?18之間。
[0009]該實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及突出性效果:①本實用新型的燃料注入方式不同于現(xiàn)有技術(shù)，采用了中心多孔噴射結(jié)合外圍環(huán)形葉柵噴射的方式將燃料分通道注入火焰筒本實用新型所采用的稀釋劑輸送方法與現(xiàn)有技術(shù)不同。稀釋劑通道位于啟動燃料和基本負荷燃料通道之間，并且開有獨立通道，引導稀釋劑直達火焰筒內(nèi)污染物排放貢獻非常大的火焰筒頭部中心大回流區(qū)，一方面利于降低污染物排放，一方面也使得火焰筒中心處的溫度要低于現(xiàn)有技術(shù)；③本實用新型的氣流分股設(shè)計，使得稀釋劑注入時，不會影響空氣射流和燃料射流的混合和燃燒，最大限度地保證了火焰筒頭部燃燒區(qū)的充分穩(wěn)定燃燒；④本實用新型燃料輸送組件的端部開有密集燃料孔，該孔在燃機工作時，或單獨通入燃料或單獨通入輕吹空氣，這使得端壁處，氣流溫度較低、氣流流速較高、燃料空氣比等因素均不適于火焰駐定，進而阻止火焰在端部壁面的附著，從而保護噴嘴端壁不會被燒壞。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為本實用新型提供的一種燃氣輪機雙燃料燃燒室噴嘴的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0011]圖2為旋流裝置采用軸向葉柵式結(jié)構(gòu)的燃燒室噴嘴實施例的結(jié)構(gòu)三維剖視圖。
[0012]圖3為旋流裝置采用軸向葉片式結(jié)構(gòu)的燃燒室噴嘴實施例的結(jié)構(gòu)三維剖視圖。
[0013]圖中符號說明如下:11_密集小孔；13_稀釋氣體旋流裝置；14_外圍燃料旋流裝置；15_空氣旋流裝置；17_軸向中心燃料通道；18_外圍軸向環(huán)形稀釋氣體通道；19_外圍軸向環(huán)形燃料通道；20_外圍徑向環(huán)形空氣通道。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本實用新型的原理、結(jié)構(gòu)和【具體實施方式】做進一步的說明。
[0015]圖1為本實用新型提供的一種燃氣輪機雙燃料燃燒室噴嘴的結(jié)構(gòu)原理示意圖，該噴嘴包括軸向中心燃料通道17和與該軸向中心燃料通道17同軸布置的外圍軸向環(huán)形燃料通道19及外圍徑向環(huán)形空氣通道20，以及一個與軸向中心燃料通道17同軸布置的外圍軸向環(huán)形稀釋氣體通道18，外圍軸向環(huán)形稀釋氣體通道18設(shè)置在在軸向中心燃料通道17與外圍軸向環(huán)形燃料通道19之間；軸向中心燃料通道17出口處設(shè)置有密集小孔11 ;外圍軸向環(huán)形稀釋氣體通道18出口處設(shè)置有稀釋氣體旋流裝置13，稀釋氣體旋流裝置13采用軸向葉片式結(jié)構(gòu)或軸向葉柵式結(jié)構(gòu)，葉片個數(shù)或葉柵通道個數(shù)在8?16之間(參見圖2、圖3)；
[0016]外圍軸向環(huán)形燃料通道19末端設(shè)置有外圍燃料旋流裝置14，外圍燃料旋流裝置14采用軸向葉片式結(jié)構(gòu)或軸向葉柵式結(jié)構(gòu)，葉片個數(shù)或葉柵通道個數(shù)在10?20之間(參見圖2、圖3)；
[0017]外圍徑向環(huán)形空氣通道20內(nèi)設(shè)置有空氣旋流裝置15，空氣旋流裝置15采用徑向葉片式結(jié)構(gòu)，葉片個數(shù)在12?18之間(參見圖2、圖3)。
[0018]本實用新型的工作原理如下:
[0019]中心燃料作為啟動燃料通過軸向中心燃料通道17，經(jīng)過密集小孔11進入燃燒區(qū)域，與通過外圍徑向環(huán)形空氣通道20進入的旋流空氣混合和燃燒，噴嘴只供應(yīng)中心燃料時稱為啟動燃燒模式；噴嘴啟動后，外圍燃料作為基本負荷燃料通過外圍軸向環(huán)形燃料通道19旋流進入燃燒區(qū)域參與燃燒，噴嘴同時供應(yīng)中心燃料和外圍燃料時稱為過渡燃燒模式，與此同時外圍軸向環(huán)形稀釋氣體通道18向燃燒區(qū)域供應(yīng)旋流稀釋氣體；達到負荷要求后，將軸向中心燃料通道17供應(yīng)的中心燃料切換成清吹空氣，噴嘴只供應(yīng)外圍燃料時稱為正常燃燒模式。
【權(quán)利要求】
1.一種用于燃氣輪機雙燃料燃燒室噴嘴，該噴嘴包括軸向中心燃料通道(17)和與該軸向中心燃料通道(17)同軸布置的外圍軸向環(huán)形燃料通道(19)及外圍徑向環(huán)形空氣通道(20)，其特征在于:所述噴嘴還包括一個與所述軸向中心燃料通道(17)同軸布置的外圍軸向環(huán)形稀釋氣體通道(18)，外圍軸向環(huán)形稀釋氣體通道(18)設(shè)置在軸向中心燃料通道(17)與外圍軸向環(huán)形燃料通道(19)之間；所述軸向中心燃料通道(17)出口端的壁面上開有密集小孔(11);所述外圍軸向環(huán)形稀釋氣體通道(18)出口處設(shè)置有稀釋氣體旋流裝置(13);所述外圍軸向環(huán)形燃料通道(19)出口處設(shè)置有外圍燃料旋流裝置(14);所述外圍徑向環(huán)形空氣通道(20)內(nèi)設(shè)置有空氣旋流裝置(15)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于燃氣輪機雙燃料燃燒室噴嘴，其特征在于:所述的稀釋氣體旋流裝置(13)采用軸向葉片式結(jié)構(gòu)或軸向葉柵式結(jié)構(gòu)，葉片個數(shù)或葉柵通道個數(shù)在8?16之間。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于燃氣輪機雙燃料燃燒室噴嘴，其特征在于:所述的外圍燃料旋流裝置(14)采用軸向葉片式結(jié)構(gòu)或軸向葉柵式結(jié)構(gòu)，葉片個數(shù)或葉柵通道個數(shù)在10?20之間。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于燃氣輪機雙燃料燃燒室噴嘴，其特征在于:所述的空氣旋流裝置(15)采用徑向葉片式結(jié)構(gòu)，葉片個數(shù)在12?18之間。
【文檔編號】F23R3/38GK203595145SQ201320825615
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】查筱晨, 張珊珊, 劉小龍 申請人:北京華清燃氣輪機與煤氣化聯(lián)合循環(huán)工程技術(shù)有限公司