燃?xì)廨啓C(jī)雙燃料噴嘴結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，公開了一種燃?xì)廨啓C(jī)雙燃料噴嘴結(jié)構(gòu)，包括：噴嘴本體、中低熱值燃料氣旋流器、天然氣旋流器和端面旋流器，噴嘴本體包括內(nèi)徑依次增大且相互隔離的輕吹空氣筒、天然氣筒、噴嘴空氣筒及中低熱值燃料氣筒；端面旋流器設(shè)置在噴嘴空氣筒的出口端面上；天然氣旋流器設(shè)在天然氣筒的內(nèi)側(cè)壁；中低熱值燃料氣旋流器設(shè)在中低熱值燃料氣筒出口端的內(nèi)側(cè)壁；中低熱值燃料氣旋流器包括多個(gè)葉片，多個(gè)葉片連接中低熱值燃料氣筒的內(nèi)側(cè)壁與噴嘴空氣筒的外側(cè)壁，每個(gè)葉片均設(shè)有空氣道，空氣道連通噴嘴空氣筒和中低熱值燃料氣筒的外部空氣流道；輕吹空氣筒的出口端面設(shè)有端面蓋板，端面蓋板設(shè)有多個(gè)輕吹空氣孔。
【專利說明】燃?xì)廨啓C(jī)雙燃料噴嘴結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)雙燃料噴嘴結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)電用重型工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)具有高效、低污染等特點(diǎn)，其基本原理為混合壓縮空氣與燃料，通過燃燒產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)馔苿?dòng)透平做功，一部分功用于帶動(dòng)壓氣機(jī)，另一部分功作為功率輸出帶動(dòng)發(fā)電機(jī)。
[0003]燃燒室是燃?xì)廨啓C(jī)核心部件之一，在燃燒室中壓氣機(jī)壓縮后的氣體與燃料混合，在其中近似等壓燃燒，將燃料中蘊(yùn)含的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為燃?xì)庵械臒崮?，燃燒室出口溫度是劃分燃?xì)廨啓C(jī)等級(jí)最重要標(biāo)志之一。
[0004]在清潔利用能源背景下，整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)為代表的先進(jìn)能源利用方式中燃?xì)廨啓C(jī)同樣為核心部件，此時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)燃用的燃料并天然氣、輕柴油等工業(yè)重型燃?xì)廨啓C(jī)典型燃料，而是富氫合成氣燃料，根據(jù)前端氣化工藝的不同，富氫合成氣典型的熱值范圍在5?10MJ/Nm3 ;類似的燃料有高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣等其他氣體，它們的共性為熱值低，為天然氣的1/5至1/10，火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤欤y(tǒng)稱為中低熱值燃料氣。中低熱值燃料氣華白數(shù)與天然氣有較大差異，所以燃燒噴嘴需要進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。
[0005]通常燃?xì)廨啓C(jī)不會(huì)針對(duì)中低熱值燃料氣進(jìn)行初始設(shè)計(jì)，市場(chǎng)中主流燃用中低熱值燃料氣燃燒室均為燃燒天然氣燃燒室修改而來。對(duì)于天然氣燃燒室而言，燃料氣體積流量占燃燒室空氣流量2?3% ;而對(duì)于中低熱值燃料氣燃燒室，燃料氣體積流量占燃燒室空氣流量的10%?20%，因此，由天然氣燃燒室改造而成的燃燒室在燃用合成氣時(shí)，會(huì)出現(xiàn)燃燒區(qū)域燃料氣與空氣摻混困難，中低熱值燃料氣中CO不容易燃燒完全等問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一 )要解決的技術(shù)問題
[0007]本發(fā)明的目的是提供中低熱值燃料氣與空氣較好混合的雙燃料噴嘴結(jié)構(gòu)。
[0008]( 二 )技術(shù)方案
[0009]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種燃?xì)廨啓C(jī)雙燃料噴嘴結(jié)構(gòu)，包括:噴嘴本體、中低熱值燃料氣旋流器、天然氣旋流器和端面旋流器，所述噴嘴本體包括內(nèi)徑依次增大，且相互隔離的輕吹空氣筒、天然氣筒、噴嘴空氣筒及中低熱值燃料氣筒；所述天然氣旋流器設(shè)在所述天然氣筒出口端的內(nèi)側(cè)壁；所述中低熱值燃料氣旋流器設(shè)在所述中低熱值燃料氣筒出口端的內(nèi)側(cè)壁；所述中低熱值燃料氣旋流器包括多個(gè)葉片，多個(gè)所述葉片連接所述中低熱值燃料氣筒的內(nèi)側(cè)壁與噴嘴空氣筒的外側(cè)壁，每個(gè)所述葉片均設(shè)有空氣道，所述空氣道連通所述噴嘴空氣筒和所述中低熱值燃料氣筒的外部空氣流道；所述端面旋流器設(shè)置在所述噴嘴空氣筒的出口端面上；所述輕吹空氣筒的出口端面設(shè)有端面蓋板，所述端面蓋板設(shè)有多個(gè)輕吹空氣孔。
[0010]其中，所述輕吹空氣筒、天然氣筒、噴嘴空氣筒及中低熱值燃料氣筒同軸設(shè)置。
[0011]其中，所述輕吹空氣筒與外部霧化空氣管道連接；所述天然氣筒與外部天然氣管道連接；所述中低熱值燃料氣筒與外部中低熱值燃料氣管道連接。
[0012]其中，所述噴嘴空氣筒固定在所述天然氣筒出口端部的外側(cè)壁。
[0013]其中，所述輕吹空氣孔為斜向孔；所述輕吹空氣孔的直徑為1.5?2.5mm。
[0014]其中，所述中低熱值燃料氣旋流器為翼形旋流器。
[0015]其中，所述中低熱值燃料氣旋流器的旋流角為20?50° ;端面旋流器的旋流角為40?60° ;所述天然氣旋流器的旋流角為30?50°。
[0016]其中，所述噴嘴本體由鎳合金或者哈氏合金制成。
[0017]其中，所述中低熱值燃料氣筒出口端的邊緣設(shè)有火焰筒裝配邊。
[0018]其中，所述噴嘴本體的外部設(shè)有噴嘴安裝法蘭。
[0019](三)有益效果
[0020]本發(fā)明提供的燃燒室雙燃料噴嘴結(jié)構(gòu)，具有有益效果:噴嘴從中心線沿徑向向外依次形成輕吹空氣道、天然氣道、旋流空氣道和中低熱值燃料氣道，中低熱值燃料氣進(jìn)入燃燒區(qū)域時(shí)，除了從外層與空氣摻混外，還與旋流空氣道噴出的空氣進(jìn)行摻混，提高摻混效率；分別組織中低熱值燃料氣與天然氣雙燃料所需要的空氣分布，使燃燒室在不同負(fù)荷下均能較好工作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明實(shí)施例燃?xì)廨啓C(jī)雙燃料噴嘴結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖2為本發(fā)明實(shí)施例燃?xì)廨啓C(jī)雙燃料噴嘴結(jié)構(gòu)的俯視圖；
[0023]圖3為圖2中沿A-A方向的剖視圖。
[0024]圖中，1:噴嘴本體；2:中低熱值燃料氣旋流器；3:端面旋流器；4:天然氣旋流器；5:噴嘴安裝法蘭；6:端面蓋板；7:火焰筒裝配邊；11:中低熱值燃料氣筒；12:天然氣筒；13:輕吹空氣筒；14:噴嘴空氣筒；15:中低熱值燃料氣連接法蘭；16:天然氣連接法蘭；10:中低熱值燃料氣道；20:天然氣道；30:輕吹空氣道；40:空氣筒氣道；61:輕吹空氣孔。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0026]如圖1至3所示，本發(fā)明的燃?xì)廨啓C(jī)雙燃料噴嘴結(jié)構(gòu)，包括:噴嘴本體1、中低熱值燃料氣旋流器2、天然氣旋流器4和端面旋流器3，噴嘴本體I包括內(nèi)徑依次增大，且相互隔離的輕吹空氣筒13、天然氣筒12、噴嘴空氣筒14及中低熱值燃料氣筒11，輕吹空氣筒13、天然氣筒12、噴嘴空氣筒14及中低熱值燃料氣筒11的上部均為開口，作為氣體出口，底部均為密閉，四個(gè)氣筒之間相互隔離。噴嘴空氣筒14的軸向長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于天然氣筒12的長(zhǎng)度，噴嘴空氣筒14環(huán)繞固定在天然氣筒12出口端部的外側(cè)壁。優(yōu)選輕吹空氣筒13、天然氣筒12、噴嘴空氣筒14和中低熱值燃料氣筒11同軸設(shè)置。
[0027]天然氣筒12通過設(shè)置在側(cè)壁上的天然氣連接法蘭16與外部天然氣管道道連接，中低熱值燃料氣筒11通過設(shè)置在側(cè)壁上的中低熱值燃料氣連接法蘭15與外部中低熱值燃料氣管道連接，輕吹空氣筒13通過設(shè)置在底部的進(jìn)口與外部霧化空氣管道連接，噴嘴空氣筒14與噴嘴本體I外部的空氣流道通過空氣道22連接，噴嘴空氣筒14與天然氣筒12的外側(cè)壁之間形成空氣筒氣道40。噴嘴本體I從內(nèi)至外依次構(gòu)成輕吹空氣道30、天然氣道20、空氣筒氣道40及中低熱值燃料氣道10。端面旋流器3設(shè)置在噴嘴空氣筒14的出口端面上，用于使從噴嘴空氣筒14內(nèi)流出的空氣發(fā)生旋流。天然氣旋流器4設(shè)在天然氣筒12出口端的內(nèi)側(cè)壁，位于輕吹空氣筒13的外側(cè)壁與天然氣筒12的內(nèi)側(cè)壁之間，即天然氣旋流器4設(shè)置在天然氣道20的出口端，使流出的天然氣發(fā)生旋流。中低熱值燃料氣旋流器2設(shè)在中低熱值燃料氣筒11出口端的內(nèi)側(cè)壁，位于中低熱值燃料氣筒11內(nèi)側(cè)壁與噴嘴空氣筒14外側(cè)壁之間，即中低熱值燃料氣旋流器2設(shè)在中低熱值燃料氣道10的出口端，使中低熱值燃料氣發(fā)生旋流。中低熱值燃料氣旋流器2包括多個(gè)葉片21，優(yōu)選多個(gè)葉片21沿中低熱值燃料氣筒11內(nèi)側(cè)壁的周向均勻排布。多個(gè)葉片21連接中低熱值燃料氣筒11的內(nèi)側(cè)壁與噴嘴空氣筒14的外側(cè)壁，每個(gè)葉片21的內(nèi)部均設(shè)有空氣道22，空氣道22連通噴嘴空氣筒14和中低熱值燃料氣筒11的外部空氣流道，即將空氣筒氣道40與噴嘴本體I的外部空氣流道相連通，使外部空氣流道中的空氣進(jìn)入噴嘴空氣筒14中。在噴嘴本體I外部流動(dòng)的空氣通過空氣道22流入噴嘴空氣筒14的空氣筒氣道40，并通過端面旋流器3流出噴嘴，形成旋流空氣。輕吹空氣筒13的出口端面設(shè)有端面蓋板6，端面蓋板6設(shè)有多個(gè)輕吹空氣孔61。優(yōu)選的，輕吹空氣孔61為斜向孔，即輕吹空氣孔61的軸向與輕吹空氣筒6的軸向相交，輕吹空氣孔61與端面蓋板6的軸線傾斜。每個(gè)輕吹空氣孔的直徑為1.5?2.5mm。
[0028]優(yōu)選的，噴嘴本體I由鎳合金或者哈氏合金制成。中低熱值燃料氣旋流器2選用翼形旋流器，即中低熱值燃料氣旋流器2采用多個(gè)翼型葉片21構(gòu)成，每一個(gè)翼型葉片都設(shè)有空氣道22，空氣進(jìn)入到燃燒室后，除去進(jìn)入罩帽的空氣，剩余空氣通過空氣道22流至空氣筒氣道40中。翼型葉片可以降低燃燒室通過該葉片的流動(dòng)分離與壓力損失，以更均勻狀態(tài)進(jìn)入火焰筒。優(yōu)選的中低熱值燃料氣旋流器2為鑄造而成；其天然氣旋流器4和端面旋流器3均通過機(jī)加工然后焊接至噴嘴本體。
[0029]中低熱值燃料氣旋流器2的旋流角為20?50°，基本負(fù)荷下中低熱值燃料氣射流速度為90?170米/秒。端面旋流器3的旋流角為40?60°，進(jìn)入噴嘴空氣筒14的空氣量占整個(gè)燃燒室空氣量5?12%。天然氣旋流器4的旋流角為30?50°。中低熱值燃料氣筒11出口端面及外側(cè)邊緣設(shè)有火焰筒裝配邊7，用于將噴嘴安裝與火焰筒相連接。噴嘴本體I的外部設(shè)有噴嘴安裝法蘭5，用于將噴嘴安裝到燃燒器上。
[0030]本噴嘴結(jié)構(gòu)由兩級(jí)燃料通道、兩級(jí)空氣通道組成，分別為中低熱值燃料氣與天然氣；兩級(jí)空氣分別為噴嘴旋流空氣以及輕吹空氣。將本發(fā)明的噴嘴結(jié)構(gòu)的噴嘴本體插入燃燒室中，通過噴嘴安裝法蘭5與燃燒室殼體相連接，中低熱值燃料氣筒11出口端的火焰筒裝配邊7與火焰筒后端相連接。輕吹空氣筒13與外部霧化空氣管連接，天然氣筒12與外部天然氣管道連接，中低熱值燃料氣筒11與中低熱值燃料氣管道連接，空氣在燃燒室與噴嘴本體I之間的空氣流道流動(dòng)，從空氣道22流到空氣筒氣道40中，并從端面旋流器流出。噴嘴從中心線沿徑向向外依次形成輕吹空氣道、天然氣道、旋流空氣道和中低熱值燃料氣道。從而使中低熱值燃料氣布置于旋流空氣外側(cè)，中低熱值燃料氣進(jìn)入燃燒室后，分為兩層火焰結(jié)構(gòu)，外側(cè)直接與主燃孔進(jìn)入的空氣形成一層火焰面；內(nèi)側(cè)與旋流空氣形成另一層火焰面。從天然氣道20噴出天然氣作為燃燒室中使用燃料，當(dāng)?shù)竭_(dá)特定負(fù)荷后，保持燃燒室負(fù)荷不變，逐步切換為中低熱值燃料氣。在噴嘴本體I的中低熱值燃料氣筒11與天然氣筒12之間設(shè)有噴嘴空氣筒14，中低熱值燃料氣旋流器2的葉片21設(shè)有空氣道22，空氣從空氣道22進(jìn)入噴嘴空氣筒14的空氣筒氣道40，并使用端面旋流器2使空氣發(fā)生旋流，形成旋流空氣。旋流空氣與從主燃燒室進(jìn)入的空氣分別與中低熱值燃料氣進(jìn)行摻混，形成雙層火焰面，提高摻混效率，使中低熱值燃料氣中的CO燃燒較為充分。
[0031]在本發(fā)明中，中低熱值燃料氣可以與空氣直接摻混，提高了摻混效率；同時(shí)，由于中低熱值燃料氣道10與中低熱值燃料氣旋流器2布置在較大的徑向位置上，在火焰筒主燃區(qū)域會(huì)形成一個(gè)軸向回流區(qū)，進(jìn)一步增強(qiáng)反應(yīng)物之間的相互摻混，由于部分燃?xì)馔ㄟ^卷吸，與未燃反應(yīng)物摻混，事實(shí)上降低了反應(yīng)區(qū)域的氧氣濃度，有利于降低NOX的排放。
[0032]本發(fā)明在噴嘴設(shè)置天然氣道，當(dāng)燃燒室處于點(diǎn)火、升速、低負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，采用燃料為天然氣，當(dāng)燃燒室到達(dá)特定負(fù)荷后，保證燃燒室出口溫度不變，逐步減少天然氣流量，同時(shí)增加中低熱值燃料氣流量，完成燃料切換；該通道中天然氣，天然氣旋流器4形成旋流后進(jìn)入火焰筒，天然氣外側(cè)為噴嘴空氣筒14噴出的旋流空氣，與傳統(tǒng)燃燒室類似。
[0033]本發(fā)明在噴嘴的天然氣道20內(nèi)側(cè)設(shè)有輕吹空氣道30，在輕吹空氣管13頂端輕吹空氣通過輕吹空氣孔61進(jìn)入火焰筒燃燒區(qū)域，該輕吹空氣的作用為防止火焰附著在噴嘴頂端，同時(shí)小流量的空氣有助于天然氣火焰的穩(wěn)定。
[0034]由本發(fā)明的噴嘴結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)包括:
[0035]從中低熱值燃料氣燃燒組織自身規(guī)律出發(fā)，在燃燒室主燃區(qū)域保證中低熱值燃料氣與旋流空氣及從主燃孔進(jìn)入的空氣充分摻混；
[0036]由于充分的摻混以及回流區(qū)形成較長(zhǎng)停留時(shí)間，有助于CO的燃盡；
[0037]燃燒室主燃區(qū)域存在的兩層火焰面有利于減少集中熱釋放，降低燃燒室由于熱釋放波動(dòng)所導(dǎo)致的燃燒不穩(wěn)定；
[0038]分別組織中低熱值燃料氣與天然氣雙燃料所需要的空氣分布，使燃燒室在不同負(fù)荷下均能較好工作；
[0039]本發(fā)明的噴嘴結(jié)構(gòu)適用于環(huán)管型燃燒室單管，應(yīng)用于單噴嘴燃燒室，也適用于多噴嘴燃燒室。
[0040]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種燃?xì)廨啓C(jī)雙燃料噴嘴結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括:噴嘴本體、中低熱值燃料氣旋流器、天然氣旋流器和端面旋流器，所述噴嘴本體包括內(nèi)徑依次增大，且相互隔離的輕吹空氣筒、天然氣筒、噴嘴空氣筒及中低熱值燃料氣筒；所述天然氣旋流器設(shè)在所述天然氣筒出口端的內(nèi)側(cè)壁；所述中低熱值燃料氣旋流器設(shè)在所述中低熱值燃料氣筒出口端的內(nèi)側(cè)壁；所述中低熱值燃料氣旋流器包括多個(gè)葉片，多個(gè)所述葉片連接所述中低熱值燃料氣筒的內(nèi)側(cè)壁與噴嘴空氣筒的外側(cè)壁，每個(gè)所述葉片均設(shè)有空氣道，所述空氣道連通所述噴嘴空氣筒和所述中低熱值燃料氣筒的外部空氣流道；所述端面旋流器設(shè)置在所述噴嘴空氣筒的出口端面上；所述輕吹空氣筒的出口端面設(shè)有端面蓋板，所述端面蓋板設(shè)有多個(gè)輕吹空氣孔。
2.如權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)雙燃料噴嘴結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述輕吹空氣筒、天然氣筒、噴嘴空氣筒及中低熱值燃料氣筒同軸設(shè)置。
3.如權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)雙燃料噴嘴結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述輕吹空氣筒與外部霧化空氣管道連接；所述天然氣筒與外部天然氣管道連接；所述中低熱值燃料氣筒與外部中低熱值燃料氣管道連接。
4.如權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)雙燃料噴嘴結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述噴嘴空氣筒固定在所述天然氣筒出口端部的外側(cè)壁。
5.如權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)雙燃料噴嘴結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述輕吹空氣孔為斜向孔；所述輕吹空氣孔的直徑為1.5?2.5mm。
6.如權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)雙燃料噴嘴結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述中低熱值燃料氣旋流器為翼形旋流器。
7.如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的燃?xì)廨啓C(jī)雙燃料噴嘴結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述中低熱值燃料氣旋流器的旋流角為20?50° ;端面旋流器的旋流角為40?60° ;所述天然氣旋流器的旋流角為30?50°。
8.如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的燃?xì)廨啓C(jī)雙燃料噴嘴結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述噴嘴本體由鎳合金或者哈氏合金制成。
9.如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的燃?xì)廨啓C(jī)雙燃料噴嘴結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述中低熱值燃料氣筒出口端的邊緣設(shè)有火焰筒裝配邊。
10.如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的燃?xì)廨啓C(jī)雙燃料噴嘴結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述噴嘴本體的外部設(shè)有噴嘴安裝法蘭。
【文檔編號(hào)】F23R3/38GK104154566SQ201410323971
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】呂煊, 張珊珊, 李珊珊, 方子文 申請(qǐng)人:北京華清燃?xì)廨啓C(jī)與煤氣化聯(lián)合循環(huán)工程技術(shù)有限公司