[實用新型]一種用于燃氣輪機的防回火氣體燃料噴嘴

有效

• 申請號: 201320374756.3
• 申請日: 2013-06-27
• 公開（公告）號: CN203464333U
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 方子文
• 申請（專利權）人: 北京華清燃氣輪機與煤氣化聯合循環工程技術有限公司
• 主分類號: F23R3/28
• 分類號: F23R3/28
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術領域

本實用新型涉及使用氣體燃料預混燃燒的燃氣輪機燃燒室結構，特別涉及了一種用于燃氣輪機的防回火氣體燃料噴嘴。

背景技術

隨著環境污染的日益嚴重，環保法規的要求與執行也越來越嚴格。空氣中N₂與O₂起化學反應而生成NO_X的起始溫度約為1650℃，當燃燒室溫度高于1650℃時，就會有NO_X產生。對于傳統的擴散燃燒燃燒室，擴散燃燒方式的火焰面峰值溫度總是為化學恰當比下的絕熱火焰溫度，它不隨燃燒室內燃料與空氣質量比，即貧燃燒與富燃燒而變化，盡管絕熱火焰溫度因燃料組分不同而稍有不同，但總是高于1650℃，因而傳統擴散燃燒燃燒室的NO_X排放量總是很高的，很難控制在25ppm@15%O₂以下。現代干式低污染燃燒室采用預混燃燒的方式，可以有效地降低污染物排放。干式低污染燃燒室設計的基本原理是：使燃料與空氣預先混合為均相的可燃混合物，并使其以火焰傳播的方式燃燒，以把火焰溫度控制在1650°以下，從而降低NO_X的生成量。

預混燃燒燃燒室面臨的一個很大的危險是回火。由于燃燒過程中存在一些不穩定因素，當火焰傳播速度大于燃料-空氣混合物的流速時，火焰會從燃燒區向上游傳播到燃料-空氣預混區域，這會導致噴嘴甚至頭部其他結構被燒壞，進而導致燃氣輪機工作停止。防回火的有效方式很有限，從目前已經公布的專利來看，主要有三種原理：第一種是通過設計合適的結構優化流動來減少回火。第二種是通過傳感器實時監控燃燒狀況，當發生回火時，通過改變燃燒模式或者改變燃料流路來實現對回火的主動控制。第三種是利用材料的熱熔斷屬性，例如安裝熱熔斷裝置，當發生回火時，熱熔斷裝置融化，改變燃料流路從而防止回火的深入。對于不同的燃燒室，由于噴嘴結構和功能的具體要求，防回火裝置的使用會有一定的局限性。第一種原理可以在一定程度上預防回火，但當回火發生時沒有辦法阻止。第二種原理需要布置傳感器，使得燃燒室的控制更加復雜。利用第三種原理可以設計出簡便可靠的防回火裝置。例如GE公司的專利US005685139A，通過將噴嘴尖端特定位置的壁厚減薄，當回火發生時，薄壁部分首先被燒壞從而改變燃料流路，燃料流路改變，相應地也改變了燃燒模式，回火被及時阻止。但是，噴嘴尖端在防回火的過程中被燒毀，導致噴嘴報廢。由于噴嘴的制造難度高，燃氣輪機使用者往往需要向特定的供應商購買噴嘴，不僅價格昂貴，而且采購周期長。

實用新型內容

本實用新型的目的是針對現有技術的不足和缺陷，提出一種用于燃氣輪機的防回火氣體燃料噴嘴，該噴嘴通過設計防回火噴口和噴口堵頭結構，可以有效避免燃氣輪機預混燃燒燃燒室因為回火而導致的噴嘴燒毀、機組停機等事故，同時，在對防回火噴口進行清理后可更換新的堵頭，噴嘴可以繼續使用，從而有效降低燃氣輪機燃燒室的使用和維護成本。

本實用新型所采用的技術方案如下：

一種用于燃氣輪機的防回火氣體燃料噴嘴，該噴嘴包括支撐法蘭、氣體燃料進口、中心空氣進口、氣體燃料通道、中心空氣通道、預混空氣進口、旋流器、氣體燃料導流葉片、燃料-空氣混合通道換和噴嘴尖端；所述的中心空氣進口位于支撐法蘭側面；所述的氣體燃料導流葉片位于旋流器下游，在氣體燃料導流葉片分布多個氣體燃料噴口；所述的噴嘴尖端上設有中心空氣噴口；其特征在于：在所述的噴嘴尖端上設有防回火噴口，該防回火噴口與氣體燃料通道相連通，并在防回火噴口上設有用于堵住防回火噴口的噴口堵頭。

上述技術方案中，其特征在于：防回火噴口沿圓周至少有一排均布在噴嘴尖端上；防回火噴口每排個數為3～10個，直徑為3～8mm。

本實用新型的另一技術特征在于：所述的噴口堵頭與噴嘴尖端的連接方式為鉚接。

本實用新型與現有技術相比，具有以下優點及突出性效果：通過在噴嘴尖端設置防回火噴口，當發生回火時，熔點低的堵頭熔化，氣體燃料改由防回火噴口，燃燒模式由預混燃燒變為擴散燃燒，這樣可以及時阻止火焰向頭部蔓延，保護了頭部結構。燃燒模式改變之后，不會影響燃燒室的繼續運行，維修人員可以等到檢修期統一檢查維修，有效降低使用和維護成本。更重要的是，由于回火時破壞的只是噴口堵頭，在對防回火噴口進行清理后可更換新的堵頭，噴嘴可以繼續使用。防回火噴口的清理以及噴口堵頭的鉚接過程十分容易。

附圖說明

圖1為一種用于燃氣輪機的防回火氣體燃料噴嘴的結構示意圖。

圖2A、2B為未安裝噴口堵頭的噴嘴尖端結構示意圖。