[實用新型]一種燃氣輪機雙燃料燃燒室噴嘴

有效

• 申請號: 201320824748.4
• 申請日: 2013-12-13
• 公開（公告）號: CN203595144U
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 查筱晨;張珊珊
• 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: F23R3/38
• 分類號: F23R3/38
• 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。

背景技術

在我國當前的能源結構中，采用傳統燃煤技術的火力發電占據了絕大部分份額。但是這種傳統的發電技術存在發電效率低，污染物排放高(尤其是NOx排放)，耗費淡水資源多等缺點。IGCC(整體煤氣化聯合循環發電系統)作為一種新型“綠色”燃煤技術，為煤的清潔高效利用提供了一種新的途徑。

IGCC系統中的燃氣輪機，采用氣化爐產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，高溫高壓的氣流經透平做功，進而帶動電機發電。由于合成氣(主要成份是CO和H₂)有別于常規燃料，所以燃氣輪機燃燒室中通常所采用的如擴散燃燒和預混燃燒技術均不再適用。因此，需根據IGCC系統和合成氣燃料成分的特點，開發更加適合的低污染燃燒技術。

合成氣中主要成分為CO和H₂，其過高的火焰傳播速度，過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，注入到燃燒區這使得燃燒區峰值火焰溫度大幅度降低，從而降低污染物排放。對于注入稀釋劑，方法之一是采用外部預先燃料稀釋，但是這需要購置額外設備，故工程中并不常用；而采用空氣伴隨稀釋時，稀釋劑一方面會阻塞空氣流道，同時會降低氧化劑的濃度，進而難以維持高效率燃燒；而采用燃料伴隨稀釋時，這會大幅度降低單位體積燃料熱值，同樣會導致燃燒效率難以提高；而將稀釋劑直接噴入燃燒區則會擾亂燃燒室內流場，不利于火焰穩定，同時會惡化出口溫度分布。

實用新型內容

為解決現有技術中存在的問題，本實用新型提供一種燃氣輪機雙燃料燃燒室噴嘴，該技術方案能夠在保證良好稀釋的同時，保持火焰穩定；此外，該技術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部流場結構，從而保證燃燒的穩定性和良好的出口溫度分布。

本實用新型所采用的技術方案如下：一種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形燃料通道，其特征在于：外圍軸向環形燃料通道外還設置有與軸向中心燃料通道同軸布置的外圍軸向環形稀釋氣體通道；噴嘴的空氣通道也與軸向中心燃料通道同軸布置，并分為第一級外圍徑向環形空氣通道與第二級外圍徑向環形空氣通道；所述軸向中心燃料通道出口端的壁面上開有密集小孔；所述外圍軸向環形燃料通道出口處設置有外圍燃料旋流裝置；所述外圍軸向環形稀釋氣體通道內壁面上設有燃料稀釋孔，燃料稀釋孔與外圍軸向環形燃料通道連通；所述外圍軸向環形稀釋氣體通道出口端的壁面上分別設有第一級空氣稀釋孔和第二級空氣稀釋孔，第一級空氣稀釋孔與第一級外圍徑向環形空氣通道相連通，第二級空氣稀釋孔與第二級外圍徑向環形空氣通道相連通；所述第一級外圍徑向環形空氣通道內設置有第一級空氣旋流裝置，第二級外圍徑向環形空氣通道內設置有第二級空氣旋流裝置。

上述技術方案中，所述的第一級空氣旋流裝置采用斜切孔，該斜切孔從噴嘴的外壁面穿入第一級外圍徑向環形空氣通道內，且沿第一級外圍徑向環形空氣通道的壁面均勻布置，孔的個數在6～12之間。

所述的外圍燃料旋流裝置采用軸向葉片式結構或軸向葉柵式結構，葉片個數或葉柵通道個數在6～12之間。

該實用新型與現有技術相比，具有以下優點及突出性效果：

(1)本實用新型的稀釋劑供入方式不同于現有技術，稀釋劑能夠進行多股燃料稀釋和多股空氣稀釋，稀釋劑向各燃料通道和空氣通道的供入比例可以通過改變各稀釋孔的面積比來進行優化調整，避免了現有技術采用單一稀釋法所帶來的稀釋不均勻現。

(2)本實用新型的稀釋劑采用多個噴射孔供入，能夠強化稀釋劑與燃料或空氣的混合，一方面強化稀釋劑與燃料和空氣摻混效果，另一方面也能夠減低大體積流量的稀釋劑氣流對空氣射流的阻塞作用，從而保證燃燒室頭部的空氣供應，進而提升燃燒穩定性。

(3)本實用新型所采用的稀釋劑輸送方法不會擾亂燃燒室的內部流場，從而保證稀釋劑的的注入不會對燃燒穩定性和出口溫度分布有不良影響。