[實用新型]一種用于燃氣輪機雙燃料燃燒室噴嘴

有效

• 申請號: 201320825615.9
• 申請日: 2013-12-13
• 公開（公告）號: CN203595145U
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 查筱晨;張珊珊;劉小龍
• 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；屬于燃氣輪機技術領域。

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。

稀釋擴散燃燒技術作為早期低污染燃燒的技術手段之一已進入工程應用多年，但是其在IGCC系統低污染燃燒領域中的應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。

由于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，或提前與燃料或稀釋劑預先混合，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。然而，在采用稀釋擴散低污染燃燒方式時，這也給燃燒室設計者帶來了一個極大的挑戰，即如何使得稀釋劑與燃料或空氣進行良好混合。

實用新型內容

為解決現有技術中存在的問題，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形燃料通道及外圍徑向環形空氣通道，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形稀釋氣體通道，外圍軸向環形稀釋氣體通道設置在在軸向中心燃料通道與外圍軸向環形燃料通道之間；所述軸向中心燃料通道出口端的壁面上開有密集小孔；所述外圍軸向環形稀釋氣體通道出口處設置有稀釋氣體旋流裝置；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；所述外圍徑向環形空氣通道內設置有空氣旋流裝置。

上述技術方案中，所述的稀釋氣體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8～16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10～20之間。所述的空氣旋流裝置采用徑向葉片式結構，葉片個數在12～18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本實用新型的燃料注入方式不同于現有技術，采用了中心多孔噴射結合外圍環形葉柵噴射的方式將燃料分通道注入火焰筒；②本實用新型所采用的稀釋劑輸送方法與現有技術不同。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污染物排放貢獻非常大的火焰筒頭部中心大回流區，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有技術；③本實用新型的氣流分股設計，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的充分穩定燃燒；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。

附圖說明

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構原理示意圖。

圖2為旋流裝置采用軸向葉柵式結構的燃燒室噴嘴實施例的結構三維剖視圖。