[發明專利]一種燃氣輪機燃燒室軸向兩級旋流噴嘴

在審

• 申請號: 201410488311.7
• 申請日: 2014-09-22
• 公開（公告）號: CN104266227A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 張龍;張珊珊;查筱晨
• 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

本發明涉及一種燃氣輪機燃燒室噴嘴，尤其涉及一種使用天然氣燃料的燃氣輪機低污染燃燒室噴嘴的結構設計。

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。以天然氣為燃料的燃氣輪機發電技術作為清潔能源技術之一，可以在滿足發電負荷要求的同時，有效的降低污染物的排放，這其中燃氣輪機燃燒室噴嘴的設計對于組織燃燒、降低污染物排放尤為重要。

燃氣輪機燃燒室中，燃料氣和空氣通過噴嘴實現預混合和速度型的改變，在噴嘴出口達到合理的速度分布，并匹配合理的燃料空氣混合比例，進入燃燒室組織燃燒，形成穩定的流場和燃燒場。當前，對燃氣輪機燃燒室噴嘴的設計形式，例如專利CN?100567823C，采用底部帶缺口的空氣旋流葉片，提高空氣通道內周側的速度，匹配噴嘴出口速度型和燃料空氣混合比例。

但是，由于空氣旋流葉片底部存在缺口，通道內周側的氣流偏轉角度小，旋流強度弱，導致這一側燃料和空氣的摻混效果變差；同時軸向旋流裝置僅有一級，燃料氣和空氣的摻混效果有限，影響燃燒的組織和污染物的生成。因此，仍然需要更加合理有效的燃氣輪機燃燒室噴嘴形式來組織燃燒和控制污染物排放。

發明內容

為解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種燃氣輪機燃燒室軸向兩級旋流噴嘴，在保證摻混效果的同時，匹配噴嘴出口的速度分布，合理控制燃燒區域，維持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。

本發明所采用的技術方案如下：

一種燃氣輪機燃燒室軸向兩級旋流噴嘴，該噴嘴包括中心燃料通道、與該中心燃料通道同軸布置的外圍環形空氣通道和中心錐體，其特征在于：外圍軸向環形空氣通道沿軸向方向布置有兩級旋流裝置，第一級軸向旋流裝置軸向位置位于外圍軸向環形空氣通道內的前端，并固定在中心錐體上，第一級軸向旋流裝置頂部和外圍軸向環形空氣通道外壁面間留有第一級環形氣流通道，在第一級軸向旋流裝置的葉片前端部設置燃料噴射孔；第二級軸向旋流裝置位于第一級軸向旋流裝置的下游，并固定在外圍軸向環形空氣通道的外壁面上，兩者之間的軸向間距為第一級軸向旋流裝置葉片長度的10％～50％，該第二級軸向旋流裝置底部與中心錐體之間留有第二級環形氣流通道。

上述技術方案中，所述的第一級軸向旋流裝置采用軸向葉片式結構，葉片沿外圍環形空氣通道均勻布置，葉片個數在6～12之間；第一級環形氣流通道徑向間隙為第一級軸向旋流裝置旋流葉片高度的10％～50％。

本發明所述的第二級軸向旋流裝置采用軸向葉片式結構，葉片沿外圍環形空氣通道均勻布置，葉片個數在6～12之間；第二級環形氣流通道徑向間隙為第二級軸向旋流裝置旋流葉片高度的10％～50％。

所述的第一級軸向旋流裝置和第二級軸向旋流裝置的葉片旋流方向相同，第二級軸向旋流裝置旋流角度大于第一級軸向旋流裝置旋流角度；第一級軸向旋流裝置和第二級軸向旋流裝置的葉片錯列布置；第一級軸向旋流裝置和第二級軸向旋流裝置的葉片錯列布置。

本發明的第一級軸向旋流裝置燃料噴射孔的孔徑為Φ0.1～0.5。

本發明所述外圍軸向環形空氣通道沿氣流方向依次分為直段和收縮段，所述的第一級軸向旋流裝置和第二級軸向旋流裝置均布置在所述的直段內。

該發明與現有技術相比，具有以下優點及突出性效果：

①本發明的第一級、第二級軸向旋流裝置能夠強化燃料氣和空氣的旋流混合，保證噴嘴出口速度分布合理、燃料空氣摻混均勻，進而提升燃燒穩定性。

②本發明的第一級軸向旋流裝置加強了外圍環形空氣通道內周側的氣流旋轉強度，增強燃料氣和空氣的摻混；同時旋流裝置頂部和噴嘴外壁面間形成的第一級環形氣流通道，增大外圍環形空氣通道外周側的氣流軸向速度，保證外周側氣流速度型分布。

③本發明的第二級軸向旋流裝置加強了外圍環形空氣通道外周側的氣流旋轉強度，增強燃料氣和空氣的摻混；同時旋流裝置底部和中心錐體間形成的第二級環形氣流通道，增大外圍環形空氣通道內周側的氣流軸向速度，減少中心錐體附面層對噴嘴出口速度型的影響，保證中心錐體下游不產生回流區，提高燃燒可靠性。

④本發明的第一級、第二級軸向旋流裝置軸向前后布置，周向間隔布置，配合燃料噴射孔高度位置的調整，能夠為噴嘴提供更寬的設計空間，滿足不同燃料和空氣摻混的需要，改善噴嘴中心錐體至噴嘴出口部分的速度分布。

附圖說明