[實用新型]一種燃氣輪機燃燒室軸向兩級旋流噴嘴

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420546168.8
• 申請日: 2014-09-22
• 公開（公告）號: CN204084466U
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張龍;張珊珊;查筱晨
• 申請（專利權(quán)）人: 北京華清燃氣輪機與煤氣化聯(lián)合循環(huán)工程技術(shù)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(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型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(jié)構(gòu)設(shè)計。

背景技術(shù)

在我國當前的能源結(jié)構(gòu)中，采用傳統(tǒng)燃煤技術(shù)的火力發(fā)電占據(jù)了絕大部分份額。但是這種傳統(tǒng)的發(fā)電技術(shù)存在發(fā)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(fā)電技術(shù)作為清潔能源技術(shù)之一，可以在滿足發(fā)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(shè)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(xiàn)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(wěn)定的流場和燃燒場。當前，對燃氣輪機燃燒室噴嘴的設(shè)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(nèi)周側(cè)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(nèi)周側(cè)的氣流偏轉(zhuǎn)角度小，旋流強度弱，導致這一側(cè)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。

實用新型內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型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(qū)域，維持燃燒室內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)，從而保證燃燒的穩(wěn)定性和良好的出口溫度分布。

本實用新型所采用的技術(shù)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(huán)形空氣通道和中心錐體，其特征在于：外圍軸向環(huán)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(huán)形空氣通道內(nèi)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(huán)形空氣通道外壁面間留有第一級環(huán)形氣流通道，在第一級軸向旋流裝置的葉片前端部設(shè)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(huán)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(huán)形氣流通道。

上述技術(shù)方案中，所述的第一級軸向旋流裝置采用軸向葉片式結(jié)構(gòu)，葉片沿外圍環(huán)形空氣通道均勻布置，葉片個數(shù)在6～12之間；第一級環(huán)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％。

本實用新型所述的第二級軸向旋流裝置采用軸向葉片式結(jié)構(gòu)，葉片沿外圍環(huán)形空氣通道均勻布置，葉片個數(shù)在6～12之間；第二級環(huán)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。

本實用新型的第一級軸向旋流裝置燃料噴射孔的孔徑為Φ0.1～0.5。

本實用新型所述外圍軸向環(huán)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(nèi)。

該實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及突出性效果：

①本實用新型的第一級、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(wěn)定性。

②本實用新型的第一級軸向旋流裝置加強了外圍環(huán)形空氣通道內(nèi)周側(cè)的氣流旋轉(zhuǎn)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(huán)形氣流通道，增大外圍環(huán)形空氣通道外周側(cè)的氣流軸向速度，保證外周側(cè)氣流速度型分布。

③本實用新型的第二級軸向旋流裝置加強了外圍環(huán)形空氣通道外周側(cè)的氣流旋轉(zhuǎn)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(huán)形氣流通道，增大外圍環(huán)形空氣通道內(nèi)周側(cè)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(chǎn)生回流區(qū)，提高燃燒可靠性。

④本實用新型的第一級、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(diào)整，能夠為噴嘴提供更寬的設(shè)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。