[發明專利]一種燃氣輪機燃燒室的預混值班噴嘴

在審

• 申請號: 201711135243.6
• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN107806647A
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 熊燕;鄭祥龍;劉耘州;張哲巔;肖云漢
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F23R3/38
• 分類號: F23R3/38;F23R3/28
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本發明涉及燃氣輪機技術領域，尤其是一種燃氣輪機燃燒室的預混值班噴嘴。

背景技術

氮氧化物包括一氧化二氮、一氧化氮和二氧化氮等。氮氧化物作為主要的大氣污染物，能對動植物造成毒害，也是形成酸雨、酸霧和光化學煙霧的主要原因之一。燃氣輪機作為重要的動力設備，一方面需要不斷提高燃燒室出口溫度以提升燃氣輪機效率，另一方面同時需要在更寬工況范圍內降低氮氧化物排放。

現有主流天然氣重型燃氣輪機多采用貧預混燃燒技術。貧預混燃燒室低工況下易發生燃燒不穩定，多采用值班噴嘴來穩定火焰，一般值班噴嘴采用擴散火焰，當燃燒室處于低工況時，擴散噴嘴形成的擴散火焰會產生大量的NOx，從而導致低工況時燃燒室NOx排放不達標。采用預混火焰值班可以進一步降低NOx排放，拓寬燃燒室低排放區間。但預混值班火焰容易導致回火以及導致噴嘴壁面高溫等問題，如何設計預混值班噴嘴是關鍵。

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種燃氣輪機燃燒室的預混值班噴嘴，用以提高回流區的穩定性、降低火焰峰值溫度，減少低工況條件下燃燒室的NOx排放。

(二)技術方案

本發明提供了一種燃氣輪機燃燒室的預混值班噴嘴，包括：錐罩、外旋流通道、內旋流通道和值班燃料噴嘴，其中所述錐罩設置在所述外旋流通道的前端并形成一喇叭形開口，所述內旋流通道的前端部分地伸入所述外旋流通道的后端并形成一個半封閉空間，所述值班燃料噴嘴設置在所述內旋流通道中，所述外旋流通道和所述內旋流通道都具有沿周向均勻分布的多個旋流槽通道，所述內旋流通道上的多個旋流槽通道設置在未伸入所述外旋流通道的部分上。

優選地，所述預混值班噴嘴位于燃燒室頭部中心位置。

優選地，所述錐罩的出口與主燃單元噴嘴平齊。

優選地，所述外旋流通道、所述內旋流通道和所述值班燃料噴嘴的軸心重合。

優選地，所述錐罩的半張角θ₁的取值范圍是28°-38°，所述錐罩的高度H₁的取值范圍是外旋流通道外徑D₂的1.0-2.0倍。

優選地，內旋流通道的面積與內旋流通道和外旋流通道的面積之和的比例范圍為50％-80％。

優選地，內旋流通道出口距離錐罩根部的距離與內旋流通道外徑D₁的關系為：2.0D₁≥H₂≥0.0D₁。

優選地，值班燃料噴嘴的燃料噴孔與內旋流通道出口的距離H₃與內旋流通道外徑D₁的關系為：3.0D₁≥H₃≥1.0D₁。

優選地，內旋流通道具有M個旋流槽通道，所述旋流槽通道具有切向旋流角θ₂，其中M≥4，60°≥θ₂≥30°，優選地，M個旋流槽通道的橫截面積之和與內旋流通道的橫截面積的比例范圍：0.9-1.1。

優選地，外旋流通道具有N個旋流槽通道，所述旋流槽通道具有切向旋流角θ₃，其中N≥4，60°≥θ₃≥30°，優選地，N個旋流槽通道的橫截面積之和與外旋流通道的橫截面積的比例范圍：0.9-1.1。

優選地，值班燃料噴嘴有K個燃料噴孔，沿值班燃料噴嘴的圓周均布。

(三)有益效果

從上述技術方案可以看出，本發明的燃氣輪機燃燒室的預混值班噴嘴有如下有益效果：

(1)相對于擴散值班噴嘴，預混值班噴嘴出口燃料空氣混合均勻，火焰峰值溫度低，有利于擴大值班噴嘴的負荷范圍，并且降低NOx排放；

(2)由于有錐罩的存在，預混值班噴嘴回流區穩定，外側是空氣，有利于保護錐罩；

(3)預混值班噴嘴結構緊湊，可直接替換現有的擴散值班噴嘴結構，便于實際應用和操作。

附圖說明

圖1為根據本發明實施例的預混值班噴嘴的結構示意圖；

圖2為內旋流通道的剖面圖；

圖3為外旋流通道的剖面圖。

附圖標記說明：

100-預混值班噴嘴；

110-錐罩；120-外旋流通道；

130-內旋流通道；140-值班燃料噴嘴；

150-旋流槽通道；160-燃料噴孔。