[發明專利]燃氣輪機柔和燃燒室的射流噴嘴

有效

• 申請號: 201711135244.0
• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN107990353B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 熊燕;劉耘州;俞鑌;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: F23R3/28
• 分類號: F23R3/28;F23R3/38
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

一種燃氣輪機柔和燃燒室的射流噴嘴，包括：燃料內部噴嘴、燃料外側噴孔、多個旋流槽通道、外側管道和內側管道。所述射流噴嘴出口燃料和空氣的混合均勻度有提升，并且外側燃空當量比較低，有利于火焰根部提升，不易過早著火，射流噴嘴的射流屬于弱旋，整體壓力損失較小，軸向速度不易衰減，有利于增大燃燒室煙氣回流比。

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柔和燃燒室的射流噴嘴。

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寬工況范圍內進一步降低氮氧化物排放。

在保持燃燒效率和性能的前提下，降低其氮氧化物的排放一直是從事燃氣輪機燃燒科研人員重點追求的目標。對于燃燒室出口溫度高于1500℃的燃氣輪機來說，傳統擴散燃燒技術、預混燃燒技術面臨巨大挑戰。擴散燃燒技術降低氮氧化物排放潛力有限；天然氣貧預混燃燒隨著燃機級別提高其噴嘴及控制系統越來越復雜，低負荷工況下氮氧化物排放不達標，隨著燃機參數的提高，進一步降低氮氧化物也越來越困難，燃燒煤制合成氣的貧預混技術還不成熟。

相對于傳統的NO_x排放控制技術，柔和燃燒技術具有火焰穩定、噪音低、負荷范圍較寬和燃燒效率高等優點。如何在燃氣輪機燃燒室受限空間內高效實現柔和燃燒條件是關鍵和難點，現有柔和燃燒的實現主要使得燃料和煙氣燃燒之前發生充分摻混，利用高速射流在燃燒室內形成回流區來實現。一般情況下，為了保證燃料和空氣摻混均勻，噴嘴采用強旋流設計，一方面這樣的設計往往會引起壓力損失大，反應區靠近噴嘴出口，易引發噴嘴局部超溫等缺點，另一方面，噴嘴強旋流射流會使得回流區變弱，使得煙氣回流比減少，從而不利于柔和燃燒的建立和實現。因此，本領域還缺乏一種高效實現柔和燃燒的射流噴嘴，在實現高效率摻混的基礎上，有利于降低壓損和保證燃燒室內部煙氣回流比，進而實現柔和燃燒，降低NO_X排放。

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柔和燃燒室的射流噴嘴，可以實現低壓損、高效摻混、出口混合物靠近壁面組分濃度低和射流噴嘴出口射流旋流數低等目標。

(二)技術方案

本發明提供了一種燃氣輪機柔和燃燒室的射流噴嘴，所述射流噴嘴包含燃料內部噴嘴、燃料外側噴孔、多個旋流槽通道、外側管道和內側管道，所述外側管道固定在燃燒室頭部擋板，所述內側管道的前端部分地伸入所述外側管道，所述內側管道和所述外側管道之間形成環形通道，所述燃料內部噴嘴設置在所述內側管道中，所述多個旋流槽通道沿周向均勻分布在所述內側管道的管壁上，所述燃料外側噴孔設置在所述內側管道后端的管壁上，所述燃料內部噴嘴的后端位于所述燃料外側噴孔和所述旋流槽通道之間。

靠近射流噴嘴的內側空氣通過所述旋流槽通道進入所述內側管道，并在所述內側管道內與所述燃料內部噴嘴噴出的燃料形成第一混合氣體。

部分燃料通過所述燃料外側噴孔噴向燃燒室頭部密閉空間，并在所述環形通道與外側空氣混合形成稀薄的第二混合氣，所述第一混合氣和所述第二混合氣在所述外側管道內混合成弱旋混合氣。

優選地，所述內側管道的面積與內側管道和外側管道的面積之和的比例在30-80％之間。

優選地，所述內側管道與射流噴嘴出口的距離為內側管道內徑的0.5-3.0倍。

優選地，燃料外側噴孔噴出的燃料與燃料內部噴嘴和燃料外側噴孔噴出的燃料之和的比例為0-50％之間。

優選地，所述旋流槽通道的數量為M個，所述旋流槽通道具有切向旋流角θ，其中M≥4，60°≥θ≥30°。