[實用新型]一種燃用氣態燃料的燃燒室徑向多級旋流噴嘴

有效

• 申請號: 201721539262.0
• 申請日: 2017-11-16
• 公開（公告）號: CN207648851U
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 楊謙;陳明祿;朱濤;趙凱嵐
• 申請（專利權）人: 中國航空發動機研究院
• 主分類號: F23R3/38
• 分類號: F23R3/38;F23R3/28;F23R3/12
• 代理公司: 北京鼎承知識產權代理有限公司 11551
• 代理人: 李偉波;韓德凱

本實用新型提供一種燃用氣態燃料的燃燒室徑向多級旋流噴嘴，所述噴嘴包括燃料通道和同軸由內向外依次設置的中心通道、第二級通道、第三級通道、第四級通道；所述燃料通道包括主級燃料通道和副級燃料通道；所述中心通道內設置有中心通道旋流裝置；所述第二級通道內設置有第二級通道旋流裝置；所述第三級通道內設置有第三級通道旋流裝置；所述第四級通道內設置有第四級通道旋流裝置；所述主級燃料通道對應所述中心通道；所述副級燃料通道設置有內環噴射口和外環噴射口，所述內環噴射口對應所述第二級通道和所述第三級通道，所述外環噴射口對應所述第四級通道。

技術領域

本實用新型屬于燃氣輪機低污染燃燒室噴嘴技術領域，具體涉及一種燃用氣態燃料的燃燒室徑向多級旋流噴嘴。

背景技術

隨著能源緊缺及全世界對環境保護問題的重視，各國對燃氣輪機燃燒室排放和燃燒效率的要求越來越嚴格，一般要求燃氣輪機在50％及以上負荷區間，燃燒室排放能維持在較低水平，同時保持較高的燃燒效率。

燃燒室排放中有一項很重要的指標即為氮氧化物NOx，為了達到低NOx排放的目的，預混燃燒技術被廣泛采用。預混燃燒室多采用旋流混合技術來實現燃料和氧化劑的良好混合，但是工作于這一狀態的燃燒室極其容易產生燃燒不穩定現象。為解決這一問題，工程上通常采用犧牲NOx排放性能的折衷措施，即利用穩定性好但NOx排放性能差的擴散火焰，來穩定預混火焰。一般來講，用于擴散燃燒的燃料量占比越大，燃燒越穩定，但NOx排放也隨之增大。這樣的燃燒組織形式，要求燃燒室在進行低污染燃燒室噴嘴設計時，應謹慎處理擴散火焰對NOx排放和對火焰穩定能力的矛盾。

在我國當前的能源結構中，采用傳統燃煤技術占據了絕大部分份額。但是這種傳統技術存在效率低，污染物排放高(尤其是NOx排放)，耗費淡水資源多等缺點。以天然氣等氣態燃料作為燃料的燃燒技術作為清潔能源技術之一，可以在滿足燃燒需求的同時，有效的降低污染物的排放。同樣，這其中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。

燃燒室中，燃料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?，F有技術中，對燃燒室噴嘴的設計形式，可以采用多個燃燒路徑，給予每個燃燒路徑單獨調整負載和燃料類型的可能性，以實現多種燃燒模式及組合，實現不同的負荷需求，但實際上這種實施方法結構復雜，調節難度也比較大。

實用新型內容

為了解決現有技術中存在的問題，本實用新型提供一種新型的燃用氣態燃料的燃燒室徑向多級旋流噴嘴，其能夠降低污染物排放，流場和燃燒場穩定并且易于調節。通過以下技術方案實現。

一種燃用氣態燃料的燃燒室徑向多級旋流噴嘴，所述噴嘴包括燃料通道和同軸由內向外依次設置的中心通道、第二級通道、第三級通道、第四級通道；所述燃料通道包括主級燃料通道和副級燃料通道；所述中心通道內設置有中心通道旋流裝置；所述第二級通道內設置有第二級通道旋流裝置；所述第三級通道內設置有第三級通道旋流裝置；所述第四級通道內設置有第四級通道旋流裝置；所述主級燃料通道對應所述中心通道；所述副級燃料通道設置有內環噴射口和外環噴射口，所述內環噴射口對應所述第二級通道和所述第三級通道，所述外環噴射口對應所述第四級通道。

其中，內環噴射口的數目可設置為多個，外環噴射口的數目也可以設置為多個。

進一步地，所述內環噴射口噴射出的氣態燃料根據所述副級燃料通道的燃料流量設置為單獨噴射入所述第三級通道，或者設置為同時噴射入所述第二級通道和所述第三級通道。

其中，上述氣態燃料的噴射優選通過出射動量比控制。小動量比時燃料出射速度低，射流軌跡短，燃料受橫向氣流影響后完全進入第三級通道；大動量比時燃料出射速度高，射流軌跡長，燃料一部分進入第三級通道，另一部分進入第二級通道。

進一步地，所述中心通道旋流裝置與所述主級燃料通道呈環形同軸交錯配置。