一种燃气轮机燃烧室中心体供油双燃料喷嘴

摘要

一种燃气轮机燃烧室中心体供油双燃料喷嘴，涉及使用双燃料的燃烧室喷嘴的结构设计。该双燃料喷嘴包括中心锥体和双层气流通道；中心锥体内部布置有环形燃料气通道和中心燃油通道，内层气流通道和外层气流通道分别布置有内层空气旋流装置和外层空气旋流装置，并在中心锥体下游段的内部设有燃油环形直通道，且在中心锥体下游段的壁面上沿轴向至少布置两排燃油喷射孔，燃油环形直通道与中心燃油通道和燃油喷射孔相连通。该技术方案通过调节燃油喷射孔孔径、燃油环形直通道径向高度以及燃油喷射孔与中心锥体中心轴线的夹角等参数，能满足不同负荷条件下对燃料种类和燃料分布的要求，实现双燃料供应，保证了稳定的燃烧场和良好的出口温度分布。

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机燃烧室双燃料喷嘴，尤其涉及使用双燃料的燃气轮机燃烧室喷嘴的结构设计。

背景技术

在我国当前的能源结构中，采用传统燃煤技术的火力发电占据了绝大部分份额。但是这种传统的发电技术存在发电效率低，污染物排放高(尤其是NOx排放)，耗费淡水资源多等缺点。以天然气为燃料的燃气轮机发电技术作为清洁能源技术之一，可以在满足发电负荷要求的同时，有效的降低污染物的排放，这其中燃气轮机燃烧室喷嘴的设计对于组织燃烧、降低污染物排放尤为重要。

燃气轮机燃烧室中，燃料和空气通过喷嘴实现预混合和速度型的改变，在喷嘴出口达到合理的速度分布，并匹配合理的燃料空气混合比例，进入燃烧室组织燃烧，形成稳定的流场和燃烧场。中心体供油双燃料喷嘴要求在不同的负荷下采用不同的燃料进行燃烧，保证火焰稳定和良好的燃烧性能。当前，对燃气轮机燃烧室中心体供油双燃料喷嘴的设计形式，例如专利CN102261673A，采用喷嘴中心安装离心式燃油喷嘴，雾化空气对燃油进入燃烧室燃烧前进行雾化保证良好的燃烧性能。

但是，离心式燃油喷嘴在某些负荷条件下的燃油分布效果相比预膜式喷嘴不够理想，离心式燃油喷嘴燃油的分布以喷嘴中心区域为中心向四周扩散，需要配合雾化空气使燃油在燃烧前达到适合的液滴大小和分布，增加了向喷嘴中心引气的难度。因此，仍然需要设计合理的燃气轮机燃烧室双燃料喷嘴，从而有效的组织燃烧和控制污染物排放。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种燃气轮机燃烧室中心体供油双燃料喷嘴，使空气旋流装置和双燃料供应相互配合，从而在喷嘴下游形成稳定火焰的回流区，保证稳定的燃烧场，实现良好的出口温度分布。

本发明所采用的技术方案如下：

一种燃气轮机燃烧室中心体供油双燃料喷嘴，该喷嘴包括中心锥体和双层气流通道，该双层气流通道分为内层气流通道和外层气流通道；中心锥体内部布置有环形燃料气通道和中心燃油通道，内层气流通道和外层气流通道分别布置有内层空气旋流装置和外层空气旋流装置，内、外层空气旋流装置位于同一轴向位置，且每个叶片的前端设有径向燃料气中空通道，径向燃料气中空通道与中心环形燃料气通道连通；径向燃料气中空通道的壁面上开有燃料气喷射直孔，其特征在于：中心锥体下游段的内部设有燃油环形直通道，且在中心锥体下游段的壁面上沿轴向至少布置两排燃油喷射孔，燃油环形直通道与所述的中心燃油通道和燃油喷射孔相连通。

本发明的技术特征还在于：所述的燃油环形直通道的径向高度优选为0.1～1.5mm。所述的燃油喷射孔的直径优选为0.1～0.5mm。每排燃油喷射孔在周向均匀分布，且相邻两排燃油喷射孔的轴向间距为燃油喷射孔直径的2～10倍。燃油喷射孔的开孔方向与中心锥体的中心线夹角为0～45度。

上述技术方案中，燃料气喷射直孔的直径为0.1～1mm。内层空气旋流装置采用轴向叶片式结构，叶片沿内层空气通道均匀布置，旋流角度为0～5度，叶片个数在6～8之间。外层空气旋流装置采用轴向叶片式结构，叶片沿外层空气通道均匀布置，旋流角度为5～45度，叶片个数同内层空气旋流装置相同。

该发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：①本发明的燃油通过在中心锥体下游段开设的燃油环形直通道和燃油喷射孔进入气流通道，配合内、外层空气旋流装置为燃油进入燃烧区后达到合适的液滴大小和分布提供条件。②本发明的燃油、燃料气双燃料供应，配合内、外层空气旋流装置，能满足不同负荷条件下对燃料种类和燃料分布的要求。③通过调节燃油喷射孔与中心锥体中心轴线的夹角、燃油喷射孔孔径、燃油环形直通道径向高度等变量，可以为内、外层空气旋流装置的设计拓宽设计空间，达到更好的掺混效果。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为图1的结构三维剖视图。

图3为图2的三维剖视图。

图4为中心锥体下游段的断面图。

图中符号说明如下：1-中心锥体；2-双层气流通道；3-环形燃料气通道；4-中心燃油通道；5-内层气流通道；6-外层气流通道；7-内层空气旋流装置；8-外层空气旋流装置；9-中间隔板；10-燃料气喷射直孔；11-燃油环形直通道；12-燃油喷射孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的原理、结构和具体实施方式做进一步的说明。

图1为本发明提供的一种燃气轮机燃烧室中心体供油双燃料喷嘴的结构原理示意图，该喷嘴包括中心锥体1和双层气流通道2，该双层气流通道由中间隔板9被分为内层气流通道5和外层气流通道6；中心锥体1内部布置有环形燃料气通道3和中心燃油通道4，内层气流通道5和外层气流通道6分别布置有内层空气旋流装置7和外层空气旋流装置8，内、外层空气旋流装置位于同一轴向位置，且每个叶片的前端设有径向燃料气中空通道，径向燃料气中空通道与中心环形燃料气通道3连通；径向燃料气中空通道的壁面上开有燃料气喷射直孔10；中心锥体1下游段的内部设有燃油环形直通道11，且在中心锥体1下游段的壁面上沿轴向至少布置两排燃油喷射孔12，燃油环形直通道11与所述的中心燃油通道4和燃油喷射孔相连通。进入气流通道的燃料气和燃油，同内外两层的旋流空气发生剧烈的掺混作用，燃油达到适合的液滴大小和分布，到达喷嘴出口时，两种燃料均可达到适合的燃料分布和匹配的速度分布。

本发明的技术方案中，所述的燃油环形直通道的径向高度优选为0.1～1.5mm。所述的燃油喷射孔的直径优选为0.1～0.5mm。每排燃油喷射孔在周向应均匀分布，且相邻两排燃油喷射孔的轴向间距为燃油喷射孔直径的2～10倍。燃油喷射孔的开孔方向与中心锥体的中心线夹角为0～45度。

本发明的技术方案中，燃料气喷射直孔的直径为0.1～1mm。内层空气旋流装置采用轴向叶片式结构，叶片沿内层空气通道均匀布置，旋流角度为0～5度，叶片个数在6～8之间。外层空气旋流装置采用轴向叶片式结构，叶片沿外层空气通道均匀布置，旋流角度为5～45度，叶片个数同内层空气旋流装置相同。

本发明的工作原理如下：

燃料气通过环形燃料气通道3进入喷嘴，经过中心锥体1壁面的燃料气孔进入内、外层空气旋流装置的叶片中空通道，通过叶片壁面开设的燃料气喷射直孔10喷入双层气流通道2中。燃油通过中心燃油通道4进入喷嘴，一部分燃油经中心锥体下游内部开设的燃油环形直通道11喷入气流通道；另一部分燃油经中心体下游壁面上的燃油喷射孔12喷入气流通道。空气分两级进入喷嘴，外层空气经过外层气流通道6的外层空气旋流装置8同喷入的燃料气进行掺混并形成强旋流；内层空气经过内层气流通道5的内层空气旋流装置7同喷入的燃料气进行掺混并形成弱旋流。两层空气在中间隔板9后汇合，并同燃油环形直通道11和燃油喷射孔12喷出的燃油进行雾化和掺混，形成匹配燃料气和燃油两种燃料的喷嘴出口速度分布和燃料空气掺混效果，保证燃烧的稳定性和良好的出口温度分布。