CN102538014B - 一种用于化学回热循环的双燃料旋流雾化喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种用于化学回热循环的双燃料旋流雾化喷嘴，包括旋流器外轮毂、主油路、裂解气主通道、旋流器叶片，旋流器外轮毂上开有进油口，进油口连通主油路，主油路通过油路分支通道连通旋流器叶片迎风面的喷油小孔，裂解气主通道通过裂解器分支通道连通旋流器叶片背风面的裂解气喷嘴。本发明能够很好的混合裂解气燃料和空气，使得火焰长度进一步缩短，提高燃烧效率和燃器轮机的整体性能。旋流器和喷嘴相结合，使得燃烧室头部结构更加紧凑，便于燃烧室的布置和安装。液体燃料和裂解气燃料的独立供应，能够比较精确的控制和掌握各个工况下投入燃料的配比，提高燃机在各个工况下的适应性和经济性。

Description

一种用于化学回热循环的双燃料旋流雾化喷嘴

技术领域

本发明涉及的是一种工业领域的喷嘴。

背景技术

随着技术的进步，人们对燃气轮机性能的要求也越来越高。为了提高燃机的性能，许多先进的循环方式被不断的提出，而其中化学回热循环是一种先进循环方式。它的主要原理如下：燃气轮机化学回热循环是以燃气轮机透平排气作为热源，通过燃料与水蒸汽发生蒸汽转化反应产生新的合成燃料，即裂解气燃料。该燃料进入燃烧室燃烧，籍此回收透平排气中余热以提高热效率。由于化学回热循环燃气轮机(CRGT)的工作方式决定其燃烧室采用双燃料***，可见，双燃料燃烧装置的设计将成为该先进循环得以应用的关键之一。这种燃烧室即能够在单独喷入燃油或者裂解气的条件下工作，还能够在燃油和裂解气共同存在的情况下保证稳定燃烧。

传统的双燃料喷嘴存在以下缺陷：传统的气路设计如果采用中央喷嘴喷射的设计，由于中低热值的气体气量较大，使得头部裂解气和空气掺混不均匀，火焰拉长，高温区偏后，即使加入旋流叶片后，混合的情况依然没有很好的改变，因此需要一种全新的混合方式，来改善裂解气燃料的燃烧；对于液体燃料来说，传统的雾化效果依旧不理想，且其分布不均匀，影响了燃烧效果。

在该领域中已存在的一些专利如下：

在专利US2006080966A1、US5826423A、US6655145B2中，所涉及到双燃料喷嘴都采用了通过叶片上开口来加强气体燃料和气流的混合或液体燃料的雾化，然而这些已公开的专利文献都是侧重于一方面，在化学回热循环中，两种状态的燃料都需要考虑，且在不同的工况，需要准确把握各个成分的比例。

发明内容

本发明的目的在于提供燃料的浓度分布更加合理，高燃烧效率的一种用于化学回热循环的双燃料旋流雾化喷嘴。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种用于化学回热循环的双燃料旋流雾化喷嘴，包括旋流器外轮毂、主油路、裂解气主通道、旋流器叶片，其特征是：旋流器外轮毂上开有进油口，进油口连通主油路，主油路通过油路分支通道连通旋流器叶片迎风面的喷油小孔，裂解气主通道通过裂解器分支通道连通旋流器叶片背风面的裂解气喷嘴。

本发明还可以包括：

1、在旋流器内轮毂上旋流通道出口处设置环状弧形凹槽。

2、所述的凹槽距离旋流器叶片尾缘5～8mm。

本发明的优势在于：

1、能够比较充分的雾化液体燃料，使得在液体燃料单独工作时能够得到很好的雾化效果，提高燃烧效率。

2、能够很好的混合裂解气燃料和空气，使得火焰长度进一步缩短，提高燃烧效率和燃器轮机的整体性能。

3、旋流器和喷嘴相结合，使得燃烧室头部结构更加紧凑，便于燃烧室的布置和安装。

4、液体燃料和裂解气燃料的独立供应，能够比较精确的控制和掌握各个工况下投入燃料的配比，提高燃机在各个工况下的适应性和经济性。

附图说明

图1为A-A视图；

图2为图1所采用的剖切位置；

图3为B-B视图；

图4为C-C视图；

图5为图3和4所选择的剖切位置。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～5，在喷射液体燃料的时候，液体燃料被直接喷入旋流器的高速气流通道内，高速气流流经横向喷射的液柱时，在迎风面压力较高，在背风面压力较低，产生的气动力能够将液柱挤压，液柱逐渐扁平化，燃油射流的迎风面和背风面都出现了表面波动，这些波动的出现，加剧了射流的弯曲，表面波动沿着射流方向幅度加大，在波动的波谷处射流发生断裂，断裂的燃油射流形成长度较短的燃油碎片，这些燃油碎片进一步破碎形成小颗粒。表面雾化产生的液滴直径大小要好于普通雾化方法的雾化效果。

在喷射气体燃料时，裂解气燃料直接和旋流空气发生混合，使得空气和裂解气能够得到很好的混合，使得燃烧室的火焰长度进一步缩短，使得燃烧室内流场与燃烧场的分布更加合理，对燃烧室的设计带来极大帮助。

在内部通道的安排上，本旋流器采用从中心通入裂解气燃料，从旋流器中心进入旋流叶片；液体燃料则是通过外部的通道进入旋流器叶片。这样的布置主要是因为裂解气的气体流量比较大，而安排比较合适的尺寸较为困难，如果选择其它方式，就会形成比较复杂的附属配件，不利于头部的结构的紧凑化设计；为了避免中心的内部通道过于复杂，因而液体的燃料通道选择安排在外部，使得这个旋流雾化喷嘴的设计更加合理。为了使雾化和混合的效果更加均匀，在旋流器的旋流通道出口附近设计了一个环状圆形凹槽。该凹槽采用直接开环槽的原因在于考虑到环槽会对旋流气体流动造成一定的影响，因此环槽开在叶片通道后比开在通道内对流场的影响更小，使得火焰燃烧更稳定，而环槽的方式相比较其他设计中加强混合的方法，更加便于加工，有易于减少生产成本。

将旋流器和燃料喷嘴结合到一起，能够使得燃烧室头部的设计更加紧凑，有利于燃烧室的布置和燃烧室轴向长度的缩短，提高燃气轮机整体的性能。

本发明包括旋流器外轮毂1,主油路2,油路分支通道3,裂解气分支通道4,裂解气喷嘴5,裂解气主通道6,气路末端盖7,凹槽8,旋流器叶片9,进油口10,喷油小孔11。

裂解气燃料由主通道6进入，在通过裂解气分支通道4进入各个旋流叶片9，最后通过喷嘴5射入旋流通道内，和空气均匀混合后充分燃烧。而凹槽8的存在使得在出口靠近内轮毂处形成一个小的涡，该涡能够强化裂解气和空气的混合，强化裂解气的燃烧，缩短了火焰的长度，也使得整个燃烧室的长度能够缩短，提供了燃机的整体性能。

燃油通过进油通道10进入主油路2,在通过油路的分支通道3进入各个旋流器叶片9，最后通过喷油小孔11射入燃烧室，该设计是基于液体燃料的横向射流强化燃油的雾化的原理，使得在旋流器下游的燃油分布合理，从而提高了燃烧的效率，提升了燃机的整体性能。

如图3所示，为双燃料旋流雾化喷嘴的前视半剖图，在旋流器的8个叶片上，在迎风面上分别开了一个液体燃料的喷射孔11,在旋流器的外轮毂1上，分别开来两个进油通道10,这两个进口是整个旋流雾化喷嘴供应燃油的入口，其燃油供应***和裂解气的供应***需要分开设计。剖视图则清楚的表明裂解气的供应通路。图中的裂解气主通道6是气态燃料的入口，裂解气燃料由主通道6供入旋流雾化喷嘴，经过裂解气分支通道4，而到达裂解气喷嘴5处，再由喷嘴将燃料射出。这种气体燃料混合的方式相比起其他方法更加有效。喷出的燃料气和空气的混合物在喷射进入燃烧室之前经过凹槽8,在凹槽出口形成微弱的回流，该回流对旋流射流的主流无明显影响，但是却能够起到加强燃料和空气混合的作用，而且该槽可以采用各种形状，而且加工方便。两个通道分开来考虑，能够避免两者之间的相互干扰，从而精确的配比燃料的成分，以适应化学回热循环在不同工况时对燃料的要求，使得燃烧保持稳定。

如图4所示，为双燃料旋流雾化喷嘴的后视半剖图，在旋流器的8个叶片上，在背风侧分别各开了两个裂解气燃料的裂解气喷嘴5。裂解气的孔数明显比液体燃料的多，这是由于不同燃料的热值差别造成的。裂解气的热值没有液体燃油的高，因此体积流量较大，需要更大的喷嘴。图4的剖面图清晰的说明了液体燃料的流道布置。液体燃料经过进油口10进入环形的主油路2，再靠油压进入油路分支通道3，最终通过燃油喷嘴射入高速流动的旋流空气中去。该图仅仅说明结构，具体的尺寸应该由实际的工作条件来决定。燃油喷嘴的形式也可以有多种，不应仅仅局限在圆形喷嘴上。图5说明了图4和图3的剖切位置。

Claims (3)

1.一种用于化学回热循环的双燃料旋流雾化喷嘴，包括旋流器外轮毂、主油路、裂解气主通道、旋流器叶片，其特征是：旋流器外轮毂上开有进油口，进油口连通主油路，主油路通过油路分支通道连通旋流器叶片迎风面的喷油小孔，裂解气主通道通过裂解气分支通道连通旋流器叶片背风面的裂解气喷嘴。

2.根据权利要求1所述的一种用于化学回热循环的双燃料旋流雾化喷嘴，其特征是：在旋流器内轮毂上旋流通道出口处设置环状弧形凹槽。

3.根据权利要求2所述的一种用于化学回热循环的双燃料旋流雾化喷嘴，其特征是：所述的凹槽距离旋流器叶片尾缘5～8mm。

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