CN102538016A - 一种用于化学回热循环的内旋流式双燃料喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种用于化学回热循环的内旋流式双燃料喷嘴，包括喷嘴外壁、油路管道、喷气孔、喷油孔、旋流盘，油路管道安装在喷嘴外壁里并与喷嘴外壁之间形成气路腔体，旋流盘安装在油路管道和喷嘴外壁之间并将气路腔体隔成气路前腔和气路后腔前后两部分，气路腔体连通喷气孔，油路管道连通喷油孔。经本发明所述的喷嘴喷出的气体燃料燃烧之后，能形成内部旋流流场，进而加强掺混、强化化学回热循环中燃烧室内的燃烧，同时又不会烧到火焰筒壁面，达到了在更小的空间里燃烧更多的燃料、缩短火焰长度的目的。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种动力能源领域的工业喷嘴。
背景技术
燃气轮机是一种典型的常规燃料动力装置。它具有体积小、功率大、重量轻和启动快等特点，被广泛应用在航空、电力、舰船和天然气输送等工业核心领域中。因此，对常规燃机应用技术进行技术改造和性能优化，成为解决能源危机和环境污染问题的重要课题。化学回热循环是一种先进的燃蒸联合循环方式。它主要利用燃机排气的低端余热产生过热蒸气，利用高端余热来促使部分燃油-蒸汽在催化剂作用下裂解生成甲烷、氢气和一氧化碳等高热值气态燃料，从而提高燃料的平均燃烧低热值。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***，因此，要求化学回热燃气轮机燃烧室不但具有单独燃用燃油或裂解气燃料的功能，还具有两种燃料混烧的功能。喷嘴作为燃烧室的重要组件，其性能的优劣将直接影响点火、燃烧效率、燃烧稳定性、温度分布和排气污染等方面的性能，同时也会影响火焰筒和涡轮叶片的寿命。
传统的双燃料喷嘴存在以下缺陷：(1)气路为空心圆柱形管道或加装旋流叶片，但是两种方案都存在缺陷。前者的缺陷是燃料掺混不好，火焰长度较长；后者虽然克服了上述缺陷，但是因为喷嘴气路直径较小(一般在15-20mm之间)，旋流叶片尺寸也比较小，因此加工很不方便，而且加工后也极不容易安装进气路。(2)气路不做任何改变，单纯在头部开气孔，这样虽然不易于烧到火焰筒壁面，但燃烧室内高温区相对狭长。
发明内容
本发明的目的在于提供能在气路中形成内部旋流流场，进而加强掺混，强化化学回热循环中燃烧室内的燃烧，达到在更小的空间里燃烧更多的燃料、缩短火焰长度的目的，同时又不会对火焰筒壁面造成烧蚀的一种用于化学回热循环的内旋流式双燃料喷嘴。
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内旋流式双燃料喷嘴，包括喷嘴外壁、油路管道、喷气孔、喷油孔，其特征是：还包括旋流盘，油路管道安装在喷嘴外壁里并与喷嘴外壁之间形成气路腔体，旋流盘安装在油路管道和喷嘴外壁之间并将气路腔体隔成气路前腔和气路后腔前后两部分，气路腔体连通喷气孔，油路管道连通喷油孔。
本发明还可以包括：
1、所述的旋流盘上均匀、周向布置的八个与旋流盘中心轴线成45度角的孔，八个孔连通气路后腔。
2、所述的旋流盘上的孔的截面为长方形、圆形或椭圆形。
3、所述的喷气孔有两周、且为斜气孔，喷气孔旋向与旋流盘旋向相同。
本发明的优势在于：经本发明所述的喷嘴喷出的气体燃料燃烧之后，能形成内部旋流流场，进而加强掺混、强化化学回热循环中燃烧室内的燃烧，同时又不会烧到火焰筒壁面，达到了在更小的空间里燃烧更多的燃料、缩短火焰长度的目的。
附图说明
图1是本发明的纵剖面构造图；
图2是旋流盘的俯视构造图；
图3是图2的A-A剖视图；
图4是本发明的头部气孔构造图。
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1～4，采用裂解气旋流叶片的燃烧室的高温区比较靠前，说明气体燃料与空气掺混较为理想；头部有气孔这种结构对裂解气的出流有一定的导向作用，高温区相对狭长，这样不易于烧蚀火焰筒壁面。本发明结合了上述两种结构的优缺点，将这两种结构进行优化整合，得到了理想的内旋流式双燃料喷嘴结构。
(1)在双燃料喷嘴气路中加工出了一个比气路空心圆柱形管道直径稍大的凹槽，制作一个与凹槽直径相匹配的、厚度适宜的旋流盘，在旋流盘上沿周向均匀打孔，孔的旋向与喷嘴外部旋流器相反。孔的轴线与旋流盘轴线不平行或垂直，而是成45度角。这样，当燃料气体从气路顶部被输送到旋流盘后，由于旋流盘上孔道的作用，达到了与传统旋流器相同的效果，气体发生强旋流效果，当这股旋流后的燃料气体继续向喷嘴气路尾部运动并最终从喷孔喷出时，燃料气体与经双燃料喷嘴油路雾化后的液体快速掺混，并最终进入化学回热循环的燃烧室中。燃料气体流道中带有可旋流结构，可以有效的减小裂解气的轴向速度，同时有利于燃料气与空气的掺混。
(2)由于流过旋流盘后气体燃料会以一定旋度流出喷嘴出口，这样在喷嘴气体燃料出口处(即喷嘴头部)加入一定斜度的气孔，这样就可以尽量减小裂解气的喷嘴出口旋流损失。同时对燃料气有整流作用，也可以对喷嘴起到冷却保护的作用。
本发明设计的双燃料喷嘴主要由油路管道10、气路腔体3和6、旋流盘4、旋流盘安装座11、外壁2等部件组成。在喷嘴外壁2内加工出了一个比气路空心圆柱形管道直径稍大的凹槽，形成了旋流盘安装座11结构，另外制作了一个与凹槽直径相匹配的、厚度适宜的旋流盘4。本发明所设计的双燃料喷嘴的工作过程是：1、裂解气从气路进口1进入气路前腔3，通过旋流盘4上均匀、周向布置的八个与旋流盘中心轴线成45度角的小孔5进入气路后腔6，此时裂解气已经发生了强旋流现象，旋流后的裂解气经过喷气孔7最终流出到化学回热循环***的燃烧室中，此时因为掺混获得了加强，因此化学回热循环***中燃烧室内的燃烧得到了强化，达到了在更小的空间里燃烧更多的燃料、缩短火焰长度的目的。2、燃油从油路进口12进入油路，由于油路直径小、长度大，因此通过喷油孔8喷出之后的燃油液滴的索泰尔直径较小、雾化效果较好。
如图2所示，在旋流盘上均匀、周向布置了八个小孔，小孔截面为长方形。
如图3所示，旋流盘上的每一个小孔都与旋流盘中心轴线成45度角。
如图4所示，在喷嘴的头部开有两排气孔，从内至外气孔的设计尺寸为7×φ1.5mm，9×φ2mm，本发明中采用的是有一定旋度的斜气孔，旋向与其内部的旋流盘旋向相同，这种设计可以减小裂解气出口旋流损失。
Claims (4)
1.一种用于化学回热循环的内旋流式双燃料喷嘴，包括喷嘴外壁、油路管道、喷气孔、喷油孔，其特征是：还包括旋流盘，油路管道安装在喷嘴外壁里并与喷嘴外壁之间形成气路腔体，旋流盘安装在油路管道和喷嘴外壁之间并将气路腔体隔成气路前腔和气路后腔前后两部分，气路腔体连通喷气孔，油路管道连通喷油孔。
2.根据权利要求1所述的一种用于化学回热循环的内旋流式双燃料喷嘴，其特征是：所述的旋流盘上均匀、周向布置的八个与旋流盘中心轴线成45度角的孔，八个孔连通气路后腔。
3.根据权利要求2所述的一种用于化学回热循环的内旋流式双燃料喷嘴，其特征是：所述的旋流盘上的孔的截面为长方形、圆形或椭圆形。
4.根据权利要求1-3中任一所述的一种用于化学回热循环的内旋流式双燃料喷嘴，其特征是：所述的喷气孔有两周、且为斜气孔，喷气孔旋向与旋流盘旋向相同。
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