CN103822229B - 一种燃气轮机燃烧室低旋流喷嘴 - Google Patents

一种燃气轮机燃烧室低旋流喷嘴 Download PDF

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一种燃气轮机燃烧室低旋流喷嘴，属于燃气轮机结构设计技术领域。本发明是在现有低旋流喷嘴结构的基础上增加了一个燃料喷管装置，该装置位于限流孔板和旋流器的上游，所述燃料喷管装置包括燃料喷管内管和燃料喷管外管；燃料喷管内管处于喷嘴内流道内，燃料喷管外管处于喷嘴外流道内。本发明在保证混合性能的前提下大大降低了低旋流喷嘴的长度，提高了低旋流喷嘴的安装协调性；通过控制燃料喷管上的燃料喷注孔孔数以及数量控制进入喷嘴内、外流道燃料空气比例，可以降低进入下游燃烧扩张区中心回流区内的燃料量，降低回流区内的高温区，进而降低氮氧化物的产生，减少污染。

Description

一种燃气轮机燃烧室低旋流喷嘴
技术领域
本发明涉及一种燃气轮机燃烧室低旋流喷嘴，属于燃气轮机结构设计技术领域。
背景技术
现有技术中公开了一种应用于燃气轮机燃烧室的低旋流喷嘴。如图1所示，在低旋流喷嘴10中，燃料通过燃料进口管101进入，空气通过空气进口501进入，燃料和空气在文氏管601内混合。文氏管601下游为双层结构，其中喷嘴内流道401设置一个限流孔板301，限流孔板301上均匀布置多个限流孔302；喷嘴外流道402设置旋流器201，旋流器201由多个旋流叶片组成。上游均匀混合气分别通过旋流器201和限流孔板301，产生低旋流混合气，进入燃烧扩张区403燃烧。为使燃料和空气混合均匀，文氏管601轴向长度L1一般为150mm～220mm之间，导致喷嘴过长，在与其他类型喷嘴配合使用时，对安装造成不便；除此之外，进入喷嘴内流道401以及喷嘴外流道402的燃料空气混合比例一致，完全由燃料进口管101进入的燃料量以及由空气进口501进入的空气量决定，不能对喷嘴内外流道的燃料空气混合比例进行合理分配。
图2是现有技术中的又一个实施例，燃料从旋流器201和限流孔板301下游直接进入燃烧扩张区403，不能与空气及时形成预混气，燃烧扩张区403内局部燃烧温度过高，通常高于2000K，导致燃烧室内氮氧化物的含量变高，污染环境。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出一种燃气轮机燃烧室低旋流喷嘴，可以降低喷嘴长度，并可对喷嘴内外流道的燃料空气混合比例进行合理分配，以进一步降低燃烧室内污染物。
本发明所采用的技术方案如下：
一种燃气轮机燃烧室低旋流喷嘴，包括燃料进口管、空气进口、喷嘴内流道、喷嘴外流道、限流孔板、旋流器和燃烧扩张段；所述的限流孔板设置在所述喷嘴内流道内，所述旋流器设置在喷嘴外流道内，所述燃烧扩张段设置在喷嘴内流道以及喷嘴外流道的下游，其特征在于：该燃烧室低旋流喷嘴包括一个燃料喷管装置，该燃料喷管装置设置于限流孔板以及旋流器的上游，该燃料喷管装置包括至少四根燃料喷管，且燃料喷管沿燃料进口管圆周均匀分布，每根燃料喷管的一端与燃料进口管相连通，另一端与低旋流喷嘴外流道的外壁相连；所述每根燃料喷管分为燃料喷管内管和燃料喷管外管，燃料喷管内管处于所述喷嘴内流道内，燃料喷管外管处于喷嘴外流道内；在燃料喷管内管上设置燃料喷注孔,在燃料喷管外管上设置燃料喷注孔。
上述技术方案中，所述燃料喷管装置距所述旋流器的轴向距离L2在15mm～30mm之间，
本发明的技术特征还在于，所述内侧燃料喷注孔和外侧燃料喷注孔的直径为1～2mm的直径 为1～2mm；所述内侧燃料喷注孔和外侧燃料喷注孔的中心线与燃料进口管的中心线呈90°；燃料喷管内管上的燃料喷注孔沿喷嘴内流道径向位置均匀布置或错落布置于燃料喷管内管壁面的两侧；燃料喷管外管上的燃料喷注孔沿喷嘴外流道径向位置均匀布置或交叉布置于燃料喷管壁面的两侧。
本发明的又一技术特征是：所述燃料喷管的数量与所述旋流器叶片数量保持一致，优选为6～20个，其形状为圆管、锥形管或椭圆形管。
本发明与现有技术相比有以下突出的优点及有益效果：
本发明涉及的低旋流喷嘴装置中所述燃料喷管由喷嘴内外流道的壁面隔开为两段，燃料进入所述燃料喷管后部分进入燃料喷管内管，通过燃料喷管内管的燃料喷注孔进入喷嘴内流道，其余进入燃料喷管外管，通过燃料喷管外管的燃料喷注孔进入喷嘴外流道。所述燃料喷管距所述旋流器的轴向距离L2在15mm～30mm之间，尽管在所述旋流器以及所述限流孔板上游燃料和空气混合距离变短，但是在所述旋流器以及所述限流孔板下游燃料和空气可以继续混合，在保证混合混合性能的前提下大大降低了低旋流喷嘴的长度，提高了低旋流喷嘴的安装协调性；进入所述喷嘴内流道的燃料空气以及进入所述喷嘴外流道的燃料空气比例可以通过控制燃料喷管上的燃料喷注孔孔径以及数量来控制，降低进入所述喷嘴内流道的燃料空气比例，可以降低进入下游燃烧扩张区中心回流区内的燃料量，降低回流区内的高温区，进而降低氮氧化物的产生，降低污染。
附图说明
图1为现有技术中一个低旋流喷嘴简图。
图2为现有技术中又一个低旋流喷嘴简图。
图3为本发明提供的燃气轮机燃烧室低旋流喷嘴实施例的结构简图。
图4为图3的A-A剖面图。
图中符号说明：10-低旋流喷嘴；101-燃料进口管；102a-燃料喷管内管；102b-燃料喷管外管；103a-内侧燃料喷注孔；103b-外侧燃料喷注孔；201-旋流器；301-限流孔板；302-限流孔；401-喷嘴内流道；402-喷嘴外流道；403-燃烧扩张区；501-空气进口；601-文氏管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构、原理和工作过程做详细说明：
图3和图4为本发明提供的燃气轮机燃烧室低旋流喷嘴实施例的结构简图，该燃烧室低旋流喷嘴包括燃料进口管101、空气进口501、喷嘴内流道401、喷嘴外流道402、限流孔板301、旋流器201、燃烧扩张段403和燃料喷管装置；所述的限流孔板301设置在所述喷嘴内流道401内，限流孔板上均匀布置多个限流孔302；所述旋流器201设置在喷嘴外流道402内，旋流器由多个旋流叶片组成；所述燃烧扩张段403设置在喷嘴内流道401以及喷嘴外流道402的下游。所述燃料喷管装置设置于限流孔板301以及旋流器201的上游，燃料喷管装置包括至少四根燃料喷管，且燃料喷管沿燃料进口管101圆周均匀分布，每根燃料喷管的一 端与燃料进口管101相连通，另一端与低旋流喷嘴的外流道外壁相连；所述每根燃料喷管分为燃料喷管内管102a和燃料喷管外管102b，所述燃料喷管内管102a与燃料喷管外管102b相连通；燃料喷管内管102a处于所述喷嘴内流道401内，燃料喷管外管102b处于喷嘴外流道402内；燃料喷管可以采用一根，也可以分两段加工，分别焊接在喷嘴内外流道内；在燃料喷管内管102a上设置内侧燃料喷注孔103a,在燃料喷管外管102b上设置外侧燃料喷注孔103b(如图4所示)。
燃料喷管装置距旋流器201的轴向距离L2优选在15mm～30mm之间，燃料和空气无需在进入喷嘴内外流道前混合均匀，可以在旋流器201以及限流孔板301下游继续混合，在保证混合性能的前提下大大降低了低旋流喷嘴的长度，提高了低旋流喷嘴的安装协调性。内侧燃料喷注孔103a和外侧燃料喷注孔103b的直径一般为1～2mm，且燃料喷注孔的中心线与低旋流喷嘴中心线呈90°，保证燃料的贯穿深度以及掺混性能。燃料喷管的数量一般与旋流器201叶片数量保持一致，优选为6～20个，燃料喷管的形状为圆管、锥形管或椭圆形管。
燃料喷管内管102a上的内侧燃料喷注孔103a沿喷嘴内流道401径向位置均匀布置或错落布置于燃料喷管内管壁面的两侧；燃料喷管外管102b上的外侧燃料喷注孔103b沿喷嘴外流道402径向位置均匀布置或交叉布置于燃料喷管外管壁面的两侧；在燃料喷管内管的两侧均布置燃料喷注孔，可以保证燃料喷管内管两侧燃料比较趋近均匀，确保在燃料贯穿深度不高的时候仍然具有良好的混合性能，由于内层燃料量较低，为保证其仍具有合理地贯穿深度，燃料喷注孔的孔数需要设置的比较少。
本发明的工作过程如下：
燃料从燃料进口管101进入，通过与燃料进口管101相连通的燃料喷管装置分别进入燃料喷管内管102a和燃料喷管外管102b，一部分通过燃料喷嘴内管102a上的内侧燃料喷注孔103a进入喷嘴内流道401；另一部分流入燃料喷嘴外管102b，并分别通过内侧燃料喷注孔103a和外侧燃料喷注孔103b喷入喷嘴内流道401和喷嘴外流道402；空气从前方空气进口501分别进入喷嘴内流道401和喷嘴外流道402，经过燃料喷管装置时与喷出的燃料混合形成燃料空气混合气，喷嘴内流道401内的燃料空气混合气流经限流孔板301，喷嘴外流道402内的燃料空气混合气流经旋流器201，两股混合气在喷嘴下游汇聚形成低旋流气流，流入燃烧扩张区403进行燃烧，通过控制处于燃料喷管内管102a和燃料喷管外管102b上的燃料喷注孔的孔径及数量可以对喷嘴内外流道的燃料量进行控制，进而控制进入喷嘴内外流道的燃料空气比例，控制进入喷嘴内流道401的燃料空气比例低于进入喷嘴外流道402的燃料空气比例。即使低旋流喷嘴的回流区较小，燃烧区的中心区仍存在回流区，控制进入回流区内的燃料量，可以降低回流区内的高温区，进而降低NOX的产生，减少污染。

Claims (8)

1.一种燃气轮机燃烧室低旋流喷嘴，包括燃料进口管(101)、空气进口(501)、喷嘴内流道(401)、喷嘴外流道(402)、限流孔板(301)、旋流器(201)和燃烧扩张段(403)；所述的限流孔板(301)设置在所述喷嘴内流道(401)内，所述旋流器(201)设置在喷嘴外流道(402)内，所述燃烧扩张段(403)设置在喷嘴内流道(401)以及喷嘴外流道(402)的下游，其特征在于：该燃烧室低旋流喷嘴包括一个燃料喷管装置，该燃料喷管装置设置于限流孔板(301)以及旋流器(201)的上游，该燃料喷管装置包括至少四根燃料喷管，且燃料喷管沿燃料进口管圆周均匀分布，每根燃料喷管的一端与燃料进口管(101)相连通，另一端与低旋流喷嘴外流道的外壁相连；所述每根燃料喷管分为燃料喷管内管(102a)和燃料喷管外管(102b)；燃料喷管内管(102a)处于所述喷嘴内流道(401)内，燃料喷管外管(102b)处于喷嘴外流道(402)内；在燃料喷管内管(102a)上设置内侧燃料喷注孔(103a),在燃料喷管外管(102b)上设置外侧燃料喷注孔(103b)。
2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机燃烧室低旋流喷嘴，其特征在于：所述燃料喷管装置距所述旋流器(201)的轴向距离L2在15mm～30mm之间。
3.根据权利要求1或2所述的一种燃气轮机燃烧室低旋流喷嘴，其特征在于：所述内侧燃料喷注孔(103a)和外侧燃料喷注孔(103b)的直径为1～2mm。
4.根据权利要求3所述的一种燃气轮机燃烧室低旋流喷嘴，其特征在于：所述内侧燃料喷注孔(103a)和外侧燃料喷注孔(103b)的中心线与燃料进口管(101)的中心线呈90°。
5.根据权利要求4所述的一种燃气轮机燃烧室低旋流喷嘴，其特征在于：燃料喷管内管(102a)上的内侧燃料喷注孔(103a)沿喷嘴内流道(401)径向位置均匀布置或错落布置于燃料喷管内管(102a)壁面的两侧；燃料喷管外管(102b)上的外侧燃料喷注孔(103b)沿喷嘴外流道(402)径向位置均匀布置或交叉布置于燃料喷管外管(102b)壁面的两侧。
6.根据权利要求1所述的一种燃气轮机燃烧室低旋流喷嘴，其特征在于：燃料喷管的数量与旋流器(201)叶片数量保持一致。
7.根据权利要求1所述的一种燃气轮机燃烧室低旋流喷嘴，其特征在于：燃料喷管的数量为6～20个。
8.根据权利要求1、6或7所述的一种燃气轮机燃烧室低旋流喷嘴，其特征在于：燃料喷管为圆管、锥形管或椭圆形管。
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