一种燃气轮机燃烧室直射式双燃料喷嘴的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种燃气轮机燃烧室直射式双燃料喷嘴，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】
[0002]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。
[0003]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。直射式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，对燃气轮机燃烧室直射式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。
[0004]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。
【实用新型内容】
[0005]为解决现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种燃气轮机燃烧室直射式双燃料喷嘴，旨在使空气旋流装置和双燃料供应相互配合，达到更好的掺混效果，同时满足在不同负荷下对燃料的要求，从而保证稳定的燃烧场，实现良好的出口温度分布。
[0006]本实用新型所采用的技术方案如下:一种燃气轮机燃烧室直射式双燃料喷嘴，该喷嘴包括中心锥体、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孔，其特征在于:在内、外层空气旋流装置的每个叶片的前端还设有径向燃油中空通道，该径向燃油中空通道位于径向燃料气中空通道的下方，并与中心燃油通道相连通，径向燃油中空通道两侧沿径向方向开有燃油喷射孔。
[0007]本实用新型的技术特征还在于:所述燃油喷射孔的中心线与中心体的轴线成0?45度夹角。燃油喷射孔直径为0.1?0.5mm。同一叶片上的相邻燃油喷射孔之间的径向间距为0.1?0.3mm。燃料气直喷孔的直径为0.1?1mm。
[0008]上述技术方案中，其特征在于:内层空气旋流装置采用轴向叶片式结构，叶片沿内层气流通道均匀布置，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，叶片沿外层气流通道均匀布置，旋流角度为5?45度，叶片个数同内层空气旋流装置相同。
[0009]该实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果:①本实用新型的燃油通过内、外层空气旋流装置的叶片前端开的燃油喷射孔喷入气流通道，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本实用新型的燃油和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本实用新型通过调节的燃油喷射孔与中心锥体轴线的夹角、燃油喷射孔孔径以及径向间距等变量，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】
[0010]图1为本实用新型提供的一种燃气轮机燃烧室直射式双燃料喷嘴实施例的结构示意图。
[0011 ] 图2为直射式双燃料喷嘴的结构三维剖视图。
[0012]图中符号说明如下:1-中心锥体；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；10_径向燃料气中空通道；11_燃料气直喷孔；12_径向燃油中空通道；13_燃油喷射孔。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本实用新型的原理、结构和【具体实施方式】做进一步的说明。
[0014]图1为本实用新型提供的一种燃气轮机燃烧室直射式双燃料喷嘴实施例的结构示意图，该喷嘴包括中心锥体1、内层气流通道5和外层气流通道6 ;内、外层空气旋流装置间布置有中间隔板9 ;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、夕卜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10，径向燃料气中空通道10与环形燃料气通道3连通；径向燃料气中空通道10的壁面上开有燃料气直喷孔11 ;在内、外层空气旋流装置的每个叶片的前端还设有径向燃油中空通道12，该径向燃油中空通道12位于径向燃料气中空通道10的下方，并与中心燃油通道4相连通，径向燃油中空通道12两侧沿径向方向开有燃油喷射孔13。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。
[0015]本实用新型的技术方案中，所述燃油喷射孔的中心线与中心体的轴线成0?45度夹角。燃油喷射孔直径一般为0.1?0.5_。同一叶片上的相邻燃油喷射孔之间的径向间距优选为0.1?0.3mm。燃料气直喷孔的直径为0.1?1mm。内层空气旋流装置采用轴向叶片式结构，叶片沿内层气流通道均匀布置，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，叶片沿外层气流通道均匀布置，旋流角度为5?45度，叶片个数同内层空气旋流装置相同。
[0016]本实用新型的工作原理如下:
[0017]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前端的径向燃料气中空通道10，通过叶片壁面开设的燃料气直喷孔11喷入双层气流通道中。燃油通过中心燃油通道4进入喷嘴，经过中心锥体1壁面的燃油孔进入径向燃料气中空通道下方的径向燃油中空通道12，通过径向燃油中空通道两侧的燃油喷射孔13喷入内、外层气流通道。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与喷入的燃料气和燃油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与喷入的燃料气和燃油进行掺混并形成弱旋流。两层气体在中间隔板9后面汇合，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，内层旋流装置旋流角度较小，防止喷嘴内部低速区的出现；外层旋流器旋流角度较大，利于在喷嘴下游形成稳定火焰的回流区。空气旋流装置和双燃料供应相互配合，保证稳定的燃烧场，实现良好的出口温度分布。
【主权项】
1.一种燃气轮机燃烧室直射式双燃料喷嘴，该喷嘴包括中心锥体(1)、内层气流通道(5)和外层气流通道(6);中心锥体⑴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(10)，径向燃料气中空通道(10)与环形燃料气通道(3)连通；径向燃料气中空通道(10)的壁面上开有燃料气直喷射孔(11)，其特征在于:在内、外层空气旋流装置的每个叶片的前端还设有径向燃油中空通道(12)，该径向燃油中空通道(12)位于径向燃料气中空通道(10)的下方，并与中心燃油通道(4)相连通，径向燃油中空通道(12)两侧沿径向方向开有燃油喷射孔(13)。2.如权利要求1所述的一种燃气轮机燃烧室直射式双燃料喷嘴，其特征在于:所述燃油喷射孔(13)的中心线与中心体的轴线成0?45度夹角。3.如权利要求1或2所述的一种燃气轮机燃烧室直射式双燃料喷嘴，其特征在于:燃油喷射孔(13)直径为0.1?0.5mmο4.如权利要求3所述的一种燃气轮机燃烧室直射式双燃料喷嘴，其特征在于:同一叶片上的相邻燃油喷射孔(13)之间的径向间距为0.1?0.3mm。5.如权利要求1所述的一种燃气轮机燃烧室直射式双燃料喷嘴，其特征在于:燃料气直喷孔(11)的直径为ο.1?Immo6.如权利要求1所述的一种燃气轮机燃烧室直射式双燃料喷嘴，其特征在于:内层空气旋流装置(7)采用轴向叶片式结构，叶片沿内层气流通道(5)均匀布置，旋流角度为0?5度，叶片个数在6?8之间。7.如权利要求1所述的一种燃气轮机燃烧室直射式双燃料喷嘴，其特征在于:外层空气旋流装置(8)采用轴向叶片式结构，叶片沿外层气流通道(6)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(7)相同。
【专利摘要】一种燃气轮机燃烧室直射式双燃料喷嘴，该喷嘴包括中心锥体、内层气流通道和外层气流通道、内层空气旋流装置和外层空气旋流装置；中心锥体内部布置有环形燃料气通道和中心燃油通道，并在旋流装置的每个叶片的前端设有径向燃料气中空通道和径向燃油中空通道，径向燃料气中空通道和径向燃油中空通道的壁面上分别开有燃料气直喷孔和燃油喷射孔。本实用新型的燃油和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。同时通过调节燃油喷射孔的孔径、倾斜角度以及径向间距等变量，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,进而实现良好的出口温度分布，保证稳定的燃烧场。
【IPC分类】F23R3/12, F23R3/28
【公开号】CN204987087
【申请号】CN201520095379
【发明人】张龙, 张珊珊, 查筱晨, 刘小龙
【申请人】北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年2月10日