燃气轮机双燃料燃烧室喷嘴的制作方法
【专利摘要】燃气轮机双燃料燃烧室喷嘴，属于燃气轮机【技术领域】。该喷嘴包括轴向中心燃料通道和与该轴向中心燃料通道同轴布置的外围轴向环形燃料通道、外围轴向环形稀释气体通道及外围径向环形空气通道。外围轴向环形稀释气体通道内壁面上设有燃料稀释孔，燃料稀释孔7与外围轴向环形燃料通道连通。该喷嘴结构的优点在于：其一，燃料稀释的方式不会阻塞空气射流，从而保证燃烧室头部有充足的空气参与燃烧；其二，采用了结构简单并且容易实施的方式，实现了稀释剂和燃料的预先混合，使得稀释剂的加入不会扰乱燃烧室的内部流场，从而保证燃烧的稳定性和良好的出口温度分布。
【专利说明】 燃气轮机双燃料燃烧室喷嘴
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种燃气轮机燃烧室喷嘴，尤其涉及能够使用双燃料的燃气轮机低污染燃烧室喷嘴，属于燃气轮机【技术领域】。
【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。IGCC(整体煤气化联合循环发电系统)作为一种新型“绿色”燃煤技术，为煤的清洁高效利用提供了一种新的途径。
[0003]IGCC系统中的燃气轮机，采用气化炉产生的中低热值合成气为燃料，与压气机输送来的高压空气在燃烧室中进行快速混合和燃烧，高温高压的气流经透平做功，进而带动电机发电。由于合成气(主要成份是0)和氏)有别于常规燃料，所以燃气轮机燃烧室中通常所采用的如扩散燃烧和预混燃烧技术均不再适用。因此，需根据IGCC系统和合成气燃料成分的特点，开发更加适合的低污染燃烧技术。
[0004]由于合成气中主要成分为CO和H2，其过高的火焰传播速度，过高的绝热火焰温度和过宽的可燃极限和爆炸边界，使得扩散燃烧方式为最佳燃烧策略。但是，采用扩散燃烧方式时，也带来了扩散燃烧方式所固有的缺点，即燃烧区中永远存在化学恰当比的火焰锋面，过高的峰值火焰温度，将会极大地促使NOx快速生成。为解决此问题，人们尝试将稀释剂，如氮气(N2),水蒸气(H2O)和二氧化碳(CO2)等惰性气体，注入到燃烧区，使得燃烧区峰值火焰温度大幅度降低，从而降低污染物排放。
[0005]稀释扩散燃烧技术作为早期低污染燃烧的技术手段之一已进入工程应用多年，但是其在IGCC系统低污染燃烧领域中的应用依然有两大问题需要解决。即:如何在保证良好稀释的同时，保持火焰稳定；如何抑制大体积流量的燃料和稀释剂对空气气流的阻塞。
实用新型内容
[0006]为解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种燃气轮机双燃料燃烧室喷嘴，该燃烧室喷嘴不仅能够在保证良好稀释的同时，保持火焰稳定，还能够抑制大体积流量的燃料和稀释剂对空气气流的阻塞，同时稀释剂的注入不会扰乱燃烧室内部流场结构，从而保证燃烧的稳定性和良好的出口温度分布。
[0007]本实用新型所采用的技术方案如下:一种燃气轮机双燃料燃烧室喷嘴，该喷嘴包括轴向中心燃料通道和与该轴向中心燃料通道同轴布置的外围轴向环形燃料通道及外围径向环形空气通道，其特征在于:所述喷嘴还包括与所述轴向中心燃料通道同轴布置的外围轴向环形稀释气体通道，该外围轴向环形稀释气体通道内壁面上设有燃料稀释孔，该燃料稀释孔与外围轴向环形燃料通道相连通；所述轴向中心燃料通道出口端的壁面上开有密集小孔；所述外围轴向环形燃料通道出口处设置有外围燃料旋流装置；所述外围径向环形空气通道内设置有空气旋流装置。[0008]上述技术方案中，所述的外围燃料旋流装置采用轴向叶片式结构或轴向叶栅式结构，叶片个数或叶栅通道个数在8?16之间。
[0009]所述的空气旋流装置采用径向叶片式结构，叶片个数在12?18之间。
[0010]该实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果:
[0011](I)稀释剂的注入不会阻塞空气流道，从而保证了充分的燃烧空气量，克服了现有技术中由于燃烧室头部缺氧所导致燃烧不充分问题。
[0012](2)通过燃料稀释的方式实现了稀释剂和燃料的预先混合，从而使得稀释剂的加入不会扰乱燃烧室的内部流场，保证了燃烧的稳定性和良好的燃烧室出口温度分布。
[0013](3)该喷嘴结构简单，加工方便，便于实施。
[0014](4)本实用新型在轴向中心燃料通道出口端的壁面上设有密集燃料孔，该孔在燃气轮机工作时，单独通入燃料或单独通入清吹空气，由于淬熄的作用阻止火焰在端部壁面的附着，从而保护喷嘴端壁不会被烧坏。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型提供的燃气轮机双燃料燃烧室喷嘴的结构原理示意图。
[0016]图2为双燃料燃烧室喷嘴中外围燃料旋流装置采用轴向叶栅结构实施例的三维首1J视图。
[0017]图3为双燃料燃烧室喷嘴外围燃料旋流装置采用轴向叶片式结构实施例的三维首1J视图。
[0018]图中符号说明如下:1_轴向中心燃料通道；2-外围轴向环形燃料通道；3-外围轴向环形稀释气体通道；4_外围径向环形空气通道；5_密集小孔；6_外围燃料旋流装置；7-燃料稀释孔；8_空气旋流装置。
【具体实施方式】
[0019]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。
[0020]图1为本实用新型提供的燃气轮机双燃料燃烧室喷嘴的结构原理示意图，该喷嘴包括轴向中心燃料通道I和与该轴向中心燃料通道I同轴布置的外围轴向环形燃料通道2、外围轴向环形稀释气体通道3及外围径向环形空气通道4 ;外围轴向环形稀释气体通道3内壁面上设有燃料稀释孔7，燃料稀释孔7与外围轴向环形燃料通道2连通，通入稀释剂的量由燃料稀释孔7总面积保证。轴向中心燃料通道I出口端的壁面上开有密集小孔5 ;外围轴向环形燃料通道2出口处设置有外围燃料旋流装置6，外围燃料旋流装置6采用轴向叶片式结构或轴向叶栅式结构，叶片个数或叶栅通道个数在8?16之间；外围径向环形空气通道4内设置有空气旋流装置8，孔气旋流装置8采用径向叶片式结构，叶片个数在12?18之间。
[0021]本实用新型的工作原理如下:
[0022]中心燃料作为启动燃料通过轴向中心燃料通道1，经过密集小孔5入燃烧区域，与通过外围径向环形空气通道4入的旋流空气混合和燃烧，喷嘴只供应中心燃料时称为启动燃烧模式；喷嘴启动后，外围燃料作为基本负荷燃料通过外围轴向环形燃料通道2流进燃烧区域参与燃烧，喷嘴同时供应中心燃料和外围燃料时称为过渡燃烧模式，与此同时外围轴向环形稀释气体通道3通过燃料稀释孔7向外围轴向环形燃料通道2供应稀释气体；达到负荷要求后，将轴向中心燃料通道I供应的中心燃料切换成清吹空气，喷嘴只供应外围燃料时称为正常燃烧模式。
【权利要求】
1.燃气轮机双燃料燃烧室喷嘴，该喷嘴包括轴向中心燃料通道(I)和与该轴向中心燃料通道(I)同轴布置的外围轴向环形燃料通道(2)及外围径向环形空气通道(4)，其特征在于:所述喷嘴还包括与所述轴向中心燃料通道(I)同轴布置的外围轴向环形稀释气体通道(3),该外围轴向环形稀释气体通道(3)内壁面上设有燃料稀释孔(7)，该燃料稀释孔(7)与外围轴向环形燃料通道(2)相连通；所述轴向中心燃料通道(I)出口端的壁面上开有密集小孔(5);所述外围轴向环形燃料通道(2)出口处设置有外围燃料旋流装置(6);所述外围径向环形空气通道(4)内设置有空气旋流装置(8)。
2.如权利要求1所述的燃气轮机双燃料燃烧室喷嘴，其特征在于:所述的外围燃料旋流装置(6)采用轴向叶片式结构或轴向叶栅式结构，叶片个数或叶栅通道个数在8?16之间。
3.如权利要求1或2所述的燃气轮机双燃料燃烧室喷嘴，其特征在于:所述的空气旋流装置(8)采用径向叶片式结构，叶片个数在12?18之间。
【文档编号】F23R3/38GK203595143SQ201320824703
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】查筱晨, 谢法, 张珊珊 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