一种燃气轮机用的预混合喷嘴的制作方法
【专利摘要】一种燃气轮机用的预混合喷嘴，涉及燃气轮机预混燃烧的燃烧室用的喷嘴。该预混合喷嘴包括旋流器，中心体和混合段。旋流器的前端设置有空气进口，在旋流器的旋流叶片上设置有气体燃料出口和气体燃料通道，中心体上设置有气体燃料进口，该气体燃料进口与气体燃料通道相连通，并在混合段内壁面上至少布置一排具有光滑表面的扰流器。所述的扰流器位于中心体的下游，呈凸起状结构。本实用新型通过在中心体下游引入扰流器，有效地加强了混合效果，从而起到了稳定燃烧、降低污染物排放的作用。
【专利说明】一种燃气轮机用的预混合喷嘴
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种燃气轮机预混燃烧的燃烧室用的喷嘴，属于燃气轮机燃烧室的结构设计。
【背景技术】
[0002]由于环境保护的要求越来越严格，在近年来燃气轮机燃烧器中越来越多地使用预混燃烧的方式来降低污染物的排放。通过将燃料与空气预先混合为均相的可燃混合物，使得其燃烧方式由传统的扩散燃烧转化为预混燃烧，从而能够降低燃烧室内的峰值温度，进而可以降低氮氧化物(NOx)的排放。
[0003]为了达到较低的污染物排放水平，离开喷嘴进入到火焰筒的反应区域的燃料和空气的混合物必须非常均匀。如果在流场中存在燃料-空气混合强度显著高于平均值的区域，那么这些区域中的燃烧产物的温度将高于平均温度；而高温时产生氮氧化物(NOx)是一个非常重要的原因。如果在流场中存在燃料-空气混合强度显著低于平均值的区域，那么这些区域中的燃烧产物的温度将低于平均温度，这些区域可能会发生猝熄或者燃烧不完全，从而增大一氧化碳(CO)和未燃烧烃(UHC)的排放。所以，提高燃料-空气混合强度是预混合喷嘴要解决的重要问题。
[0004]预混燃烧燃烧室多采用旋流混合技术来实现燃料与空气的良好混合，这种旋流混合技术通过在混合段上游设置多个叶片结构从而给气流施加一定的切向动量，由此产生的湍流扰动使得燃料与空气能够在下游空间实现快速并且均匀的混合效果。通常认为，旋流强度越大，越能够实现均匀混合。但是旋流强度太高容易导致燃烧稳定性下降。在燃烧稳定性的限制下，一般预混合喷嘴的旋流角度不会超过40°。对于燃料从旋流叶片上喷出的喷嘴结构，燃料容易在旋流叶片附近聚集，旋流强度往往不足以保证燃料和空气的充分混合。因而，燃料-空气的混合性能存在改进空间。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是针对现有技术的不足和缺陷，提出一种燃气轮机用的预混合喷嘴，旨在加强混合效果，从而稳定燃烧、降低污染物排放。
[0006]本实用新型的技术方案如下:一种燃气轮机用的预混合喷嘴，该预混合喷嘴包括旋流器，中心体和混合段，在所述旋流器的前端设置有空气进口，在旋流器的旋流叶片上设置有气体燃料出口和气体燃料通道，在中心体上设置有气体燃料进口，气体燃料进口与气体燃料通道相连通，其特征在于:在混合段内壁面上至少布置一排具有光滑表面的扰流器。
[0007]上述技术方案中，所述的扰流器位于中心体的下游。该扰流器呈凸起状结构；所述凸起状结构为连续的圆环凸起状或离散的凸起状；所述的离散的凸起状沿周向均匀分布，且个数优选等于旋流叶片的个数。
[0008]本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果:本实用新型在基本不改变喷嘴结构的基础上，通过在中心体下游的混合段内壁面上布置扰流器，可以对旋流空气进行一定的压缩与扰动，有效地加强了混合效果，从而起到了稳定燃烧、降低污染物排放的作用。同时，本实用新型具有结构简单，易于制造和成本低等特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为本实用新型提供的一种燃气轮机用的预混合喷嘴实施例的结构原理示意图。
[0010]图2为图1中A-A截面示意图。
[0011]图3为预混合喷嘴立体剖面示意图。
[0012]图4为本实用新型的另一个实施例。
[0013]图5为图4中B-B截面示意图。
[0014]图中符号说明如下:1_旋流器；11_空气进口 ；12_旋流叶片；121_气体燃料通道；122-气体燃料出口 ；13_旋流器外壁；2_中心体；21_气体燃料进口 ；3_混合段；4_扰流器。
【具体实施方式】
[0015]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。
[0016]图1为本实用新型提供的一种燃气轮机用的预混合喷嘴实施例的结构原理示意图，该预混合喷嘴包括旋流器1、中心体2和混合段3，其中，在旋流器I的前端设置有空气进口 11，在旋流叶片12上设置有气体燃料出口 122和气体燃料通道121，在中心体2上设置有气体燃料进口 21，气体燃料进口 21与气体燃料通道121相连通。来自气体燃料进口21的气体燃料通过气体燃料通道121，在气体燃料出口 122喷出，与来空气进口 11的空气在混合段3内发生混合。由于燃料从旋流叶片12的表面喷出且旋流叶片12的旋流强度有限，在混合段3内会出现燃料与空气混合不均匀的情况。在靠近混合段3内壁面区域，由于边界层的影响，这种混合不均匀的情况更加严重。
[0017]为了在加强燃料与空气混合效果的同时尽量不增加喷嘴结构的复杂性，本实用新型在混合段内壁面上至少布置一排扰流器4 ;该扰流器优选布置在中心体下游的混合段3的内壁面上；所述扰流器呈凸起状结构，凸起状结构可为连续的圆环凸起状，沿周向连续分布(参见图2);或为离散的凸起状；若采用离散的凸起状结构，应沿周向离散均匀分布，且个数优选等于旋流叶片的个数(参见图4、图5所示)。将扰流器4离散化布置的优点在于可以用较少的材料达到同样的混合效果，同时减少对原有设计流场的破坏。扰流器4可对不均匀混合区的流场进行压缩与干扰，从而促进了燃料与空气的混合。另外，扰流器4应具有光滑的表面，以防止空气分离。引入扰流器4之后，混合段3内燃料与空气的混合会得到较大的改善。
[0018]扰流器4可以直接焊接到混合段3内壁面上或者作为混合段3外壳的一部分。这样，在基本不改变喷嘴结构的基础上改善了喷嘴的混合性能，从而起到降低污染物排放的作用。
[0019]本实用新型所述的中心体可以采用渐缩型中心体，也可以采用其他类型的中心体。所述的旋流器可以是轴向旋流器，也可以是径向旋流器。
【权利要求】
1.一种燃气轮机用的预混合喷嘴，该预混合喷嘴包括旋流器(1)，中心体(2)和混合段(3)，在所述旋流器(I)的前端设置有空气进口(11)，在旋流器的旋流叶片(12)上设置有气体燃料出口(122)和气体燃料通道(121)，在中心体(2)上设置有气体燃料进口(21)，气体燃料进口(21)与气体燃料通道(121)相连通，其特征在于:在混合段(3)内壁面上至少布置一排具有光滑表面的扰流器(4)。
2.如权利要求1所述的一种燃气轮机用的预混合喷嘴，其特征在于:所述的扰流器(4)位于中心体(2)的下游。
3.如权利要求1或2所述的一种燃气轮机用的预混合喷嘴，其特征在于:所述的扰流器(4)呈凸起状结构。
4.如权利要求3所述的一种燃气轮机用的预混合喷嘴，其特征在于:所述的呈凸起状结构为连续的圆环凸起状或离散的凸起状。
5.如权利要求4所述的一种燃气轮机用的预混合喷嘴，其特征在于:所述的离散的凸起状沿周向均匀分布，且个数等于旋流叶片(12)的个数。
【文档编号】F23R3/38GK204006119SQ201420378455
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月9日 优先权日:2014年7月9日
【发明者】方子文, 张珊珊, 查筱晨 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