一种用于天然气燃气轮机燃烧室的双级反旋贫直喷喷嘴

本发明属于天然气燃气轮机领域，具体涉及一种用于天然气燃气轮机燃烧室的双级反旋贫直喷喷嘴。

背景技术：

1、对于燃用天然气的燃气轮机，想要保证燃烧室中温度均匀且燃料燃烧完全，需要保证燃料与空气掺混均匀，局部当量比在合理范围内，使燃料以贫燃预混(即当量比小于1)的状态进行燃烧。燃烧室中的喷嘴作为气态燃料和空气掺混的必要装置，影响燃烧室头部燃料空间分布、燃料与空气掺混效果以及燃烧区域局部当量比，对燃气轮机组污染物排放起到关键影响。

2、在燃气轮机燃烧室中，现阶段喷嘴的旋流装置通常采用单级旋流的形式。但是，单级旋流器的旋向单一，旋流空气对天然气的掺混效果相对较弱，易造成局部当量比过大，产生局部高温，使污染物增多。而且单旋流的旋流器不易产生稳定的回流区，易发生燃烧不稳定现象，影响燃烧性能。

技术实现思路

1、本发明所为了解决背景技术中存在的技术问题，目的在于提供了一种用于天然气燃气轮机燃烧室的双级反旋贫直喷喷嘴，其能够强化天然气与空气掺混，优化燃料空间分布，在燃烧室头部形成低速回流区，稳定火焰，减少污染物排放，提高燃烧性能。

2、为了解决技术问题，本发明的技术方案是：

3、一种用于天然气燃气轮机燃烧室的双级反旋贫直喷喷嘴，包括喷嘴外壳，所述喷嘴外壳的内部设置一级空气管，所述一级空气管的内部设置燃料管，所述燃料管与一级空气管之间形成一级空气管通道，所述一级空气管与喷嘴外壳之间形成二级空气通道，所述燃料管的出口设置多孔阵列喷注器，所述喷嘴外壳靠近喷嘴出口的内侧设置文氏管；

4、所述一级空气管的末端设置安装旋流器连接板，所述二级旋流器设置在所述喷嘴外壳和旋流器连接板之间，所述一级旋流器设置在所述旋流器连接板和燃料管之间。

5、进一步，所述喷嘴外壳、一级空气管、燃料管、多孔阵列喷注器及文氏管的轴线共线。

6、进一步，所述多孔阵列喷注器和燃料管采用螺纹连接，其连接处采用密封垫圈密封。

7、进一步，所述二级旋流器分别与旋流器连接板的外壁和喷嘴外壳的内壁固定连接。

8、进一步，所述一级旋流器分别与旋流器连接板的内壁和燃料管的外壁固定连接。

9、进一步，所述多孔阵列喷注器的形状为圆台状，所述多孔阵列喷注器的内部设置喷嘴燃料通道，所述多孔阵列喷注器的喷嘴多孔出口处设置多孔阵列或多孔介质填充，所述喷嘴多孔出口位于多孔阵列喷注器的圆台中心，所述喷嘴多孔出口的水平位置与文氏管的喉部平齐。

10、进一步，所述文氏管包括文氏管收缩段和文氏管扩张段；沿喷出方向依次为文氏管收缩段、文氏管扩张段；所述文氏管与喷嘴外壳固定连接，所述文氏管的出口端面与燃烧室底板齐平。

11、进一步，所述一级旋流器和二级旋流器的旋向相反。

12、与现有技术相比，本发明的优点在于：

13、本发明主要由多孔阵列喷注器、一级旋流器、二级旋流器、燃料通道、一级空气通道、二级空气通道和文氏管组成。天然气通过燃料通道经多孔阵列喷注器喷射入文氏管，一级空气和二级空气分别进入一级空气通道和二级空气通道，经一级旋流器和二级旋流器产生旋流，由于一级旋流器和二级旋流器的旋向是相反的，因此从一级旋流器和二级旋流器流出的一级空气和二级空气的旋流方向也是相反的。旋向相反的空气受文氏管收缩段的挤压，在两股气流交汇处产生强烈的剪切涡流。多孔阵列喷注器出口布置在文氏管的喉部附近，天然气从多孔阵列喷注器喷出后，在文氏管扩张段射入剪切涡流，受剪切涡流的影响与空气强烈混合，使燃料空间分布更均匀，分布范围更大，燃烧室温度分布更均匀，燃烧更充分，不易产生局部高温，进而减少污染物nox、co和uhc的排放。旋流器产生的旋流气流和多孔阵列喷注器喷出的天然气会在燃烧室头部产生低速回流区，起到稳定火焰的作用。文氏管收缩段可以强化一级空气和二级空气的剪切作用，文氏管扩张段可以防止燃料被回流气流带回喷嘴出口，预防多孔阵列喷注器烧蚀和积碳。由于一级空气和二级空气均来自独立的通道，因此各自气量可以随意调控，避免气流整体旋流强度较低、难以形成中心回流区，降低造成燃烧不稳定的风险。对比已有的公知技术，该发明具有使用工况更广，燃料掺混效果更好，不易烧蚀、积碳，燃烧更稳定，燃烧室温度分布更均匀，污染物排放更低等优点。

技术特征：

1.一种用于天然气燃气轮机燃烧室的双级反旋贫直喷喷嘴，其特征在于，包括喷嘴外壳(3)，所述喷嘴外壳(3)的内部设置一级空气管(2)，所述一级空气管(2)的内部设置燃料管(1)，所述燃料管(1)与一级空气管(2)之间形成一级空气管通道(11)，所述一级空气管(2)与喷嘴外壳(3)之间形成二级空气通道(12)，所述燃料管(1)的流出口设置多孔阵列喷注器(8)，所述喷嘴外壳(3)靠近喷嘴出口的内侧设置文氏管(7)；

2.根据权利要求1所述的一种用于天然气燃气轮机燃烧室的双级反旋贫直喷喷嘴，其特征在于，所述喷嘴外壳(3)、一级空气管(2)、燃料管(1)、多孔阵列喷注器(8)及文氏管(7)的轴线共线。

3.根据权利要求1所述的一种用于天然气燃气轮机燃烧室的双级反旋贫直喷喷嘴，其特征在于，所述多孔阵列喷注器(8)和燃料管(1)采用螺纹连接，其连接处采用密封垫圈(15)密封。

4.根据权利要求1所述的一种用于天然气燃气轮机燃烧室的双级反旋贫直喷喷嘴，其特征在于，所述二级旋流器(4)分别与旋流器连接板(5)的外壁和喷嘴外壳(3)的内壁固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于天然气燃气轮机燃烧室的双级反旋贫直喷喷嘴，其特征在于，所述一级旋流器(6)分别与旋流器连接板(5)的内壁和燃料管(1)的外壁固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于天然气燃气轮机燃烧室的双级反旋贫直喷喷嘴，其特征在于，所述多孔阵列喷注器(8)的形状为圆台状，所述多孔阵列喷注器(8)的内部设置燃料通道(16)，所述多孔阵列喷注器(8)的喷嘴多孔出口(17)处设置多孔阵列或多孔介质填充，所述喷嘴多孔出口(17)位于多孔阵列喷注器(8)的圆台中心，所述喷嘴多孔出口(17)的水平位置与文氏管(7)的喉部平齐。

7.根据权利要求1所述的一种用于天然气燃气轮机燃烧室的双级反旋贫直喷喷嘴，其特征在于，所述文氏管(7)包括文氏管收缩段(13)和文氏管扩张段(14)；沿喷出方向依次为文氏管收缩段(13)、文氏管扩张段(14)；所述文氏管(7)与喷嘴外壳(3)固定连接，所述文氏管(7)的出口端面与燃烧室底板齐平。

8.根据权利要求1所述的一种用于天然气燃气轮机燃烧室的双级反旋贫直喷喷嘴，其特征在于，所述一级旋流器(6)和二级旋流器(4)的旋向相反。

9.根据权利要求1所述的一种用于天然气燃气轮机燃烧室的双级反旋贫直喷喷嘴，其特征在于，所述一级旋流器(6)和二级旋流器(4)采用旋流叶片形式或旋流孔的形式。

技术总结
本发明公开了一种用于天然气燃气轮机燃烧室的双级反旋贫直喷喷嘴，包括喷嘴外壳，喷嘴外壳的内部设置一级空气管，一级空气管的内部设置燃料管，燃料管与一级空气管之间形成一级空气管通道，一级空气管与喷嘴外壳之间形成二级空气通道，燃料管的出口设置多孔阵列喷注器，喷嘴外壳靠近喷嘴出口内侧设置文氏管；一级空气管的末端设置安装旋流器连接板，二级旋流器设置在所述喷嘴外壳和旋流器连接板之间，一级旋流器设置在所述旋流器连接板和燃料管之间。其能够强化天然气与空气掺混，优化燃料空间分布，让燃料以预混贫燃状态燃烧，并在燃烧室头部形成低速回流区，稳定火焰，减少污染物排放，提高燃烧性能。

技术研发人员：孔文俊,赵若霖,张伟阔
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10