一种用于低污染燃气轮机燃烧室的双燃料喷嘴

本发明属于燃气轮机，具体涉及一种用于低污染燃气轮机燃烧室的双燃料喷嘴。

背景技术：

1、在石油开采平台、西气东输管路加压站等油气运输和开采场所，常使用油气两用燃气轮机作为动力设备。在常规情况下，这种设备使用石油开采伴生气或天然气作为燃料。在特殊情况下，它可以使用汽油、柴油等作为应急燃料。开发能够同时兼容气态和液态燃料的燃气轮机动力设备，可以为这些特殊场所提供动力的同时，更合理地利用可获取的燃料，以减少能源浪费。随着科技的进步和环保意识的增强，国内外对燃气轮机的排放提出了更高的要求，因此开发低排放组合燃料燃气轮机也变得十分迫切。

2、相较于传统的单相燃料燃气轮机，气液两相燃料燃气轮机的核心差异主要体现在燃料喷注系统中。作为双燃料燃气轮机的关键组件，双燃料喷嘴不仅对燃气轮机的工作效率产生重大影响，而且也决定了燃气轮机污染物排放的程度。因此，研发一款能够分别喷注气态燃料和液态燃料，并保证高雾化与掺混质量，同时减少污染物排放的双燃料喷嘴，具有重要意义。

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低污染燃气轮机燃烧室的双燃料喷嘴，在启动工况和特殊情况下，本发明使用液态燃料，在正常运行工况本发明喷嘴使用气态燃料。使用本发明能够加速液体破碎，强化液态燃料和空气掺混，优化燃料分布，提高燃烧稳定性，减少污染物排放，从而提升燃烧室性能。

2、为了解决技术问题，本发明的技术方案是：

3、一种用于低污染燃气轮机燃烧室的双燃料喷嘴，包括喷嘴外壳，所述喷嘴外壳内部设置有气态燃料套管，以及管壁内的环状气态燃料通道，在所述气态燃料套管内的入口段设置有液态燃料管，以及管内的液态燃料通道；所述液态燃料管的出口端固定一个雾化喷嘴，所述喷嘴外壳的下游内设置有文氏管；

4、所述气态燃料套管与液态燃料管之间形成一级空气通道；所述气态燃料套管与喷嘴外壳之间形成二级空气通道；在所述一级空气通道和二级空气通道的出口端设置一级旋流器和二级旋流器，所述一级旋流器和二级旋流器的旋向相反；

5、所述气态燃料通道的下游段设置气态燃料旋流通道，所述气态燃料旋流通道的下游为气态燃料出口；所述气态燃料通道、气态燃料旋流通道及气态燃料出口依次连通。

6、进一步，所述文氏管包括：收缩段和扩张段，所述文氏管收缩段入口与一级旋流器和二级旋流器的出口齐平，所述文氏管的喉部与雾化喷嘴出口平齐，所述文氏管与液态燃料管同轴布置，所述文氏管的出口和燃烧室底板齐平。

7、进一步，所述气态燃料套管的出口端与一级旋流器和二级旋流器的出口平齐，所述气态燃料套管的出口向轴心倾斜。

8、进一步，所述液态燃料管、气态燃料套管和喷嘴外壳同轴分布。

9、进一步，所述雾化喷嘴同轴安装在液态燃料管的后端，外形为圆台，其内部有液态燃料旋流通道；液态燃料出口设置在雾化喷嘴的圆台中心，液态燃料出口水平位置位于文氏管喉部。

10、进一步，所述液态燃料通道与液态燃料旋流通道、液态燃料出口依次连通。

11、进一步，所述一级旋流器和二级旋流器采用旋流叶片或旋流孔。

12、进一步，所述一级旋流器沿所述液态燃料管的内圆周均匀分布。

13、进一步，所述二级旋流器沿所述液态燃料管的外圆周均匀分布。

14、进一步，所述一级旋流器和二级旋流器的供气管路单独布置，一级空气和二级空气比例可调控。

15、与现有技术相比，本发明的优点在于：

16、本发明一种用于低污染燃气轮机燃烧室的双燃料喷嘴，主要由液态燃料管、气态燃料套管、喷嘴外壳、二级旋流器、一级旋流器、文氏管、雾化喷嘴组成。液态燃料通过液态燃料通道经喷嘴进行雾化，气态燃料通过气态燃料通道和斜切的气态燃料出口进行喷注，一级空气和二级空气分别经过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叶片旋向是相反的，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挤压，在两股气流交汇处产生强烈的剪切涡流。雾化喷嘴出口布置在文氏管的喉部附近，雾化后的液滴在文氏管扩张段射入剪切涡流，液滴受剪切涡流的影响二次破碎产生小液滴，在旋流气流的带动下，向下游移动，液滴分布更均匀，范围更大。这使得燃烧室温度分布更均匀，燃料燃烧更充分，不易产生局部高温，进而减少污染物nox、co和uhc的排放。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液滴被回流气流带回雾化喷嘴出口，防止雾化喷嘴烧蚀和积碳。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，能避免公知技术中因旋流空气旋向相反、旋流强度接近，混合后整体旋流强度较低，而造成燃烧不稳定的风险。该双燃料喷嘴的液态燃料量和气态燃料量可以调节比例，因此适用范围更广。在保证液态燃料良好雾化效果的同时，气态燃料也能与旋流空气进行良好的掺混。与现有公知技术相比，该发明具有使用工况范围更广、雾化效果更好、不易出现烧蚀和积碳的问题、燃烧更稳定、燃烧室温度分布更均匀以及污染物排放更低等优点。

技术特征：

1.一种用于低污染燃气轮机燃烧室的双燃料喷嘴，其特征在于，包括喷嘴外壳(3)，所述喷嘴外壳(3)内部设置有气态燃料套管(2)，以及管壁内的环状气态燃料通道(10)，在所述气态燃料套管(2)内的入口段设置有液态燃料管(1)，以及管内的液态燃料通道(8)；所述液态燃料管(1)的出口端固定一个雾化喷嘴(7)，所述喷嘴外壳(3)的下游内设置有文氏管(6)；

2.根据权利要求1所述的一种用于低污染燃气轮机燃烧室的双燃料喷嘴，其特征在于，所述文氏管(6)包括：收缩段(13)和扩张段(14)，所述文氏管收缩段(13)入口与一级旋流器(5)和二级旋流器(4)的出口齐平，所述文氏管(6)的喉部与雾化喷嘴(7)出口平齐，所述文氏管(6)与液态燃料管(1)同轴布置，所述文氏管(6)的出口和燃烧室底板齐平。

3.根据权利要求1所述的一种用于低污染燃气轮机燃烧室的双燃料喷嘴，其特征在于，所述气态燃料套管(2)的出口端与一级旋流器(5)和二级旋流器(4)的出口平齐，所述气态燃料套管(2)的出口向轴心倾斜。

4.根据权利要求1所述的一种用于低污染燃气轮机燃烧室的双燃料喷嘴，其特征在于，所述液态燃料管(1)、气态燃料套管(2)和喷嘴外壳(3)同轴分布。

5.根据权利要求1所述的一种用于低污染燃气轮机燃烧室的双燃料喷嘴，其特征在于，所述雾化喷嘴(7)同轴安装在液态燃料管(1)的后端，外形为圆台，其内部有液态燃料旋流通道(16)；液态燃料出口(17)设置在雾化喷嘴7的圆台中心，液态燃料出口(17)水平位置位于文氏管(6)喉部。

6.根据权利要求1所述的一种用于低污染燃气轮机燃烧室的双燃料喷嘴，其特征在于，所述液态燃料通道(8)与液态燃料旋流通道(16)、液态燃料出口(17)依次连通。

7.根据权利要求1所述的一种用于低污染燃气轮机燃烧室的双燃料喷嘴，其特征在于，所述一级旋流器(5)和二级旋流器(4)采用旋流叶片或旋流孔。

8.根据权利要求1所述的一种用于低污染燃气轮机燃烧室的双燃料喷嘴，其特征在于，所述一级旋流器(5)沿所述液态燃料套管(2)的内圆周均匀分布。

9.根据权利要求1所述的一种用于低污染燃气轮机燃烧室的双燃料喷嘴，其特征在于，所述二级旋流器(4)沿所述液态燃料套管(2)的外圆周均匀分布。

10.根据权利要求1所述的一种用于低污染燃气轮机燃烧室的双燃料喷嘴，其特征在于，所述一级旋流器(5)和二级旋流器(4)的供气管路单独布置，一级空气和二级空气比例可调控。

技术总结
本发明公开了一种用于低排放燃气轮机燃烧室的双燃料喷嘴，包括喷嘴外壳、同轴布置的气态燃料套管和液态燃料管。喷嘴外壳下游设置有文氏管，环形气态燃料套管内环壁和外环壁之间形成气态燃料通道，气态燃料套管内环壁与液态燃料管外壁之间形成一级空气通道，气态燃料套管外环壁与喷嘴外壳之间形成二级空气通道。环形气态燃料通道下游设置有旋流通道，为具有螺旋形通道的空心圆柱，气态燃料经该旋流通道旋转喷出。液态燃料管内为液态燃料通道，液态燃料通道下游设置一个雾化喷嘴，液态燃料由此喷嘴喷出。在一级空气通道和二级空气通道的下游设置有一级旋流器和二级旋流器，一级旋流器和二级旋流器的旋向相反。

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