一种燃气轮机燃烧室中心体开槽旋流喷嘴

摘要

本发明涉及燃气轮机技术领域，公开了一种燃气轮机燃烧室中心体开槽旋流喷嘴。该燃气轮机燃烧室中心体开槽旋流喷嘴包括：中心锥体、壳体及多个旋流叶片；所述中心锥体位于所述壳体内，所述中心锥体及所述壳体之间形成有环形的外围空气通道，所述旋流叶片沿所述中心锥体周向设置于所述中心锥体上，在所述中心锥体的外圆周上还布置有多个槽道，所述槽道与所述旋流叶片间隔分布。本发明提供的燃气轮机燃烧室中心体开槽旋流喷嘴中的中心锥体上设置有多个槽道，改变了中心锥体内侧的流动方式，混合气旋流强度减弱，轴向速度增强，匹配喷嘴出口的燃料浓度和速度分布；具有合理有效的组织燃烧和控制污染物排放的优点。

权利要求

1.一种燃气轮机燃烧室中心体开槽旋流喷嘴，其特征在于，包括：中心锥体(1)、壳体(11)及多个旋流叶片(4)；所述中心锥体(1)位于所述壳体(11)内，所述中心锥体(1)及壳体(11)之间形成有环形的外围空气通道(2)，所述旋流叶片(4)沿所述中心锥体(1)周向设置于所述中心锥体(1)上，在所述中心锥体(1)的外圆周上还布置有多个槽道(6)，所述槽道(6)与所述旋流叶片(4)间隔分布。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室中心体开槽旋流喷嘴，其特征在于：所述中心锥体(1)的一端内设置有燃料通道(3)，所述旋流叶片(4)内设置有与所述燃料通道(3)连通的叶片通道，所述叶片通道上设置有多个燃料喷射孔(5)。

3.根据权利要求2所述的燃气轮机燃烧室中心体开槽旋流喷嘴，其特征在于：所述燃料喷射孔(5)的孔径为0.1-0.5mm。

4.根据权利要求2所述的燃气轮机燃烧室中心体开槽旋流喷嘴，其特征在于：所述中心锥体(1)上相对于所述燃料通道(3)设置的一端为圆锥端(8)，所述槽道(6)的一端位于相邻的两个所述旋流叶片(4)之间，另一端延长至所述圆锥端(8)。

5.根据权利要求4所述的燃气轮机燃烧室中心体开槽旋流喷嘴，其特征在于：所述壳体(11)上设置有收缩段(10)，所述圆锥端(8)位于所述收缩段(10)内。

6.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室中心体开槽旋流喷嘴，其特征在于：所述槽道(6)截面形状为长方形，其高度为2～5mm。

7.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室中心体开槽旋流喷嘴，其特征在于：所述槽道(6)截面宽度尺寸为所述旋流叶片(4)的周向安装间隙的30％～80％。

8.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室中心体开槽旋流喷嘴，其特征在于：所述旋流叶片(4)的个数为6～12。

说明书

一种燃气轮机燃烧室中心体开槽旋流喷嘴

技术领域

[0001] 本发明涉及燃气轮机技术领域，尤其涉及一种燃气轮机燃烧室中心体开槽旋流喷嘴，具体的是一种更加合理有效的组织燃烧和控制污染物排放的燃气轮机燃烧室中心体开槽旋流喷嘴。

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，燃料气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。当前，对燃气轮机燃烧室喷嘴的设计形式，例如专利US 6832481B2，采用升高燃料喷射孔高度，使高浓度的燃料分布匹配喷嘴中心锥体外侧较高的速度型，中心锥体内侧保持较低的速度型和低浓度的燃料分布，以维持组织燃烧的合理条件。

[0004] 但是，由于中心锥体内外侧速度分布差别大，燃料喷射孔升高的高度受壳体高度的限制，速度分布和燃料浓度分布匹配困难；中心低速区明显，对混合气进入燃烧室后的组织燃烧造成困难；变工况或其他原因造成振荡燃烧后，保持合理的速度、浓度匹配较为困难。因此，仍然需要更加合理有效的燃气轮机燃烧室喷嘴形式来组织燃烧和控制污染物排放。

[0005] 鉴于上述现有技术的缺陷，需要提供一种更加合理有效的组织燃烧和控制污染物排放的燃气轮机燃烧室中心体开槽旋流喷嘴。

发明内容

[0006] (一)要解决的技术问题

[0007] 本发明要解决的技术问题是现有的中心锥体内外侧速度分布差别大，燃料喷射孔升高的高度受壳体高度的限制，速度分布和燃料浓度分布匹配困难；中心低速区明显，对混合气进入燃烧室后的组织燃烧造成困难；变工况或其他原因造成振荡燃烧后，保持合理的速度、浓度匹配较为困难的问题。

[0008] (二)技术方案

[0009] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种燃气轮机燃烧室中心体开槽旋流喷嘴。该燃气轮机燃烧室中心体开槽旋流喷嘴包括：中心锥体、壳体及多个旋流叶片；所述中心锥体位于所述壳体内，所述中心锥体及壳体之间形成有环形的外围空气通道，所述旋流叶片沿所述中心锥体周向设置于所述中心锥体上，在所述中心锥体的外圆周上还布置有多个槽道，所述槽道与所述旋流叶片间隔分布。

[0010] 其中，所述中心锥体的一端内设置有燃料通道通道，所述旋流叶片内设置有与所述空气通道连通的叶片通道，所述叶片通道上设置有多个燃料喷射孔。

[0011] 其中，所述燃料喷射孔的孔径为0.1-0.5mm。

[0012] 其中，所述中心锥体上对应于所述燃料通道设置的一端为圆锥端，所述槽道的一端位于相邻的两个所述旋流叶片之间，另一端延长至所述圆锥端。

[0013] 其中，所述壳体上设置有收缩段，所述圆锥端位于所述收缩段内。

[0014] 其中，所述槽道截面形状为长方形，其高度尺寸为2～5mm。

[0015] 其中，所述槽道截面宽度尺寸为所述旋流叶片的周向安装间隙的30％～80％。

[0016] 其中，所述旋流叶片的个数为6～12。

[0017] (三)有益效果

[0018] 本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的燃气轮机燃烧室中心体开槽旋流喷嘴中的中心锥体位于壳体内，中心锥体及壳体之间形成有环形的外围空气通道，旋流叶片沿中心锥体周向设置于中心锥体上，在中心锥体的外圆周上还布置有多个槽道，槽道与旋流叶片间隔分布。本发明提供的燃气轮机燃烧室中心体开槽旋流喷嘴中的中心锥体上设置有多个槽道，改变了中心锥体内侧的流动方式，混合气旋流强度减弱，轴向速度增强，匹配喷嘴出口的燃料浓度和速度分布；具有合理有效的组织燃烧和控制污染物排放的优点。

附图说明

[0019] 图1是本发明实施例燃气轮机燃烧室中心体开槽旋流喷嘴的正面结构示意图；

[0020] 图2是本发明实施例燃气轮机燃烧室中心体开槽旋流喷嘴的立体剖视图；

[0021] 图3是本发明实施例燃气轮机燃烧室中心体开槽旋流喷嘴的正面结构示意图。

[0022] 图中：1：中心锥体；2：外围空气通道；3：燃料通道；4：旋流叶片；5：燃料喷射孔；6：槽道；7：槽道第一端；8：圆锥端；9：槽道第二端；10：收缩段；11：壳体。

具体实施方式

[0023] 在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的机或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0024] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0025] 下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

[0026] 如图1至图3所示，本发明实施例提供的燃气轮机燃烧室中心体开槽旋流喷嘴包括：中心锥体1、壳体11及多个旋流叶片4；中心锥体1位于壳体11内，中心锥体1及壳体11之间形成有环形的外围空气通道2，中心锥体1上沿中心锥体1的周向设置有多个旋流叶片4，本实施中采用6～12个旋流叶片4。在中心锥体1的外圆周上还布置有多个槽道
6，槽道6沿中心锥体1长度方向设置，且与旋流叶片4间隔分布。中心锥体1上对应于燃料通道3设置的一端为圆锥端8，即中心锥体1的一端内设置有燃料通道3，另一端为实体部分的圆锥形的圆锥端8。槽道6的起始端即槽道第一端7位于相邻的两个旋流叶片4之间，终止端即槽道第二端9延长至圆锥端8。槽道6的截面形状为长方形，槽道6的截面宽度尺寸为旋流叶片4的周向安装间隙的30％～80％，槽道6的高度尺寸为2～5mm。本实施例中的槽道6通过槽道的尺寸和长度的变化调整中心锥体1内测的旋流强度和轴向速度，为喷嘴提供更宽的设计空间，满足不同燃料和空气掺混的需要。

[0027] 本发明提供的燃气轮机燃烧室中心体开槽旋流喷嘴，从中心锥体1上安装的旋流叶片4的轴向位置起，在相邻的旋流叶片4周向间隙之间的中心锥体1壁面上开设槽道6的槽道第一端7。位于相邻的旋流叶片4的槽道6的方向与旋流叶片4的方向一致。旋流叶片4后的槽道6的方向为直线形。槽道6的结束端即槽道第二端9位于中心锥体1的圆锥端8上。本实施例中的槽道6为长方形，槽道6改变了中心锥体1内侧的流动方式，混合气旋流强度减弱，轴向速度增强，匹配喷嘴出口的燃料浓度和速度分布。

[0028] 本发明实施例提供的燃气轮机燃烧室中心体开槽旋流喷嘴中的中心锥体1的一端内设置有燃料通道3，旋流叶片4内设置有与燃料通道3连通的叶片通道，叶片通道上设置有多个燃料喷射孔5。连通中心锥体1内部的燃料通道3在旋流叶片4内的燃料喷射孔5供给燃料。本实施例中燃料喷射孔5的孔径为0.1-0.5mm。旋流叶片4能够强化燃料气和空气的旋流混合，保证喷嘴出口速度分布合理、燃料空气掺混均匀，进而提升燃烧稳定性。通过燃料喷射孔5和槽道6的共同作用，保证喷嘴出口速度分布合理、燃料空气掺混均匀，合理控制燃烧区域，维持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。

[0029] 为了保证壳体11内燃料充分燃烧，本实施例在壳体11上设置有收缩段10。收缩段10为斜面，空气与燃料经过收缩段10时，空间缩小，使得空气和燃料混合更均匀，燃料燃烧更加充分。圆锥端8位于收缩段10内。

[0030] 本发明燃气轮机燃烧室中心体开槽旋流喷嘴在使用过程：天然气燃料进入燃料通道3，通过中心锥体1壁面开孔进入轴向旋流装置4的叶片上游侧位置，从叶片两侧燃料喷射孔5喷出。空气进入外围空气通道2，在轴向旋流装置4前端同燃料进行混合，并产生旋流；贴近中心锥体1内周侧的混合气，受槽道6影响产生突扩效应，混合气旋流强度减弱，轴向速度增强，并一直保持到槽道6终止位置。远离中心锥体1外周侧的混合气，保持旋流强度和轴向速度，经过喷嘴收缩段10直至喷嘴出口。从而形成匹配的喷嘴出口速度分布和燃料空气掺混效果，保证燃烧的稳定性和良好的出口温度分布。

[0031] 综上所述，本发明具有以下优点：本发明提供的燃气轮机燃烧室中心体开槽旋流喷嘴中的中心锥体位于壳体内，中心锥体及壳体之间形成有环形的外围空气通道，旋流叶片沿中心锥体周向设置于中心锥体上，在中心锥体的外圆周上还布置有多个槽道，槽道与旋流叶片间隔分布。本发明提供的燃气轮机燃烧室中心体开槽旋流喷嘴中的中心锥体上设置有多个槽道，改变了中心锥体内侧的流动方式，混合气旋流强度减弱，轴向速度增强，匹配喷嘴出口的燃料浓度和速度分布；具有合理有效的组织燃烧和控制污染物排放的优点。

[0032] 进一步地，旋流叶片上的燃料喷射孔和槽道的共同作用，保证喷嘴出口速度分布合理、燃料空气掺混均匀，合理控制燃烧区域，维持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。

[0033] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。