[实用新型]一种用于燃气轮机双燃料燃烧室喷嘴

说明书

技术领域

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

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。

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CO和H₂)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。

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。

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，或提前与燃料或稀释剂预先混合，这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。然而，在采用稀释扩散低污染燃烧方式时，这也给燃烧室设计者带来了一个极大的挑战，即如何使得稀释剂与燃料或空气进行良好混合。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种燃气轮机双燃料燃烧室喷嘴，使其在保证良好稀释的同时，保持火焰稳定；此外，该技术方案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。

本实用新型所采用的技术方案如下：一种用于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：所述喷嘴还包括一个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，外围轴向环形稀释气体通道设置在在轴向中心燃料通道与外围轴向环形燃料通道之间；所述轴向中心燃料通道出口端的壁面上开有密集小孔；所述外围轴向环形稀释气体通道出口处设置有稀释气体旋流装置；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。

上述技术方案中，所述的稀释气体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。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10～20之间。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。

该实用新型与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：①本实用新型的燃料注入方式不同于现有技术，采用了中心多孔喷射结合外围环形叶栅喷射的方式将燃料分通道注入火焰筒；②本实用新型所采用的稀释剂输送方法与现有技术不同。稀释剂通道位于启动燃料和基本负荷燃料通道之间，并且开有独立通道，引导稀释剂直达火焰筒内污染物排放贡献非常大的火焰筒头部中心大回流区，一方面利于降低污染物排放，一方面也使得火焰筒中心处的温度要低于现有技术；③本实用新型的气流分股设计，使得稀释剂注入时，不会影响空气射流和燃料射流的混合和燃烧，最大限度地保证了火焰筒头部燃烧区的充分稳定燃烧；④本实用新型燃料输送组件的端部开有密集燃料孔，该孔在燃机工作时，或单独通入燃料或单独通入轻吹空气，这使得端壁处，气流温度较低、气流流速较高、燃料空气比等因素均不适于火焰驻定，进而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。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种燃气轮机双燃料燃烧室喷嘴的结构原理示意图。

图2为旋流装置采用轴向叶栅式结构的燃烧室喷嘴实施例的结构三维剖视图。