[实用新型]一种燃气轮机燃烧室的预混合喷嘴

说明书

技术领域

本实用新型涉及使用气体燃料预混燃烧的燃气轮机燃烧室结构，特别涉及了一种具有轴向旋流的喷嘴结构。

背景技术

由于环境保护的要求越来越严格，在近年来的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氮氧化物(NOx)的排放。预混燃烧燃烧室多采用旋流混合技术来实现燃料与氧化剂的良好混合，从而达到低NOx燃烧的需要。

这种旋流混合技术通过在喷嘴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氧化剂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，切向动量的引入，会在混合段轴线附近的区域产生轴向速度较低的区域，并且随着旋流强度的增大，这一低速区也会迅速扩大，甚至产生回流。由于在混合段内燃料和氧化剂已经开始混合，回流带入的高温气体很可能使得燃料-氧化剂的混合物燃烧，甚至使得火焰驻定在混合段的低速区内，进而导致喷嘴的烧毁。因此，对于采用旋流混合技术的燃烧室而言，需要采用特殊设计手段来避免这一现象的发生。

现有技术通常采用较低旋流强度的喷嘴叶片设计和调整燃料喷嘴方式，来达到消除混合段内火焰存在可能性的目的。在早期设计中，通过采用大直径高压比的燃料喷射，使得燃料远离中心低速区；在改进设计，通过采用叶片表面喷射，调整喷射孔的位置，实现燃料在混合段中心较贫，难以形成有效燃烧。这两种方法都是通过将低速区内的燃料浓度减小到燃烧极限以下从而降低回火的可能性，但是都没有从本质上消除低速区。当上游或者下游气流条件变化时，原本精心设计的燃料和氧化剂在混合器内的分布很容易受到扰乱，依然存在较大的回火风险。另外，降低低速区的燃料浓度使得混合段中的混合空间没有得到有效的利用。

专利ZL02802306.4中提出了在旋流器叶片轮毂的内周面和喷嘴轴之间设有气体通过的空间，该方法可以减少低速区的范围。但是，由于轮毂只是在旋流叶片的高度范围内增加了气体流通的通道，并且其提供的通道是直通道，其能够达到的减少低速区的效果非常有限，回火的问题依然存在。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足和缺陷，提出一种燃气轮机燃烧室的预混合喷嘴结构，旨在消除喷嘴混合段内低流速区存在的可能性，从而抑制回火的产生，延长预混合喷嘴的寿命，降低燃气轮机燃烧室的使用和维护成本。

本实用新型的技术方案如下：一种燃气轮机燃烧室的预混合喷嘴，该预混合喷嘴含有轴向旋流器，渐缩型中心体和混合段；在所述的轴向旋流器的前端设有外层空气进口，在轴向旋流器的旋流叶片上设置有外层燃料出口和外层燃料通道，在渐缩型中心体前端设有中心气体燃料进口，其特征在于：在渐缩型中心体和轴向旋流器之间设有与渐缩型中心体同轴布置的渐缩型环形管，该渐缩型环形管由环形管直筒段、环形管渐缩段和环形管出口直段组成，渐缩型环形管与渐缩型中心体之间成环形通道，环形通道的前端设有内层空气进口，并在环形通道的直段内布置有导流叶片，导流叶片上设有内层燃料出口和内层燃料通道，内层燃料通道与中心气体燃料进口和外层燃料通道相连通。

上述技术方案中，所述导流叶片的旋流角度优选为0～10°。

本实用新型的技术特征还在于：所述渐缩型环形管沿轴向延伸的长度超过渐缩型中心体的长度，并小于或等于混合管的长度，超过的长度至少为渐缩型中心体直径的0.2倍。

本实用新型的另一技术其特征在于：所述环形通道的流通面积的变化范围为0～10％。环形通道的流通面积为混合段流通面积的5％～50％。

本实用新型的又一技术其特征在于：在渐缩型中心体下游的混合段的内壁上布置有扰流器；所述的扰流器呈凸起状结构；所述凸起状结构优选为连续的圆环凸起状结构或离散的凸起状结构。