[实用新型]一种合成气混合喷嘴及燃气轮机

说明书

技术领域

本实用新型涉及动力装备技术领域，特别是涉及一种合成气混合喷嘴及燃气轮机，具体的是一种能够防止合成气燃料自然回火且结构简单的合成气混合喷嘴及燃气轮机。

背景技术

随着能源紧缺及全世界对环境保护问题的重视，各国对燃气轮机燃烧室提出更高的要求，不仅要求燃烧室能够燃用更多种类的燃料，同时要求污染物的排放更低和燃烧效率更高。除了天然气，要求燃气轮机燃烧室能够燃用一些低品质的气态燃料，这些低品质的气态燃料主要是由煤化工制造的合成气；此外，要求燃气轮机在50％及以上负荷区间，燃烧室排放能维持在较低水平，同时保持较高的燃烧效率。

合成气的热值较低且沃泊指数较低，此外，具有基于摩尔分数较大的氢气含量；由于氢气具有燃烧速度快的特性，即特征化学时间非常短，使得合成气具有较高的燃料反应性。合成气由于沃泊指数低和燃料反应性高，采用预混燃烧模式时容易产生自燃、回火问题，导致预混装置烧蚀损坏，因此难以采用常规的预混DLN燃烧系统，已知的合成气燃烧系统一般采用基于扩散燃烧模式的燃烧器，避免预混燃烧带来的自燃、回火风险。扩散燃烧模式的火焰温度峰值较高，这将大大增加NOx的排放，虽然采用向燃烧区喷射稀释剂的方法降低峰值温度，但降低NOx的效果是有限的，且随着对燃气轮机NOx排放的规定越来越严格，这种采用扩散燃烧模式同时向燃烧区喷射稀释剂的方法难以满足更低的NOx排放指标，同时系统和设备复杂，运行成本较高。

为了降低燃用合成气的燃烧室的NOx排放，现有专利CN200810175979.0中，采用了一种预混燃烧模式的DLN燃烧器，将合成气分成单独的两级，每一级燃料的沃泊指数和燃料反应性进行人为调整，调整到一定范围内的预设值，该预设值确保合成气燃料不会在预混装置内发生自燃回火。上述方法仍然存在自燃回火的风险，由于合成气在沃泊指数和燃料反应性调整中不可能调整的完全均匀，有可能存在沃泊指数和燃料反应性较高的区域，在预混装置中存在自燃、回火的风险；此外，对合成气进行分级并对两级燃料进行沃泊指数和燃料反应性的人为调整，增加了系统操作的复杂性和设备的复杂性。

鉴于上述传统技术的缺陷，需要提供一种能够防止合成气燃料自然回火且结构简单的合成气混合喷嘴及燃气轮机。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是传统的合成气混合喷嘴装置仍然存在自燃回火的风险，由于合成气在沃泊指数和燃料反应性调整中不可能调整的完全均匀，有可能存在沃泊指数和燃料反应性较高的区域，在预混装置中存在自燃、回火的风险；此外，对合成气进行分级并对两级燃料进行沃泊指数和燃料反应性的人为调整，增加了系统操作的复杂性和设备的复杂性的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种合成气混合喷嘴，其包括：喷嘴外壁，与喷嘴外壁同轴设置于喷嘴外壁内的中心体，多个沿所述中心体外侧壁周向设置的翼型旋流叶片；所述中心体及喷嘴外壁之间形成有环形的旋流通道，所述中心体内分别设置有燃料通道及冷却空气通道，所述燃料通道设置于所述冷却空气通道外；所述翼型旋流叶片的前缘设置于所述旋流通道的进口处，所述翼型旋流叶片的尾缘设置于所述旋流通道的出口处，所述翼型旋流叶片与所述燃料通道连通，所述尾缘上设置有多个叶片燃料孔。

优选地，所述翼型旋流叶片的厚度从所述前缘至所述尾缘逐渐增大。

优选地，设置于所述旋流通道的出口处的所述冷却空气通道的一端设置有多个冷却孔。

优选地，设置于所述旋流通道的出口处的所述燃料通道的一端设置有多个端壁燃料孔。

优选地，所述冷却孔及端壁燃料孔均为直孔或斜孔。

优选地，所述叶片燃料孔沿所述中心体的轴线方向开设。

优选地，所述叶片燃料喷孔的总面积与端壁燃料孔的总面积的比值为5-50。

优选地，所述翼型旋流叶片的尾缘上设置有2-10个所述叶片燃料孔。

优选地，所述燃料喷射孔的孔径为0.5-3mm。

本实用新型还提供了一种燃气轮机，包括如上所述的合成气混合喷嘴。

(三)有益效果