[发明专利]一种气体燃料混合器

说明书

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，特别是涉及一种气体燃料混合器。

背景技术

燃气轮机作为把热能转换为机械能的旋转机械，通常包括压气机、燃烧室、透平、控制系统和辅助设备。燃烧室作为燃气轮机的重要组成部分，位于压气机与透平之间，其作用在于使燃料与压气机送来的高压空气进行很好的混合和燃烧，以求最有效地把燃料的化学能转换成高温燃气的热能，进而提高透平前燃气的做功能力。设计一个可靠、经济、低污染工作的燃烧室与燃气轮机的稳定高效低污染工作息息相关。

随着对燃气轮机参数及排放要求的提高，同时为节省燃料，贫预混燃烧成为了通过降低平均火焰温度来降低NO_X排放、降低透平进口温度的有效手段。贫预混燃烧指的是在燃料与氧化剂的供应关系比较稀释的条件下，二者在进入燃烧室前已经混合均匀，从而降低局部热点出现的可能性，维持较低的火焰温度，降低NO_X的排放。可见燃料与氧化剂在进入燃烧室之前混合完全对NO_X排放的重要性。燃料与氧化剂的混合是通过混合器完成的。混合器的混合性能好坏直接影响着局部热点出现的概率，也就影响着NO_X的排放。除此之外，燃料与氧化剂的混合程度还影响着燃烧稳定性，稳定的燃烧有利于降低回火、熄火的可能性，实现能源的高效转换，同时也有利于保护燃烧室设备长期有效运行。很多学者针对贫预混燃烧的火焰稳定性进行了研究，发现在贫预混燃烧中由于混合不均匀引起的当量比波动是诱发燃烧不稳定的首要因素。目前增强混合的技术主要有两大类：对液体燃料来说通常会在喷嘴后增加旋流器以增强雾化及混合；而对气体燃料来说，混合器的结构通常采用微尺度交叉射流的方式实现高效混合。人们基于以上两大技术设计各种结构来满足燃料和氧化剂充分混合的要求。针对于气体燃料而言，现有的技术为将空气和燃料分别通过单独设置的空气室和燃料室注入到气体燃料通道中实现混合，该结构不仅复杂，而且还需要较大空间和较长时间才能较好的混合空气和气体燃料。

因此，为了降低采用气体燃料的燃气轮机的NO_X的排放，设计一种混合效率高的气体燃料混合器尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种气体燃料混合器，以解决上述现有技术存在的问题，使燃气轮机的气体燃料和空气能够在混合器中被更好地混合，以降低局部热点出现的概率，减少NO_X的排放。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种气体燃料混合器，包括燃料管、空气管和喷嘴，所述空气管套设于所述燃料管外侧，所述喷嘴设置在所述燃料管和所述空气管前端。

所述喷嘴上设有若干个第一混合通道和第二混合通道，所述第一混合通道及第二混合通道的前端用于喷射混合气体，尾端用于进入空气；所述第一混合通道位于所述喷嘴的径向外周，所述第二混合通道位于所述第一混合通道径向内侧；所述第一混合通道和所述第二混合通道之间及所述第二混合通道内侧设有若干个冷却孔；所述冷却孔与所述空气管连通。

所述燃料管前端封闭，所述燃料管周向设有若干第一燃料混合孔，所述第一混合通道的侧壁上设有若干个第一空气混合孔，所述第一燃料混合孔和所述第一空气混合孔径向对齐，所述燃料管上设有第一混合管，所述第一混合管一端连通所述第一燃料混合孔，另一端延伸至所述第一空气混合孔的端部，且所述第一混合管的外径小于所述第一空气混合孔的内径。

所述燃料管周向且位于所述第一燃料混合孔前部设有若干第二燃料混合孔，所述第二混合通道的侧壁上设有若干个第二空气混合孔，所述第二燃料混合孔和所述第二空气混合孔径向对齐，所述燃料管上设有第二混合管，所述第二混合管一端连通所述第二燃料混合孔，另一端延伸至所述第二空气混合孔的端部，且所述第二混合管的外径小于所述第二空气混合孔的内径。

优选地，所述第一混合管的另一端与所述第一混合通道的外壁相切；所述第二混合管的另一端与所述第二混合通道的外壁相切。

优选地，所述第一空气混合孔的直径和所述第一混合管的内径相等，所述第一混合管的内径与所述第一空气混合孔的直径之比为0.2～0.4；所述第二空气混合孔的直径和所述第二混合管的内径相等，所述第二混合管的内径与所述第二空气混合孔的直径之比为0.2～0.4。