[发明专利]一种燃气轮机燃烧室的预混值班喷嘴

说明书

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，尤其是一种燃气轮机燃烧室的预混值班喷嘴。

背景技术

氮氧化物包括一氧化二氮、一氧化氮和二氧化氮等。氮氧化物作为主要的大气污染物，能对动植物造成毒害，也是形成酸雨、酸雾和光化学烟雾的主要原因之一。燃气轮机作为重要的动力设备，一方面需要不断提高燃烧室出口温度以提升燃气轮机效率，另一方面同时需要在更宽工况范围内降低氮氧化物排放。

现有主流天然气重型燃气轮机多采用贫预混燃烧技术。贫预混燃烧室低工况下易发生燃烧不稳定，多采用值班喷嘴来稳定火焰，一般值班喷嘴采用扩散火焰，当燃烧室处于低工况时，扩散喷嘴形成的扩散火焰会产生大量的NOx，从而导致低工况时燃烧室NOx排放不达标。采用预混火焰值班可以进一步降低NOx排放，拓宽燃烧室低排放区间。但预混值班火焰容易导致回火以及导致喷嘴壁面高温等问题，如何设计预混值班喷嘴是关键。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种燃气轮机燃烧室的预混值班喷嘴，用以提高回流区的稳定性、降低火焰峰值温度，减少低工况条件下燃烧室的NOx排放。

(二)技术方案

本发明提供了一种燃气轮机燃烧室的预混值班喷嘴，包括：锥罩、外旋流通道、内旋流通道和值班燃料喷嘴，其中所述锥罩设置在所述外旋流通道的前端并形成一喇叭形开口，所述内旋流通道的前端部分地伸入所述外旋流通道的后端并形成一个半封闭空间，所述值班燃料喷嘴设置在所述内旋流通道中，所述外旋流通道和所述内旋流通道都具有沿周向均匀分布的多个旋流槽通道，所述内旋流通道上的多个旋流槽通道设置在未伸入所述外旋流通道的部分上。

优选地，所述预混值班喷嘴位于燃烧室头部中心位置。

优选地，所述锥罩的出口与主燃单元喷嘴平齐。

优选地，所述外旋流通道、所述内旋流通道和所述值班燃料喷嘴的轴心重合。

优选地，所述锥罩的半张角θ₁的取值范围是28°-38°，所述锥罩的高度H₁的取值范围是外旋流通道外径D₂的1.0-2.0倍。

优选地，内旋流通道的面积与内旋流通道和外旋流通道的面积之和的比例范围为50％-80％。

优选地，内旋流通道出口距离锥罩根部的距离与内旋流通道外径D₁的关系为：2.0D₁≥H₂≥0.0D₁。

优选地，值班燃料喷嘴的燃料喷孔与内旋流通道出口的距离H₃与内旋流通道外径D₁的关系为：3.0D₁≥H₃≥1.0D₁。

优选地，内旋流通道具有M个旋流槽通道，所述旋流槽通道具有切向旋流角θ₂，其中M≥4，60°≥θ₂≥30°，优选地，M个旋流槽通道的横截面积之和与内旋流通道的横截面积的比例范围：0.9-1.1。

优选地，外旋流通道具有N个旋流槽通道，所述旋流槽通道具有切向旋流角θ₃，其中N≥4，60°≥θ₃≥30°，优选地，N个旋流槽通道的横截面积之和与外旋流通道的横截面积的比例范围：0.9-1.1。

优选地，值班燃料喷嘴有K个燃料喷孔，沿值班燃料喷嘴的圆周均布。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明的燃气轮机燃烧室的预混值班喷嘴有如下有益效果：

(1)相对于扩散值班喷嘴，预混值班喷嘴出口燃料空气混合均匀，火焰峰值温度低，有利于扩大值班喷嘴的负荷范围，并且降低NOx排放；

(2)由于有锥罩的存在，预混值班喷嘴回流区稳定，外侧是空气，有利于保护锥罩；

(3)预混值班喷嘴结构紧凑，可直接替换现有的扩散值班喷嘴结构，便于实际应用和操作。

附图说明

图1为根据本发明实施例的预混值班喷嘴的结构示意图；

图2为内旋流通道的剖面图；

图3为外旋流通道的剖面图。

附图标记说明：

100-预混值班喷嘴；

110-锥罩；120-外旋流通道；

130-内旋流通道；140-值班燃料喷嘴；

150-旋流槽通道；160-燃料喷孔。