[发明专利]一种喷嘴及燃气轮机

说明书

本发明涉及动力装备技术领域，具体涉及一种喷嘴及燃气轮机。该喷嘴包括中心体、环形壁和旋流装置；环形壁与中心体之间形成外围混合通道，中心体内部开有中心体混合通道，且在中心体上还分别设有独立的预混燃料通道和扩散燃料通道，预混燃料通道分别向中心体混合通道和外围混合通道喷射燃料，形成燃料空气混合气，扩散燃料通道直接向火焰筒轴向喷射燃料，最终在喷嘴出口处形成中间为扩散燃烧火焰、内外层均为预混燃烧火焰的火焰形式。在扩散燃烧的作用下，在较低负荷下，喷嘴的火焰稳定性以及燃烧效率得到极大地改善；同时，由于主要是对喷嘴出口处的结构改进，可实现结构易加工维修的效果。

技术领域

本发明涉及动力装备技术领域，尤其涉及一种喷嘴及燃气轮机，具体涉及一种具有中间夹层扩散火焰的喷嘴。

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排放和燃烧效率的要求越来越严格，一般要求燃气轮机在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。为了达到低排放的目的，预混燃烧技术被广泛采用。因此，喷嘴需要实现燃料与空气的预先混合，并在喷嘴出口处形成混合均匀及有一定速度型的燃料空气混合气，进而进入火焰筒内参与燃烧。

由于从喷嘴喷射出的燃料在燃烧室内以预混火焰的方式燃烧，为达到极低的污染排放，火焰工作在可燃边界附近，加上喷嘴喷射出的燃料空气混合气体射流速度较大，预混火焰的稳定是比较困难的，现有技术中解决方法通常是中心体轴向长度小于喷嘴外壁面的长度，使得燃料空气混合气从环形预混通道流出时先向中心体头部端壁下游的中心区域扩张，在中心体头部端壁下游的中心区域形成回流区，然后进入火焰筒内在火焰筒内进一步扩张，进而在火焰筒内形成较大的回流区域，用于预混火焰的稳定，但这两个回流区域易受火焰筒内其他气流的影响作用，这种方法是单纯的从形成稳定回流区的气动角度来改善预混火焰的稳定性，在较大负荷的工况参数下，由于进口压力、进口温度以及燃料空气混合气当量比较高，喷嘴尚可容易的实现可靠的火焰稳定和较高的燃烧效率，而在较低负荷的工况参数下，由于进口压力、进口温度以及燃料空气混合气当量比较低，不利于预混火焰的稳定、高效燃烧，使得预混火焰存在不能稳定或稳定性差以及燃烧效率低的风险。

为了提高火焰的稳定性，现有专利文献(CN1704574)中，采用了在喷嘴出口中心体附近制造与主流流动方向相反的撞击空气流动，形成再循环涡流，减少了喷射到回流区中的空气量，从而降低喷嘴出口附近射流速度，提高了火焰稳定性。这种方法只是从气动的角度提高了局部回流区的稳定性，只会对预混火焰的稳定有一定作用，且由于预混燃烧的本质，这种方法并不能可靠地改善喷嘴的稳火性能，更不能保证预混火焰在较低负荷下具有较高的燃烧效率；此外，从加工工艺角度来看，这种预混喷嘴内层挡板等结构加工连接等较为复杂，且不易于维修更换。

因此，针对以上不足，需要一种具有中间夹层扩散火焰，可提高稳火性能和燃烧效率的喷嘴及燃气轮机。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供了一种喷嘴及燃气轮机，该喷嘴具有中间夹层扩散火焰，可有效提高稳火性能和燃烧效率。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供的喷嘴包括中心体、环形壁及旋流装置，所述中心体内设有中心体混合通道；所述中心体混合通道的进口端设有旋流孔板，出口端设有头部端壁；所述环形壁同轴设置在中心体的外围，在所述环形壁与环形壁之间形成外围混合通道；所述旋流装置位于外围混合通道上靠近中心体进口的一端；所述中心体上设有预混燃料通道和扩散燃料通道；所述预混燃料通道通过中心体预混燃料喷射孔与中心体混合通道连通；所述头部端壁上设有朝向火焰筒点火区域的环形燃料出口，所述环形燃料出口与扩散燃料通道连通。

其中，所述扩散燃料通道通过集油腔与环形燃料出口连通。

其中，所述集油腔与环形燃料出口之间设有节流孔。