[发明专利]燃气轮机柔和燃烧室的射流喷嘴

说明书

一种燃气轮机柔和燃烧室的射流喷嘴，包括：燃料内部喷嘴、燃料外侧喷孔、多个旋流槽通道、外侧管道和内侧管道。所述射流喷嘴出口燃料和空气的混合均匀度有提升，并且外侧燃空当量比较低，有利于火焰根部提升，不易过早着火，射流喷嘴的射流属于弱旋，整体压力损失较小，轴向速度不易衰减，有利于增大燃烧室烟气回流比。

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柔和燃烧室的射流喷嘴。

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宽工况范围内进一步降低氮氧化物排放。

在保持燃烧效率和性能的前提下，降低其氮氧化物的排放一直是从事燃气轮机燃烧科研人员重点追求的目标。对于燃烧室出口温度高于1500℃的燃气轮机来说，传统扩散燃烧技术、预混燃烧技术面临巨大挑战。扩散燃烧技术降低氮氧化物排放潜力有限；天然气贫预混燃烧随着燃机级别提高其喷嘴及控制系统越来越复杂，低负荷工况下氮氧化物排放不达标，随着燃机参数的提高，进一步降低氮氧化物也越来越困难，燃烧煤制合成气的贫预混技术还不成熟。

相对于传统的NO_x排放控制技术，柔和燃烧技术具有火焰稳定、噪音低、负荷范围较宽和燃烧效率高等优点。如何在燃气轮机燃烧室受限空间内高效实现柔和燃烧条件是关键和难点，现有柔和燃烧的实现主要使得燃料和烟气燃烧之前发生充分掺混，利用高速射流在燃烧室内形成回流区来实现。一般情况下，为了保证燃料和空气掺混均匀，喷嘴采用强旋流设计，一方面这样的设计往往会引起压力损失大，反应区靠近喷嘴出口，易引发喷嘴局部超温等缺点，另一方面，喷嘴强旋流射流会使得回流区变弱，使得烟气回流比减少，从而不利于柔和燃烧的建立和实现。因此，本领域还缺乏一种高效实现柔和燃烧的射流喷嘴，在实现高效率掺混的基础上，有利于降低压损和保证燃烧室内部烟气回流比，进而实现柔和燃烧，降低NO_X排放。

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柔和燃烧室的射流喷嘴，可以实现低压损、高效掺混、出口混合物靠近壁面组分浓度低和射流喷嘴出口射流旋流数低等目标。

(二)技术方案

本发明提供了一种燃气轮机柔和燃烧室的射流喷嘴，所述射流喷嘴包含燃料内部喷嘴、燃料外侧喷孔、多个旋流槽通道、外侧管道和内侧管道，所述外侧管道固定在燃烧室头部挡板，所述内侧管道的前端部分地伸入所述外侧管道，所述内侧管道和所述外侧管道之间形成环形通道，所述燃料内部喷嘴设置在所述内侧管道中，所述多个旋流槽通道沿周向均匀分布在所述内侧管道的管壁上，所述燃料外侧喷孔设置在所述内侧管道后端的管壁上，所述燃料内部喷嘴的后端位于所述燃料外侧喷孔和所述旋流槽通道之间。

靠近射流喷嘴的内侧空气通过所述旋流槽通道进入所述内侧管道，并在所述内侧管道内与所述燃料内部喷嘴喷出的燃料形成第一混合气体。

部分燃料通过所述燃料外侧喷孔喷向燃烧室头部密闭空间，并在所述环形通道与外侧空气混合形成稀薄的第二混合气，所述第一混合气和所述第二混合气在所述外侧管道内混合成弱旋混合气。

优选地，所述内侧管道的面积与内侧管道和外侧管道的面积之和的比例在30-80％之间。

优选地，所述内侧管道与射流喷嘴出口的距离为内侧管道内径的0.5-3.0倍。

优选地，燃料外侧喷孔喷出的燃料与燃料内部喷嘴和燃料外侧喷孔喷出的燃料之和的比例为0-50％之间。

优选地，所述旋流槽通道的数量为M个，所述旋流槽通道具有切向旋流角θ，其中M≥4，60°≥θ≥30°。