[实用新型]一种燃用气态燃料的燃烧室径向多级旋流喷嘴

说明书

本实用新型提供一种燃用气态燃料的燃烧室径向多级旋流喷嘴，所述喷嘴包括燃料通道和同轴由内向外依次设置的中心通道、第二级通道、第三级通道、第四级通道；所述燃料通道包括主级燃料通道和副级燃料通道；所述中心通道内设置有中心通道旋流装置；所述第二级通道内设置有第二级通道旋流装置；所述第三级通道内设置有第三级通道旋流装置；所述第四级通道内设置有第四级通道旋流装置；所述主级燃料通道对应所述中心通道；所述副级燃料通道设置有内环喷射口和外环喷射口，所述内环喷射口对应所述第二级通道和所述第三级通道，所述外环喷射口对应所述第四级通道。

技术领域

本实用新型属于燃气轮机低污染燃烧室喷嘴技术领域，具体涉及一种燃用气态燃料的燃烧室径向多级旋流喷嘴。

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。

燃烧室排放中有一项很重要的指标即为氮氧化物NOx，为了达到低NOx排放的目的，预混燃烧技术被广泛采用。预混燃烧室多采用旋流混合技术来实现燃料和氧化剂的良好混合，但是工作于这一状态的燃烧室极其容易产生燃烧不稳定现象。为解决这一问题，工程上通常采用牺牲NOx排放性能的折衷措施，即利用稳定性好但NOx排放性能差的扩散火焰，来稳定预混火焰。一般来讲，用于扩散燃烧的燃料量占比越大，燃烧越稳定，但NOx排放也随之增大。这样的燃烧组织形式，要求燃烧室在进行低污染燃烧室喷嘴设计时，应谨慎处理扩散火焰对NOx排放和对火焰稳定能力的矛盾。

在我国当前的能源结构中，采用传统燃煤技术占据了绝大部分份额。但是这种传统技术存在效率低，污染物排放高(尤其是NOx排放)，耗费淡水资源多等缺点。以天然气等气态燃料作为燃料的燃烧技术作为清洁能源技术之一，可以在满足燃烧需求的同时，有效的降低污染物的排放。同样，这其中燃烧室喷嘴的设计对于组织燃烧、降低污染物排放尤为重要。

燃烧室中，燃料和空气通过喷嘴实现预混合和速度型的改变，在喷嘴出口达到合理的速度分布，并匹配合理的燃料空气混合比例，进入燃烧室组织燃烧，形成稳定的流场和燃烧场。现有技术中，对燃烧室喷嘴的设计形式，可以采用多个燃烧路径，给予每个燃烧路径单独调整负载和燃料类型的可能性，以实现多种燃烧模式及组合，实现不同的负荷需求，但实际上这种实施方法结构复杂，调节难度也比较大。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种新型的燃用气态燃料的燃烧室径向多级旋流喷嘴，其能够降低污染物排放，流场和燃烧场稳定并且易于调节。通过以下技术方案实现。

一种燃用气态燃料的燃烧室径向多级旋流喷嘴，所述喷嘴包括燃料通道和同轴由内向外依次设置的中心通道、第二级通道、第三级通道、第四级通道；所述燃料通道包括主级燃料通道和副级燃料通道；所述中心通道内设置有中心通道旋流装置；所述第二级通道内设置有第二级通道旋流装置；所述第三级通道内设置有第三级通道旋流装置；所述第四级通道内设置有第四级通道旋流装置；所述主级燃料通道对应所述中心通道；所述副级燃料通道设置有内环喷射口和外环喷射口，所述内环喷射口对应所述第二级通道和所述第三级通道，所述外环喷射口对应所述第四级通道。

其中，内环喷射口的数目可设置为多个，外环喷射口的数目也可以设置为多个。

进一步地，所述内环喷射口喷射出的气态燃料根据所述副级燃料通道的燃料流量设置为单独喷射入所述第三级通道，或者设置为同时喷射入所述第二级通道和所述第三级通道。

其中，上述气态燃料的喷射优选通过出射动量比控制。小动量比时燃料出射速度低，射流轨迹短，燃料受横向气流影响后完全进入第三级通道；大动量比时燃料出射速度高，射流轨迹长，燃料一部分进入第三级通道，另一部分进入第二级通道。

进一步地，所述中心通道旋流装置与所述主级燃料通道呈环形同轴交错配置。