[发明专利]一种燃料从叶片喷射的双旋流预混喷嘴和单管燃烧室结构

说明书

本发明公开一种燃料从叶片喷射的双旋流预混喷嘴及单管燃烧室结构，双旋流预混喷嘴包括喷嘴本体、一级旋流器、二级旋流器、燃料喷孔和吹除杆，所述一级旋流器内设置一级旋流叶片，所述二级旋流器内设置二级旋流叶片，所述一级旋流叶片和所述二级旋流叶片为空心叶片，每个所述空心叶片的迎风面上均设有燃料喷孔，所述吹除杆、所述一级旋流器和所述二级旋流器自内向外依次同轴设置。发明提供的一种双旋流预混喷嘴和单管燃烧室结构具备改善燃料‑空气掺混后沿径向分布均匀度和掺混效果、污染排放低、能够避免喷嘴内自燃和回火问题的产生，单管燃烧室中通过合理布置喷嘴，并匹配合理分级方式实现燃烧室在全工况范围内的低污染排放水平。

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，尤其涉及一种燃料从叶片喷射的双旋流预混喷嘴和单管燃烧室结构。

背景技术

随着燃烧技术的不断发展和环保意识的不断提升，地面燃气轮机和航空发动机污染物排放要求也越来越严格，尤其对于发电用的重型燃气轮机。相关技术中控制排放主要有以下几种方式：燃烧后还原处理、燃烧室内喷水或蒸汽、干式低排放技术(DLN)。燃烧后还原催化是将燃烧后生成的NO_X在催化剂表面与还原剂(NH₃)作用，生成氮气和水，但这种方法会影响机组运行的灵活性，而且催化剂容易造成二次污染；在燃烧室内喷水或蒸汽是为了降低燃烧区温度，从而降低NO_X排放，但这会影响热端部件的寿命，增加运维成本；干式低排放技术是用过量的燃烧空气与燃料掺混形成接近贫燃极限的预混气，避免燃烧时产生局部高温，从而抑制NO_X的生成。目前，燃气轮机燃烧室的研发和应用方向主要以多喷嘴干式低排放燃烧技术为主，相关技术中的喷嘴方案难以在提高燃料-空气混合混匀度、降低氮氧化物排放的同时有效避免喷嘴内自燃和回火等问题的发生。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种燃料从叶片喷射的双旋流预混喷嘴，该双旋流预混喷嘴具有燃料-空气掺混均匀度高、污染物排放低，同时能够避免喷嘴内自燃、回火问题产生的优点。

根据本发明实施例的一种燃料从叶片喷射的双旋流预混喷嘴，燃料从叶片喷射的双旋流预混喷嘴包括喷嘴本体、一级旋流器、二级旋流器、燃料喷孔、燃料通道和吹除杆，所述喷嘴本体具有喷嘴入口和喷嘴出口，所述喷嘴入口处设置平直段，所述喷嘴出口处设置收敛段和扩张段，所述一级旋流器内设置一级旋流叶片，所述二级旋流器内设置二级旋流叶片，所述燃料喷孔位于所述一级旋流叶片和所述二级旋流叶片的迎风面上，所述燃料通道包括一级燃料通道和二级燃料通道，一级燃料通道和二级燃料通道分别与对应的燃料喷孔相连通，所述吹除杆一端位于所述一级旋流器中央，所述一级旋流器和所述二级旋流器均位于所述喷嘴入口处，所述吹除杆、所述一级旋流器和所述二级旋流器自内向外依次同轴设置。

在一些实施例中，所述一级旋流叶片和二级旋流叶片为空心直叶片，所述空心直叶片沿周向固定在一级旋流器或二级旋流器的内壁并与一级旋流器或二级旋流器的外壁相连。

在一些实施例中，所述一级旋流叶片的叶片角度为35°～48°，所述二级旋流叶片的叶片角度为30°～42°

在一些实施例中，所述每个一级旋流叶片上燃料喷孔的个数为1～2个，孔径为0.5～3mm；所述每个二级旋流叶片上燃料喷孔的个数为2～4个，孔径为1～3mm。

在一些实施例中，所述喷嘴本体沿所述喷嘴入口向所述喷嘴出口方向依次对应形成平直通道、收敛通道和扩张通道，所述收敛通道和所述扩张通道之间设置喉道，所述吹除杆远离一级旋流器的一端的端面与所述喉道平齐，所述端面上设有空气喷孔，所述空气喷孔与所述喷嘴本体的轴向方向的夹角为15°～45°。

在一些实施例中，所述扩张段上设置冷却孔，所述冷却孔的轴向方向与所述喷嘴本体的轴向方向平行，所述冷却孔连通所述收敛通道和扩张通道。