[发明专利]低噪音预混燃料喷嘴

说明书

本发明涉及低氮氧化物(NOx)予混火焰喷嘴，特别是用在燃气涡轮机上的这类喷嘴。

高温燃烧的结果会产生氮氧化物(以后称之为NOx)。NOx是众所周知的污染物，因此产生NOx的燃烧设备要遵守严格的排放标准。所以，为了在燃烧设备中减少NOx的形成，人们做了大量努力。

一种解决方案是将燃料与过量的空气予混，使在局部高过量空气下发生燃烧，这样使燃烧温度较低而使生成的NOx最少。这样运行的一种切向进气喷嘴已显示在美国专利5307634中，该专利公开了一种具有锥形中心本体的涡形旋流器。该类型的燃料喷嘴被称之为切向进气喷嘴，它包括两个偏心圆柱弧面涡壳，它们连至两个端板上。燃烧空气通过形成在偏心涡壳上的两个基本上是矩形的进口流入旋流器，从一个端板上的燃烧器进口出去，流进燃烧器中。位于外侧涡壳上对着内部后缘的、呈线性排列的喷口将燃料从一总管喷入各进口处的空气流中，使在流进燃烧器之前产生均匀的燃料空气混合物。

切向进气式予混燃料喷嘴与现有技术中的燃料喷嘴相比，大大地降低了NOx的排放。然而就象公开在上述专利中的燃料喷嘴，当它用在燃气涡轮机上时，其运行寿命非常短，部分原因是由于火焰固定在喷嘴中心本体中。因此这种类型的切向进料喷嘴不能商业化地用于燃气涡轮机上。

这样就需要一种切向进气喷嘴，当它用于燃气涡轮机上时，与现有技术相比能显著提高运行寿命。

因此本发明目的是提供一种低NOx燃料喷嘴，当它用于燃气涡轮机上时，与现有技术相比能显著提高运行寿命。

本发明的另一目的是提供一种切向进料喷嘴，它能显著地减少火焰固定在其中心本体内的倾向，同时保持NOx产物在可接受的较低值。

与此相对应，本发明的一种切向进气燃料喷嘴具有一个纵轴和两个柱形弧面涡壳，各中心线彼此偏离。这些涡壳的搭接端形成了它们之间的空气进口，用于将空气/燃料混合物引入燃料喷嘴。燃烧器端端板具有燃烧器进口，它允许空气和燃料离开喷嘴进入燃烧器。该进口包括一个收缩表面、一个扩张表面、和一个在它们之间延伸的筒形表面。收缩表面沿喷嘴的纵轴延伸一第一距离，筒形表面沿所述的轴延伸一第二距离，第二距离是第一距离的至少5％。与燃烧器端端板相对的另一端板封闭了喷嘴的流通面积，涡壳就固定在这些端板之间。

位于涡壳之间、并与所述的轴同轴的中心本体具有一个径向外表面，它包括锥台部分和筒形部分，锥台部分限定了与纵轴同轴的锥台的外表面，筒形部分与纵轴同轴，它限定了筒形件的外表面。中心本体具有底座，它包括至少一个穿过该底座的空气供应口和一个内部通道。锥台部分朝内部通道的排放口方向渐缩，筒形部分位于锥台部分和排放口所在的平面之间。与所述的轴同轴、穿过底座延伸、并在内通道截止的燃料喷管向中心本体内的空气流提供燃料。

图1是本发明燃料喷嘴的横向断面图，取自图2的1-1线；

图2是沿本发明喷嘴的纵轴向下看的断面图；

图3是本发明燃料喷嘴横向的断面图，取自图2的3-3线。

参照图1，本发明的低NOx予混燃料喷嘴10包括一个中心本体12，它在涡形旋流器14内。涡形旋流器14包括第一和第二端板16、18，第一端板与中心本体12相连并与第二端板18间隔开来，第二端板上具有延伸穿过该板的燃烧器进口20，若干(最好是两个)柱形弧面涡壳件22、24从第一端板16延伸至第二端板18。

如图2所示，涡壳件22、24相对于喷嘴10的纵轴26均匀地间隔开，由此限定了它们之间的混合区28。每个涡壳件22、24都有一个对着纵轴26的径向内表面，并限定了绕中心线32、34旋转的部分旋转表面。这里所说的“部分旋转表面”是指，使一条线绕中心线32、34之一做不到一圈的旋转所产生的表面。

如图2所示，每个涡壳件22同其它涡壳件24呈间隔关系，各涡壳件22、24的中心线32、34位于混合区28内。参照图3，各中心线32、34平行于纵轴26并与其有一定的间隔，所有中心线32、34都与纵轴26等距，这样限定了每对相邻的涡壳件22、24之间的平行于纵轴26延伸的进口槽36、38，这些进口槽将燃烧空气40引入混合区28。来自压缩机(未示出)的助燃空气42流过由具有偏离中心线32、34的涡壳件22、24的搭接端44、50、48、46所形成的进口槽36、38。