一种燃气轮机燃烧室的预混值班喷嘴制造技术

一种燃气轮机燃烧室的预混值班喷嘴，包括：锥罩、外旋流通道、内旋流通道和值班燃料喷嘴，其中所述锥罩设置在所述外旋流通道的前端并形成一喇叭形开口，所述内旋流通道的前端部分地伸入所述外旋流通道的后端并形成一个半封闭空间，所述值班燃料喷嘴设置在所述内旋流通道中，所述外旋流通道和所述内旋流通道都具有沿周向均匀分布的多个旋流槽通道，所述内旋流通道上的多个旋流槽通道设置在未伸入所述外旋流通道的部分上。本实用新型专利技术的预混值班喷嘴的出口燃料空气混合均匀，火焰峰值温度低，有利于扩大值班喷嘴的负荷范围，并且降低NOx排放。

【技术实现步骤摘要】
一种燃气轮机燃烧室的预混值班喷嘴
本技术涉及燃气轮机
，尤其是一种燃气轮机燃烧室的预混值班喷嘴。
技术介绍
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更宽工况范围内降低氮氧化物排放。现有主流天然气重型燃气轮机多采用贫预混燃烧技术。贫预混燃烧室低工况下易发生燃烧不稳定，多采用值班喷嘴来稳定火焰，一般值班喷嘴采用扩散火焰，当燃烧室处于低工况时，扩散喷嘴形成的扩散火焰会产生大量的NOx，从而导致低工况时燃烧室NOx排放不达标。采用预混火焰值班可以进一步降低NOx排放，拓宽燃烧室低排放区间。但预混值班火焰容易导致回火以及导致喷嘴壁面高温等问题，如何设计预混值班喷嘴是关键。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本技术的主要目的在于提供一种燃气轮机燃烧室的预混值班喷嘴，用以提高回流区的稳定性、降低火焰峰值温度，减少低工况条件下燃烧室的NOx排放。(二)技术方案本技术提供了一种燃气轮机燃烧室的预混值班喷嘴，包括：锥罩、外旋流通道、内旋流通道和值班燃料喷嘴，其中所述锥罩设置在所述外旋流通道的前端并形成一喇叭形开口，所述内旋流通道的前端部分地伸入所述外旋流通道的后端并形成一个半封闭空间，所述值班燃料喷嘴设置在所述内旋流通道中，所述外旋流通道和所述内旋流通道都具有沿周向均匀分布的多个旋流槽通道，所述内旋流通道上的多个旋流槽通道设置在未伸入所述外旋流通道的部分上。优选地，所述预混值班喷嘴位于燃烧室头部中心位置。优选地，所述锥罩的出口与主燃单元喷嘴平齐。优选地，所述外旋流通道、所述内旋流通道和所述值班燃料喷嘴的轴心重合。优选地，所述锥罩的半张角θ1的取值范围是28°-38°，所述锥罩的高度H1的取值范围是外旋流通道外径D2的1.0-2.0倍。优选地，内旋流通道的面积与内旋流通道和外旋流通道的面积之和的比例范围为50％-80％。优选地，内旋流通道出口距离锥罩根部的距离与内旋流通道外径D1的关系为：2.0D1≥H2≥0.0D1。优选地，值班燃料喷嘴的燃料喷孔与内旋流通道出口的距离H3与内旋流通道外径D1的关系为：3.0D1≥H3≥1.0D1。优选地，内旋流通道具有M个旋流槽通道，所述旋流槽通道具有切向旋流角θ2，其中M≥4，60°≥θ2≥30°，优选地，M个旋流槽通道的横截面积之和与内旋流通道的横截面积的比例范围：0.9-1.1。优选地，外旋流通道具有N个旋流槽通道，所述旋流槽通道具有切向旋流角θ3，其中N≥4，60°≥θ3≥30°，优选地，N个旋流槽通道的横截面积之和与外旋流通道的横截面积的比例范围：0.9-1.1。优选地，值班燃料喷嘴有K个燃料喷孔，沿值班燃料喷嘴的圆周均布。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本技术的燃气轮机燃烧室的预混值班喷嘴有如下有益效果：(1)相对于扩散值班喷嘴，预混值班喷嘴出口燃料空气混合均匀，火焰峰值温度低，有利于扩大值班喷嘴的负荷范围，并且降低NOx排放；(2)由于有锥罩的存在，预混值班喷嘴回流区稳定，外侧是空气，有利于保护锥罩；(3)预混值班喷嘴结构紧凑，可直接替换现有的扩散值班喷嘴结构，便于实际应用和操作。附图说明图1为根据本技术实施例的预混值班喷嘴的结构示意图；图2为内旋流通道的剖面图；图3为外旋流通道的剖面图。附图标记说明：100-预混值班喷嘴；110-锥罩；120-外旋流通道；130-内旋流通道；140-值班燃料喷嘴；150-旋流槽通道；160-燃料喷孔。θ1-锥罩半张角；θ2-内旋流通道切向旋流角；θ3-外旋流通道切向旋流角；H1-锥罩的高度；H2-内旋流通道出口与锥罩根部的距离；H3-燃料喷孔与内旋流通道出口的距离；D1-内旋流通道外径；D2-外旋流通道外径。具体实施方式本技术在保证燃烧室燃烧效率和燃烧室性能的前提下，通过优化值班喷嘴可在较宽负荷范围内实现超低氮氧化物排放，尤其是能够降低燃烧室低工况下燃烧室NOx的排放，该预混值班喷嘴结构紧凑，适用于天然气、煤制合成气以及其他中低热值合成气的燃烧。为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本技术进一步详细说明。参见图1-图3，本技术实施案例提供了一种预混值班喷嘴100，包括：锥罩110、外旋流通道120、内旋流通道130和值班燃料喷嘴140。其中锥罩110设置在外旋流通道120的前端并形成一喇叭形开口，内旋流通道130的前端部分地伸入外旋流通道120的后端并形成一个半封闭空间，值班燃料喷嘴140设置在内旋流通道130中，外旋流通道120和内旋流通道130都具有沿周向均匀分布的多个旋流槽通道150，内旋流通道130上的多个旋流槽通道150设置在未伸入外旋流通道120的部分上。预混值班喷嘴100位于燃烧室头部中心位置。锥罩110的出口与主燃单元喷嘴平齐。外旋流通道120、内旋流通道130和值班燃料喷嘴140的轴心重合。锥罩110的半张角θ1的取值范围是28°-38°，锥罩110的高度H1的取值范围是外旋流通道外径D2的关系为：1.0D2≤H1≤2.0D2。内旋流通道130的面积与内旋流通道130和外旋流通道120的面积之和的比例范围为50％-80％。内旋流通道出口距离锥罩根部的距离与内旋流通道外径D1的关系为：2.0D1≥H2≥0.0D1。为了防止回火，值班燃料喷嘴140的燃料喷孔与内旋流通道出口的距离H3与内旋流通道外径D1的关系为：3.0D1≥H3≥1.0D1。如图2所示，内旋流通道130具有M个旋流槽通道150，旋流槽通道150具有切向旋流角θ2，内旋流通道130通过旋流槽通道150与集气腔相连通，其中，切向旋流角θ2满足：30°≤θ2≤60°，所述M≥4，优选地，M个旋流槽通道的横截面积之和与内旋流通道130的横截面积的比例范围：0.9-1.1。如图3所示，外旋流通道120具有N个旋流槽通道150，旋流槽通道具有切向旋流角θ3，外旋流通道120通过旋流槽通道150与集气腔相连通，其中，切向旋流角θ3满足：30°≤θ3≤60°，所述N≥4，优选地，N个旋流槽通道的横截面积之和与外旋流通道120的横截面积的比例范围：0.9-1.1。值班燃料喷嘴140有K个燃料喷孔160，沿值班燃料喷嘴140圆周均布。根据燃料量大小确定K和燃料喷孔160的直径，一般来说燃料喷孔160的直径的取值范围是1mm-4mm。在一实施例中，设置预混值班喷嘴混合气出口速度为80m/s～120m/s，燃料喷嘴速度为120m/s～300m/s。燃料和内旋流通道内的空气进行快速混合后，然后与外旋流通道内的空气再次混合，混合气在预混喷嘴锥罩内部及其后部形成回流区稳定火焰，外旋流通道的空气能够冷却锥罩，同时也可以冷却内旋流通道。相对扩散燃烧来说，预混火焰降低了火焰峰值温度，可以降低NOx排放。针对天然气、煤制合成气等多种工业燃料气，可根据燃料气的点火延迟时间、火焰传播速度、燃料热值等燃料特性调整掺混距离H3，内侧通道出口和锥罩的距离H2以及旋流角度等，能够适应多种工业燃料气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气轮机燃烧室的预混值班喷嘴，包括：锥罩、外旋流通道、内旋流通道和值班燃料喷嘴，其中所述锥罩设置在所述外旋流通道的前端并形成一喇叭形开口，所述内旋流通道的前端部分地伸入所述外旋流通道的后端并形成一个半封闭空间，所述值班燃料喷嘴设置在所述内旋流通道中，所述外旋流通道和所述内旋流通道都具有沿周向均匀分布的多个旋流槽通道，所述内旋流通道上的多个旋流槽通道设置在未伸入所述外旋流通道的部分上。

【技术特征摘要】
1.一种燃气轮机燃烧室的预混值班喷嘴，包括：锥罩、外旋流通道、内旋流通道和值班燃料喷嘴，其中所述锥罩设置在所述外旋流通道的前端并形成一喇叭形开口，所述内旋流通道的前端部分地伸入所述外旋流通道的后端并形成一个半封闭空间，所述值班燃料喷嘴设置在所述内旋流通道中，所述外旋流通道和所述内旋流通道都具有沿周向均匀分布的多个旋流槽通道，所述内旋流通道上的多个旋流槽通道设置在未伸入所述外旋流通道的部分上。2.如权利要求1所述的预混值班喷嘴，其特征在于：所述预混值班喷嘴位于燃烧室头部中心位置，所述锥罩的出口与主燃单元喷嘴平齐。3.如权利要求1所述的预混值班喷嘴，其特征在于：所述外旋流通道、所述内旋流通道和所述值班燃料喷嘴的轴心重合。4.如权利要求1所述的预混值班喷嘴，其特征在于：所述锥罩的半张角θ1的取值范围是28°-38°，所述锥罩的高度H1的取值范围是外旋流通道外径D2的1.0-2.0倍。5.如权利要求1所述的预混值班喷嘴，其特征在于：所述内旋流通道的面积与所述内旋流通道和所述外旋流通道的面积...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊燕，郑祥龙，刘耘州，张哲巅，肖云汉，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：新型
国别省市：北京,11