[发明专利]一种用于化学回热循环的径向旋流双燃料喷嘴

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种燃气轮机，具体地说是燃气轮机的燃料喷嘴。

背景技术

燃气轮机由于具有结构简单、单机功率大、重量尺寸小、机动性好等优点，被广泛地应用于航空、船舶、电力、石油等诸多工业领域。因此，对常规燃机应用技术进行技术改造和性能优化，成为解决能源危机和环境污染问题的重要课题。化学回热循环是先进燃气轮机循环技术之一。它通过回收排气余热加热水和燃油燃料，并使燃油燃料和高温蒸汽进行重整反应形成富含H2、CO等的气态重整气燃料，然后注入燃烧室进行燃烧。研究表明，如果柴油重整转化完全，重整气燃烧所产生的热量会比柴油燃烧释放的热量增加大约25%。燃烧室在燃气轮机启动阶段燃用燃油燃料，利用排气余热生成水蒸汽，并回注到燃烧室中，此时燃烧室内进行回注蒸汽燃油燃烧；当水蒸汽参数稳定后，将燃油注入到化学回热器中，燃油与水蒸汽进行重整反应形成重整气，此时燃烧室内油气混烧；当机组运行到一定工况，燃烧室单独燃烧重整气，因此，要求化学回热燃气轮机燃烧室不但具有单独燃用燃油或重整气燃料的功能，还要具有蒸汽回注以及两种燃料混烧的功能。喷嘴作为燃烧室的重要组件，其性能的优劣将直接影响点火、燃烧效率、燃烧稳定性、温度分布和排气污染等方面的性能，同时也会影响火焰筒和涡轮叶片的寿命。因此为了满足化学回热循环燃机的要求，对于径向旋流双燃料喷嘴的设计显得尤为重要。

为了保证燃烧室的出口温度相同，重整气的质量流量要远大于燃油质量流量，使重整气的体积流量远大于燃油的体积流量。因此，喷嘴设计不合理，易导致重整气流速过大，与空气掺混效果不佳，流场难以组织，从而造成火焰拉长，燃烧室出口温度场均匀性降低，恶化燃气轮机涡轮叶片的工作环境；燃油时水蒸汽通过喷嘴回注，减少了蒸汽回注设备的投入，但在蒸汽流速过大时会影响流场稳定性，蒸汽与空气掺混效果不佳，影响燃油和空气的接触，引起燃烧室熄火，该现象会严重影响燃气轮机的运行。

发明内容

本发明的目的在于提供能够保证蒸汽回注时与空气掺混良好，形成稳定回流区来稳定火焰，达到蒸汽回注后燃烧室不熄火，降低排放的目的一种用于化学回热循环的径向旋流双燃料喷嘴。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种用于化学回热循环的径向旋流双燃料喷嘴，其特征是：包括水蒸汽通道外壁、主油路外壁、主油路内壁、副油路外壁、副油路内壁，水蒸汽通道外壁和主油路外壁之间构成水蒸汽通道，主油路外壁和主油路内壁之间构成主油路管道，副油路外壁和副油路内壁之间构成副油路管道，主油路外壁位于水蒸汽通道外壁内部，副油路外壁位于主油路内壁内部，主油路管道直接连通油路喷口，副油路管道通过副油路旋流片连通油路喷口，水蒸汽通道通过旋流片入口连通水蒸汽喷口，水蒸汽喷口处即主油路管道外侧周围设置有径向旋流片。

本发明还可以包括：

1、所述的径向旋流片有4-10片，沿主油路外壁均匀布置，在主油路外壁的横截面上，径向旋流片与主油路外壁相接触的点和主油路外壁的圆心的连线与该径向旋流片的夹角为-100°～100°。

2、所述的径向旋流片有8片，沿主油路外壁均匀布置，在主油路外壁的横截面上，径向旋流片与主油路外壁均相切。

3、径向旋流双燃料喷嘴本体的喷射方式包括三种：液体燃料与水蒸汽喷射、液体燃料与气体燃料喷射、气体燃料喷射。

4、所述的液体燃料与水蒸汽喷射的喷射方式为：当液体燃料流量小于或等于副油路通道的设计流量时，液体燃料依次通过副油路管道和副油路旋流片从油路喷口喷出进入燃烧室；当液体燃料流量大于副油路通道的设计流量时，液体燃料分别通过主油路管道和副油路通道、副油路旋流片从油路喷口喷出进入燃烧室；在液体燃料喷射的同时，水蒸汽通过水蒸汽通道、旋流片入口、径向旋流片由水蒸汽喷口喷出进入到燃烧室。

5、所述的液体燃料与气体燃料喷射的喷射方式为：气体燃料从水蒸汽通道进入旋流片入口，经径向旋流片形成的水蒸汽喷口喷出进入到燃烧室；当液体燃料流量小于或等于副油路通道的设计流量时，液体燃料依次通过副油路管道和副油路旋流片从油路喷口喷出进入燃烧室；当液体燃料流量大于副油路通道的设计流量时，液体燃料分别通过主油路管道和副油路通道、副油路旋流片从油路喷口喷出进入燃烧室。