[实用新型]一种燃气轮机双燃料燃烧室喷嘴

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种燃气轮机燃烧室喷嘴，尤其涉及能够使用双燃料的燃气轮机低污染燃烧室喷嘴。

背景技术

在我国当前的能源结构中，采用传统燃煤技术的火力发电占据了绝大部分份额。但是这种传统的发电技术存在发电效率低，污染物排放高(尤其是NOx排放)，耗费淡水资源多等缺点。IGCC(整体煤气化联合循环发电系统)作为一种新型“绿色”燃煤技术，为煤的清洁高效利用提供了一种新的途径。

IGCC系统中的燃气轮机，采用气化炉产生的中低热值合成气为燃料，与压气机输送来的高压空气在燃烧室中进行快速混合和燃烧，高温高压的气流经透平做功，进而带动电机发电。由于合成气(主要成份是CO和H₂)有别于常规燃料，所以燃气轮机燃烧室中通常所采用的如扩散燃烧和预混燃烧技术均不再适用。因此，需根据IGCC系统和合成气燃料成分的特点，开发更加适合的低污染燃烧技术。

合成气中主要成分为CO和H₂，其过高的火焰传播速度，过高的绝热火焰温度和过宽的可燃极限和爆炸边界，使得扩散燃烧方式为最佳燃烧策略。但是，采用扩散燃烧方式时，也带来了扩散燃烧方式所固有的缺点，即燃烧区中永远存在化学恰当比的火焰锋面，过高的峰值火焰温度，将会极大地促使NOx快速生成。为解决此问题，人们尝试将稀释剂，如氮气(N₂),水蒸气(H₂O)和二氧化碳(CO₂)等惰性气体，注入到燃烧区这使得燃烧区峰值火焰温度大幅度降低，从而降低污染物排放。对于注入稀释剂，方法之一是采用外部预先燃料稀释，但是这需要购置额外设备，故工程中并不常用；而采用空气伴随稀释时，稀释剂一方面会阻塞空气流道，同时会降低氧化剂的浓度，进而难以维持高效率燃烧；而采用燃料伴随稀释时，这会大幅度降低单位体积燃料热值，同样会导致燃烧效率难以提高；而将稀释剂直接喷入燃烧区则会扰乱燃烧室内流场，不利于火焰稳定，同时会恶化出口温度分布。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种燃气轮机双燃料燃烧室喷嘴，该技术方案能够在保证良好稀释的同时，保持火焰稳定；此外，该技术方案还能够抑制大体积流量的燃料和稀释剂对空气气流的阻塞，同时稀释剂的注入不会扰乱燃烧室内部流场结构，从而保证燃烧的稳定性和良好的出口温度分布。

本实用新型所采用的技术方案如下：一种燃气轮机双燃料燃烧室喷嘴，该喷嘴包括轴向中心燃料通道和与该轴向中心燃料通道同轴布置的外围轴向环形燃料通道，其特征在于：外围轴向环形燃料通道外还设置有与轴向中心燃料通道同轴布置的外围轴向环形稀释气体通道；喷嘴的空气通道也与轴向中心燃料通道同轴布置，并分为第一级外围径向环形空气通道与第二级外围径向环形空气通道；所述轴向中心燃料通道出口端的壁面上开有密集小孔；所述外围轴向环形燃料通道出口处设置有外围燃料旋流装置；所述外围轴向环形稀释气体通道内壁面上设有燃料稀释孔，燃料稀释孔与外围轴向环形燃料通道连通；所述外围轴向环形稀释气体通道出口端的壁面上分别设有第一级空气稀释孔和第二级空气稀释孔，第一级空气稀释孔与第一级外围径向环形空气通道相连通，第二级空气稀释孔与第二级外围径向环形空气通道相连通；所述第一级外围径向环形空气通道内设置有第一级空气旋流装置，第二级外围径向环形空气通道内设置有第二级空气旋流装置。

上述技术方案中，所述的第一级空气旋流装置采用斜切孔，该斜切孔从喷嘴的外壁面穿入第一级外围径向环形空气通道内，且沿第一级外围径向环形空气通道的壁面均匀布置，孔的个数在6～12之间。

所述的外围燃料旋流装置采用轴向叶片式结构或轴向叶栅式结构，叶片个数或叶栅通道个数在6～12之间。

该实用新型与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：

(1)本实用新型的稀释剂供入方式不同于现有技术，稀释剂能够进行多股燃料稀释和多股空气稀释，稀释剂向各燃料通道和空气通道的供入比例可以通过改变各稀释孔的面积比来进行优化调整，避免了现有技术采用单一稀释法所带来的稀释不均匀现。

(2)本实用新型的稀释剂采用多个喷射孔供入，能够强化稀释剂与燃料或空气的混合，一方面强化稀释剂与燃料和空气掺混效果，另一方面也能够减低大体积流量的稀释剂气流对空气射流的阻塞作用，从而保证燃烧室头部的空气供应，进而提升燃烧稳定性。

(3)本实用新型所采用的稀释剂输送方法不会扰乱燃烧室的内部流场，从而保证稀释剂的的注入不会对燃烧稳定性和出口温度分布有不良影响。