[发明专利]一种用于燃气轮机燃烧室的防回火喷嘴

说明书

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，尤其涉及一种用于燃气轮机燃烧室的防回火喷嘴，具体的是一种能够保护头部结构且降低污染物排放的用于燃气轮机燃烧室的防回火喷嘴。

背景技术

随着环境污染的日益严重，环保法规的要求与执行也越来越严格。空气中N₂与O₂起化学反应而生成NOx的起始温度约为1650°，当燃烧室温度高于1650°时，就会有NOx产生。对于传统的扩散燃烧燃烧室，扩散燃烧方式的火焰面温度总是等于化学当量比为1的理论燃烧温度，它不因燃料与空气总掺混比的浓或稀而异，尽管该理论燃烧温度因燃料组分不同而稍有不同，但总是高于1650°，因而传统扩散燃烧燃烧室的NO_X排放量总是很高的。现代干式低污染燃烧室采用预混燃烧的方式，可以有效地降低污染物排放。干式低污染燃烧室设计的基本原理是：使燃料与空气预先混合为均相的、稀释的可燃混合物，并使其以火焰传播的方式燃烧，以把火焰温度控制在1650°以下，从而降低NOx的生成量。

预混燃烧燃烧室面临的一个很大的危险是回火。由于燃烧过程中存在一些不稳定因素，当火焰传播速度大于燃料-空气混合物的流速时，火焰会从燃烧区向上游传播到燃料-空气预混区域，这会导致喷嘴甚至头部其他结构被烧坏，进而导致燃气轮机工作停止。防回火的有效方式很有限，从目前已经公布的专利来看，主要有三种原理：第一种是通过设计合适的结构优化流动来减少回火。第二种是通过传感器实时监控燃烧状况，当发生回火时，通过改变燃烧模式或者改变燃料流路来实现对回火的主动控制。第三种是利用材料的热熔断属性，例如安装热熔断装置，当发生回火时，热熔断装置融化，改变燃料流路从而防止回火的深入。对于不同的燃烧室，由于喷嘴结构和功能的具体要求，防回火装置的使用会有一定的局限性。

第一种原理可以在一定程度上预防回火，但当回火发生时没有办法阻止。第二种原理需要布置传感器，使得燃烧室的控制更加复杂。利用第三种原理可以设计出简便可靠的防回火装置。例如GE公司的专利US005685139A，通过将喷嘴尖端特定位置的壁厚减薄，当回火发生时，薄壁部分首先被烧坏从而改变燃料流路，燃料流路改变，相应地也改变了燃烧模式，回火被及时阻止。但是，喷嘴尖端在防回火的过程中被烧毁，导致喷嘴尖端报废。由于喷嘴结构复杂，制造及维修难度高，燃气轮机使用者往往需要向特定的供应商或维修商购买或维修喷嘴，不仅价格昂贵，而且周期长。

鉴于上述现有技术的缺陷，需要提供一种能够保护头部结构且降低污染物排放的用于燃气轮机燃烧室的防回火喷嘴。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是现在技术中通过将喷嘴尖端特定位置的壁厚减薄，当回火发生时，薄壁部分首先被烧坏从而改变燃料流路。但是，喷嘴尖端在防回火的过程中被烧毁，导致喷嘴尖端报废。由于喷嘴结构复杂，制造及维修难度高，燃气轮机使用者往往需要向特定的供应商或维修商购买或维修喷嘴，不仅价格昂贵，而且周期长的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于燃气轮机燃烧室的防回火喷嘴，包括法兰、旋流器及中心体；所述法兰上设置有燃料进口，所述中心体内设置有与所述燃料进口连通的轴向燃料通道，所述旋流器上设置有旋流叶片，所述旋流叶片上设置有与所述轴向燃料通道连通的径向燃料通道，所述径向燃料通道上设置有燃料出口，所述中心体上设置有防回火装置。

进一步地，所述中心体包括主体段及尖端段，所述尖端段一端与所述主体段连接，另一端设置有端面，所述端面上设置有能够与所述轴向燃料通道连通的尖端燃料出口，所述防回火装置设置于所述尖端段上。

进一步地，所述尖端段为波纹管，所述防回火装置包括第一密封段及第二密封段，所述第二密封段一端与所述波纹管固定连接，另一端与所述第一密封段连接，所述第一密封段对应于所述尖端燃料出口设置。

进一步地，所述第二密封段能够沿所述轴向燃料通道的轴向移动，使所述第二密封段与所述第一密封段之间形成燃料缝，所述尖端燃料出口与所述燃料缝连通。

进一步地，所述波纹管的总长度为20～200mm。

进一步地，所述波纹管的壁厚为0.5～3mm。

进一步地，所述法兰上还设置有空气进口，所述中心体内设置有与所述空气进口连通的空气通道，所述端面上设置有与所述空气通道连通的空气出口。

进一步地，所述空气出口与所述尖端燃料出口交错布置。