[发明专利]一种用于气态燃料低污染燃烧室的双级复合旋流喷嘴

说明书

本发明为一种用于气态燃料低污染燃烧室的双级复合旋流喷嘴，包括值班级旋流器1、主燃级旋流器2、简化火焰筒3、扩压器4、驻定火焰5、主涡6、贴壁射流7。值班级旋流器1与主燃级旋流器2相互作用形成驻定火焰5，进而形成脱体火焰；加强值班级高当量比燃烧产物与主燃级新鲜燃气的掺混、点燃效果，降低主燃区温度、火焰长度、停留时间，达到低排放目的，扩宽稳定工作范围，增加燃料种类的选择，回火、积碳等问题也不再出现。低温贴壁射流7提供天然的热障层，使简化火焰筒3壁面保持在较低温度，基本避免浮壁等复杂的冷却结构设计，减小简化火焰筒3重量，降低设计复杂程度，增加简化火焰筒3的强度，保护效果更好。

技术领域

本发明属于燃气轮机分级低污染燃烧室应用领域，具体涉及一种用于气态燃料低污染燃烧室的双级复合旋流喷嘴。

背景技术

要实现低排放要求，必须从降低主燃区温度、缩短燃气在高温区停留时间、提高均匀性等方面入手。虽然贫燃预混燃烧能够实现低排放的目的，但从低污染燃烧机理而言，完全均匀的贫油预混燃烧具有燃烧不稳定等缺点，因此在应用贫燃预混燃烧技术时，经常采用分级或分层燃烧方法。国外研究者对值班级的工作方式进行研究，发现值班级采用预混火焰稳燃时，相对采用扩散火焰的值班级来说，能有效降低NOx排放，同时也具有很好的稳定性。尽管如此，由于值班级当量比较高，所以仍易产生回火、积碳等问题，同时仍存在局部高温，且燃气在高温区停留时间较长，不利于排放控制。使用掺氢燃料时，回火问题尤为严重；当燃用合成气、裂解气燃料时，由于其气体组分变化范围较大，导致火焰传播速度波动范围大，火焰脉动比较剧烈。这都是低排放技术应用上的不利因素。

发明内容

针对目前现有技术中存在的不足，本发明旨在提供一种可在全工况范围内燃用(包括含氢燃料、裂解气、合成气、天然气等气态燃料)、能够明显降低局部高温、减少燃气在高温区域的停留时间、显著降低污染物排放、结构简单紧凑、具有良好的工作效果的用于气态燃料低污染燃烧室的双级复合旋流喷嘴。

本发明的目的是这样实现的：

本发明为一种用于气态燃料低污染燃烧室的双级复合旋流喷嘴，包括值班级旋流器1、扩压器4、主燃级旋流器2、简化火焰筒3，其特征在于：所述的值班级旋流器1由中空圆柱轮毂12、曲叶片11组成，主燃级旋流器2由三角叶片21、底盘22、顶盘23组成，扩压器4由平直段、扩张段组成，主燃级旋流器2与扩压器4做成一体；高当量比混气从值班级旋流器1进入，值班级流量W₁与主燃级流量W₂之比为W₁:W₂＝1:6，中空圆柱轮毂12中央也进气，利用中央直通的气流抑制值班级旋流器1出口下游的逆压梯度，产生贴壁射流7，与主涡6相互作用形成驻定火焰5，进而形成稳定的脱体火焰；低当量比混气从主燃级旋流器2进入，形成主涡6和贴壁射流7。

所述的曲叶片11安装角在25°～45°之间，中空圆柱轮毂12长度稍大于曲叶片11弦长；值班级当量比在0.6～1之间，全局当量比在0.2～0.3之间。

所述的扩张段出口直径略小于主燃级旋流器2出口内径，形成高度为2～5mm的台阶24，在该处产生小涡，将两级贴壁射流7隔开一段距离。

所述的三角叶片21安装角在30°～45°之间；主燃级旋流器2采用强旋流数设计，旋流数在0.8～1.26之间。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：