[发明专利]一种一体化低污染燃烧室喷嘴结构及方法

说明书

本发明涉及一体化低污染燃烧室喷嘴结构，包括喷嘴本体、燃料腔体和空气板；空气板焊接在喷嘴本体上形成一体化结构，并且空气板和喷嘴本体采用相同材料；喷嘴本体的喷嘴端部壁面内壁上设有喷嘴导流壁面；燃料腔体主要由喷嘴杆内腔体和喷嘴突扩内腔体相连组成，喷嘴突扩内腔体外侧设有喷嘴导流孔腔体；空气板由空气孔和空气板壁面组成，空气板壁面上均匀分布有空气孔；喷嘴导流孔腔体外侧设有燃料孔。本发明的有益效果是：本发明采用一体式喷嘴结构形式，将空气孔和燃料喷嘴进行结构集成，并采用同种材料加工，能保证在不同的工况下，空气孔和燃料喷嘴保持一致的膨胀变形，保持主要设计尺寸的一致性，使燃料和空气的混合特性与设计结果保持一致。

技术领域

本发明涉及一种喷嘴结构，具体涉及一种一体化低污染燃烧室喷嘴结构及方法。

背景技术

随着能源紧缺及全世界对环境问题的重视，各国对燃气轮机的污染排放性能和燃烧效率要求日趋严格，一般要求燃气轮机在50％以上负荷区间，燃烧室排放能维持在较低水平，同时保持较高的燃烧效率。对于气态燃料(如甲烷)，为了达到低排放水平，预混燃烧技术被广泛采用。虽然预混燃烧能达到较低的排放水平，但在机组运行过程中，容易因为各种故障(喷嘴堵塞、污垢或设计缺陷)造成混气速度小于火焰速度，进而发生回火引起燃烧器损坏等。

专利CN106461211A公开了一种燃气涡轮发动机的燃烧装置，包括基于MMX(Micro-Mix)燃烧原理的喷嘴和燃烧器。其包括多个用于燃料喷射的环状部和用于空气引导的环状部，燃料喷射部件和空气引导部件呈同心状交替地配置，具体喷嘴结构见图5(其中包括燃料供给管66、中间环状管道84、喷嘴孔36、喷嘴孔37、燃料流通路径73)。其中燃料(氢气)由中间环状管道84进入喷嘴，并经过喷嘴孔36和37喷射进入下游火焰筒；空气经由内外两侧分布的空气孔A进入下游火焰筒；燃料和空气方向相互垂直，充分混合，经点火器点燃后在下游形成多个独立的小火焰结构，能够减小火焰的停留时间，理论上能极大降低NOx排放，并且能避免回火的发生。该喷嘴结构可以用于多种燃料的燃烧，比如天然气、氢气、合成气等。但该喷嘴燃料喷射部和空气引导部属于不同的部件，在发生热膨胀时变形位移和方向可能不一致，出现较大的相对位移，造成空气和燃料的混合性能出现较大的偏差，进而造成火焰形态发生改变，火焰稳定性和排放性能发生恶化。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种一体化低污染燃烧室喷嘴结构及方法。

这种一体化低污染燃烧室喷嘴结构，包括喷嘴本体、燃料腔体和空气板；空气板焊接在喷嘴本体上形成一体化结构，并且空气板和喷嘴本体采用相同材料；喷嘴本体的喷嘴端部壁面内壁上设有喷嘴导流壁面；燃料腔体主要由喷嘴杆内腔体和喷嘴突扩内腔体相连组成，喷嘴突扩内腔体外侧设有喷嘴导流孔腔体；空气板由空气孔和空气板壁面组成，空气板壁面上均匀分布有空气孔；喷嘴导流孔腔体外侧设有燃料孔，燃料孔位于空气孔下游，并且燃料孔与空气孔相对应；空气板的外缘设有一圈进气环。

作为优选：喷嘴本体主要由喷嘴杆壁面、喷嘴突扩壁面和喷嘴端部壁面依次相连组成。

作为优选：导流孔腔体均匀布置在喷嘴突扩内腔体的外侧。

作为优选：导流孔腔体为圆柱腔体或方形腔体。

作为优选：圆柱腔体的直径为喷嘴端部壁面直径的5％-15％，圆柱腔体的深度为喷嘴端部壁面直径的20％-30％。

作为优选：燃料孔与导流孔腔体的外壁面成一定角度的锐角或者相互垂直。

作为优选：空气孔和燃料孔数量的比例关系是1:1或1:2或1:3。

这种一体化低污染燃烧室喷嘴结构的工作方法，包括以下步骤：