[发明专利]一种低污染燃烧室喷嘴端部结构及方法

说明书

本发明涉及低污染燃烧室喷嘴端部结构，包括喷嘴本体、燃料腔体和空气板；喷嘴本体的喷嘴端部壁面内壁上设有喷嘴导流壁面，喷嘴导流壁面外侧设有喷嘴导流孔腔体；燃料腔体由喷嘴杆内腔体、喷嘴突扩内腔体和喷嘴导流孔腔体组成；喷嘴本体外侧壁设有一圈空气板，空气板由空气门洞和空气板壁面组成；喷嘴导流孔腔体外侧设有燃料孔，燃料孔位于空气门洞下游，并且燃料孔与空气门洞相对应；喷嘴本体端部设有端部结构，端部结构为倒圆、倒斜角或内凹角。本发明的有益效果是：由于喷嘴端部结构的改进能调节内外涡旋对的大小，可以扩大燃烧区范围，有助于独立分离小火焰结构的形成，在不同的来流工况下都能防止火焰聚集，有效降低NOx排放水平。

技术领域

本发明涉及喷嘴结构，具体涉及一种低污染燃烧室喷嘴端部结构及方法。

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7(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(天然气、氢气等)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，不仅能够降低火焰温度，还能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。

但该喷嘴对空气和燃料的波动性较为敏感，在变工况下NOx增加较为明显，在真实燃气轮机内不均匀的压气机出口来流的条件下NOx排放较大。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种低污染燃烧室喷嘴端部结构及方法。

这种低污染燃烧室喷嘴端部结构，包括喷嘴本体、燃料腔体和空气板；喷嘴本体的喷嘴端部壁面内壁上设有喷嘴导流壁面，喷嘴导流壁面外侧设有喷嘴导流孔腔体；燃料腔体由喷嘴杆内腔体、喷嘴突扩内腔体和喷嘴导流孔腔体组成；喷嘴本体外侧壁设有一圈空气板，空气板由空气门洞和空气板壁面组成，空气板壁面上均匀分布有空气门洞；喷嘴导流孔腔体外侧设有燃料孔，燃料孔位于空气门洞下游，并且燃料孔与空气门洞相对应；喷嘴本体端部设有端部结构，端部结构为倒圆、倒斜角或内凹角。

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

作为优选：喷嘴杆壁面围合成喷嘴杆内腔体，喷嘴突扩壁面、喷嘴腔体壁面和喷嘴端部壁面围合成喷嘴突扩内腔体。

作为优选：端部结构位于喷嘴腔体壁面和喷嘴端部壁面相交处。

这种低污染燃烧室喷嘴端部结构的工作方法，包括以下步骤：

S1、燃料从燃料进口进入喷嘴杆内腔体，接着进入喷嘴突扩内腔体后分成两部分，一部分沿直线流动撞击喷嘴端部壁面，并在喷嘴端部壁面和喷嘴导流壁面的角落处形成回流涡，并流向喷嘴导流孔腔体，最后从燃料孔流出喷嘴结构；另外一部分直接流向喷嘴导流孔腔体，最后从燃料孔流出喷嘴结构；

S2、空气从空气进口进入空气门洞，流速增加，与从燃料孔流出的燃料相互混合，燃料速度方向与空气速度方向相互垂直；