預混合值班噴嘴的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種預混合值班噴嘴，包括噴嘴外殼、旋流器、限流孔板、內(nèi)流通道壁面，其特征在于，噴嘴外殼分為徑向段、軸向段和擴張段，在徑向段與端蓋形成的通道中布置有與端蓋中的值班噴嘴燃料通道相連通的燃料進氣管，燃料進氣管上設置有燃料噴口。本發(fā)明實施例通過設置徑向空氣引氣方式以及徑向混合段，在提高燃料與空氣混合性能的同時大大降低了噴嘴的軸向長度。燃料與空氣混合性能的提高有利于降低污染物的排放。噴嘴軸向長度的降低有利于提高燃燒室頭部布置的協(xié)調(diào)性，從而降低燃氣輪機燃燒室的使用和維護成本。
【專利說明】預混合值班噴嘴

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣體燃料預混燃燒領(lǐng)域，尤其涉及一種預混合值班噴嘴。

【背景技術(shù)】
[0002]由于環(huán)境保護的要求越來越嚴格，在近年來的燃氣輪機燃燒器中越來越多地使用預混燃燒的方式來降低氮氧化物(NOx)的排放。
[0003]圖1顯示了一種典型的采用預混燃燒方式的燃燒室頭部結(jié)構(gòu)。值班噴嘴I布置在中心，多個主噴嘴2均勻地布置在值班噴嘴I周圍。主噴嘴2均采用預混燃燒模式以減少污染物排放。值班噴嘴I采用擴散燃燒模式，目的是穩(wěn)定地維持預混燃燒。值班噴嘴I在擴張段133形成穩(wěn)定的擴散火焰，作為主噴嘴2生成預混火焰的火種使用，由此維持預混燃燒。盡管值班噴嘴I的擴散火焰對于穩(wěn)定燃燒有一定的好處，但是擴散火焰的溫度高，而NOx得生成量是隨著溫度的升高成指數(shù)增長的。值班噴嘴I的擴散火焰對于控制NOx排放非常不利。
[0004]為了進一步降低NOx排放，可以將值班噴嘴由擴散燃燒模式改為預混燃燒模式。燃料與空氣混合的均勻程度是決定氮氧化物(NOx)排放量以及燃燒是否完全的重要指標。混合越均勻，污染物排放越少。為了保證良好的混合性能，預混噴嘴的混合段要有足夠的長度。
[0005]但是，如果混合長度太長，更容易導致回火，燃燒穩(wěn)定性下降。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明實施例提供一種預混合值班噴嘴，能夠在在提高燃料與空氣混合性能的同時縮短噴嘴的軸向長度。
[0007]本發(fā)明實施例采用如下技術(shù)方案:
[0008]一種預混合值班噴嘴，包括噴嘴外殼、旋流器、限流孔板、內(nèi)流通道壁面，噴嘴外殼分為徑向段、軸向段和擴張段，在徑向段與端蓋形成的通道中布置有與端蓋中的值班噴嘴燃料通道相連通的燃料進氣管，燃料進氣管上設置有燃料噴口。
[0009]可選的，徑向段與軸向段光滑過渡。
[0010]可選的，擴張段擴張角的范圍為:25°?40°。
[0011]可選的，徑向段與軸向段的總長度范圍為:150mm?250mm。
[0012]可選的，徑向段的長度不低于50mm。
[0013]可選的，在徑向段前端設置有整流罩，整流罩一端與徑向段相連，另一端與端蓋相連。
[0014]可選的，整流罩上布置有若干整流孔，孔的直徑范圍為2mm?5臟，開孔率在20%?42%之間。
[0015]可選的，至少有一排燃料進氣管繞值班噴嘴的軸線周向均布，每排燃料進氣管的數(shù)量為4?8個,燃料進氣管與徑向段進口的距離在5mm?15mm之間。
[0016]可選的，每個燃料進氣管的兩側(cè)設置有3?12個燃料噴口，燃料噴口均布于燃料進氣管上，燃料噴口的直徑在Imm?2mm之間。
[0017]基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明實施例的預混合值班噴嘴采用預混燃燒模式，有效控制噴嘴擴張段的燃燒溫度，進而降低該區(qū)域污染物NOx的生成量，保護環(huán)境。該值班噴嘴增加了徑向混合段，在保證混合段長度的基礎(chǔ)上降低了整個噴嘴的軸向距離，使燃燒室頭部整體布局以及值班噴嘴與主噴嘴的配合更加合理。燃料從徑向混合段進入噴嘴，值班噴嘴與主噴嘴的燃料進氣管長度均變短，節(jié)省材料，降低了燃料進氣管的振動，同時由于增加了徑向混合段，燃料可以在徑向混合段基本混合均勻。該預混合噴嘴的進口段增加的整流裝置，使進入值班噴嘴的氣流更加均勻，且可以通過控制整流罩上的開孔率方便的控制值班噴嘴與主噴嘴的流量分配。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1為現(xiàn)有技術(shù)預混燃燒燃燒室頭部結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明實施例燃燒室頭部結(jié)構(gòu)截面示意圖；
[0021]圖3為本發(fā)明實施例燃燒室頭部結(jié)構(gòu)立體示意圖；
[0022]圖4為本發(fā)明實施例值班噴嘴結(jié)構(gòu)截面示意圖；
[0023]圖5為本發(fā)明實施例端蓋與值班噴嘴結(jié)構(gòu)立體示意圖。
[0024]圖中:1-值班噴嘴；11_燃料進氣管；111-燃料噴口 ；12_整流罩；121_整流孔；13-噴嘴外殼；131_徑向段；132_軸向段；133_擴張段；14_旋流器；15_限流孔板；151_限流孔；16_內(nèi)流通道壁面；2_主噴嘴；21_主噴嘴燃料進氣管；24_主噴嘴出口 ；4-基板；5-端蓋；51_值班噴嘴燃料進口 ；52_主噴嘴燃料進口 ；53_值班噴嘴燃料通道；54_主噴嘴燃料通道；7-噴嘴通道。

【具體實施方式】
[0025]為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0026]本發(fā)明實施例提供一種預混合值班噴嘴，包括噴嘴外殼13、旋流器14、限流孔板15、內(nèi)流通道壁面16，其特征在于噴嘴外殼13分為徑向段131、軸向段132和擴張段133，在徑向段131與端蓋5形成的通道中布置有與端蓋5中的值班噴嘴燃料通道53相連通的燃料進氣管11，燃料進氣管11上設置有燃料噴口 111 ;
[0027]可選的，徑向段131與軸向段132光滑過渡；
[0028]可選的，擴張段133擴張角的范圍為:25°?40° ;
[0029]可選的，徑向段131與軸向段132的總長度范圍為:150mm?250mm ；
[0030]可選的，徑向段131的長度不低于50mm ；
[0031]可選的，在徑向段131前端設置有整流罩12，整流罩12 —端與徑向段131相連，另一端與端蓋5相連；
[0032]可選的，整流罩12上布置有若干整流孔121，孔的直徑范圍為2mm?5mm，開孔率在20%?42%之間；
[0033]可選的，至少有一排燃料進氣管11繞值班噴嘴的軸線周向均布，每排燃料進氣管11的數(shù)量為4?8個，燃料進氣管11與徑向段131進口的距離在5mm?15mm之間；
[0034]可選的，每個燃料進氣管11的兩側(cè)設置有3?12個燃料噴口 111，燃料噴口 111均布于燃料進氣管11上，燃料噴口 111的直徑在Imm?2mm之間。
[0035]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例的預混合值班噴嘴做進一步的說明。
[0036]圖2為本發(fā)明燃燒室頭部結(jié)構(gòu)截面示意圖。來自壓氣機的空氣分別進入到值班噴嘴I和主噴嘴2中。通過控制值班噴嘴I和主噴嘴2的進氣面積可以調(diào)整二者的空氣流量分配。值班噴嘴I和主噴嘴2分別由端蓋5上的值班噴嘴燃料進口 51和主噴嘴燃料進口52引進燃料。
[0037]圖3為本發(fā)明燃燒室頭部結(jié)構(gòu)立體示意圖。由于值班噴嘴I與主噴嘴2都與端蓋5連接，并且二者的出口在同一平面上，所以值班噴嘴I與主噴嘴2的軸向長度要一致。當值班噴嘴I的軸向長度增長時，主噴嘴燃料進氣管21也要增長，將會帶來結(jié)構(gòu)布置，振動等方面的問題。
[0038]圖4為本發(fā)明值班噴嘴結(jié)構(gòu)截面示意圖。一種值班噴嘴，噴嘴外殼13、旋流器14、限流孔板15、內(nèi)流通道壁面16，噴嘴外殼13分為徑向段131、軸向段132和擴張段133，在徑向段131與端蓋5形成的通道中布置有與端蓋5中的值班噴嘴燃料通道53相連通的燃料進氣管11，燃料進氣管11上設置有燃料噴口 111。噴嘴外殼13的分段導致其形成的噴嘴通道7也分為徑向段、軸向段和擴張段。噴嘴通道7需要有大致光滑的內(nèi)表面以保證氣體在流動過程中不發(fā)生明顯分離，所以噴嘴外殼13的徑向段131與軸向段132需要滿足光滑過渡。為了保證燃料與空氣的混合物能夠在擴張段133內(nèi)形成穩(wěn)定的燃燒區(qū)，擴張段133擴張角的范圍為:25°?40°。
[0039]燃料進氣管11布置在徑向段131與端蓋5構(gòu)成的通道中，即噴嘴通道7的徑向段。燃料進氣管11布置在徑向段131中使得燃料和空氣在徑向段就開始混合。為了保證燃料與空氣混合均勻，徑向段131與軸向段132的總長度范圍在150mm?250mm之間。徑向段131的長度在50mm以上時才能達到較好的減少值班噴嘴I軸向長度的效果。燃料進氣管11的位置、分布以及燃料噴口 111的位置和方向均對混合性能有影響。優(yōu)選的，燃料進氣管11的數(shù)量為4?8個，繞值班噴嘴I的軸線周向均布，與徑向段進口的距離在5mm?1mm之間。優(yōu)選的，每個燃料進氣管11在垂直于來流空氣的兩側(cè)分別設置3?12個燃料噴口111，燃料噴口 111均布于燃料進氣管11上，燃料噴口 111直徑在Imm?2mm之間。
[0040]在徑向段131入口處設置有整流罩12，整流罩上布置有若干整流孔121。空氣穿過整流罩12上的整流孔121進入到噴嘴通道7，使進入值班噴嘴的氣流更加均勻，從而促進燃料與空氣的混合。優(yōu)選的，整流孔121的直徑范圍為2mm?5mm，開孔率在20%?42%之間。在傳統(tǒng)噴嘴中，空氣進氣面積一般是通過調(diào)整噴嘴的直徑來確定，當噴嘴加工完成后就很難再更改它的進氣面積。本發(fā)明通過控制整流罩上的開孔率可以很方便地控制值班噴嘴與主噴嘴的流量分配。特別是在試驗階段，快速調(diào)整流量分配對于節(jié)省試驗時間和制造成本非常有利。
[0041]本發(fā)明實施例的預混合值班噴嘴采用預混燃燒模式，有效控制噴嘴擴張段的燃燒溫度，進而降低該區(qū)域污染物NOx的生成量，保護環(huán)境。該值班噴嘴增加了徑向混合段，在保證混合段長度的基礎(chǔ)上降低了整個噴嘴的軸向距離，使燃燒室頭部整體布局以及值班噴嘴與主噴嘴的配合更加合理。燃料從徑向混合段進入噴嘴，值班噴嘴與主噴嘴的燃料進氣管長度均變短，節(jié)省材料，降低了燃料進氣管的振動，同時由于增加了徑向混合段，燃料可以在徑向混合段基本混合均勻。該預混合噴嘴的進口段增加的整流裝置，使進入值班噴嘴的氣流更加均勻，且可以通過控制整流罩上的開孔率方便的控制值班噴嘴與主噴嘴的流量分配。
[0042]本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種預混合值班噴嘴，包括噴嘴外殼、旋流器、限流孔板、內(nèi)流通道壁面，其特征在于，噴嘴外殼分為徑向段、軸向段和擴張段，在徑向段與端蓋形成的通道中布置有與端蓋中的值班噴嘴燃料通道相連通的燃料進氣管，燃料進氣管上設置有燃料噴口。
2.如權(quán)利要求1所述的預混合值班噴嘴，其特征在于，徑向段與軸向段光滑過渡。
3.如權(quán)利要求1所述的預混合值班噴嘴，其特征在于，擴張段擴張角的范圍為:25°?40。。
4.如權(quán)利要求1所述的值班噴嘴，其特征在于，徑向段與軸向段的總長度范圍為:150mm ?250mmo
5.如權(quán)利要求1所述的預混合值班噴嘴，其特征在于，徑向段的長度不低于50_。
6.如權(quán)利要求1所述的預混合值班噴嘴，其特征在于，在徑向段前端設置有整流罩，整流罩一端與徑向段相連，另一端與端蓋相連。
7.如權(quán)利要求6所述的預混合整流罩，其特征在于，整流罩上布置有若干整流孔，孔的直徑范圍為2mm?5mm，開孔率在20%?42%之間。
8.如權(quán)利要求1所述的預混合值班噴嘴，其特征在于，至少有一排燃料進氣管繞值班噴嘴的軸線周向均布，每排燃料進氣管的數(shù)量為4?8個，燃料進氣管與徑向段進口的距離在5mm?15mm之間。
9.如權(quán)利要求1所述的預混合值班噴嘴，其特征在于，每個燃料進氣管的兩側(cè)設置有3?12個燃料噴口，燃料噴口均布于燃料進氣管上，燃料噴口的直徑在Imm?2mm之間。
【文檔編號】F23R3/38GK104180397SQ201410361335
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】方子文, 李珊珊, 查筱晨 申請人:北京華清燃氣輪機與煤氣化聯(lián)合循環(huán)工程技術(shù)有限公司