燃氣輪機稀釋擴散燃燒噴嘴的製作方法
2023-06-03 03:33:01
專利名稱：燃氣輪機稀釋擴散燃燒噴嘴的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及燃氣輪機及其其他氣相燃燒系統領域，是一種在運行期間根據不同的稀釋方式、不同稀釋劑以及不同稀釋量調節燃燒器的空氣和燃料的出口幾何截面積，從而達到高效、穩定及低汙染的一種燃氣輪機稀釋擴散燃燒噴嘴。
背景技術：
燃氣輪機技術是能源利用的一個主要方向，中國的能源結構中煤是主要的能源，因此整體煤氣化聯合循環(IGCC)以及整體煤氣化溼空氣透平(IGHAT)循環是較適合中國的能源利用方式。燃氣輪機循環中燃燒室是一個關鍵部件，它關係到系統的效率和汙染物排放。因此要求燃燒室可以適應合成氣的燃燒以及不同的稀釋量，並且要達到穩定、高效以及低汙染物排放燃燒，成本低，使用壽命長。
稀釋擴散燃燒技術一方面適用於某些先進燃氣輪機循環(HAT循環和ISTG循環等)，因為其系統本身決定了它的燃燒方式必須是稀釋擴散燃燒。稀釋擴散燃燒技術可以提高溼空氣透平(HAT)循環以及注蒸汽透平(ISTG)循環的系統效率和比功，同時可以大大降低NOx排放。另一方面對於整體煤氣化聯合循環(IGCC)中的合成氣燃燒由於其組分的變化較大，必須採用擴散燃燒，為了降低NOx排放必須採用稀釋燃燒技術。稀釋擴散燃燒可以分為燃料稀釋和空氣稀釋。稀釋劑可以為水、水蒸汽以及氮氣等。稀釋的範圍也很廣，稀釋劑可以佔空氣量的1％-40％。
現有的稀釋燃燒技術，是通過普通燃氣輪機燃燒室中注入水、水蒸汽或氮氣，從而藉助於降低火焰溫度而達到降低汙染物排放的目的。其並不能根據不同的稀釋情況調節燃燒的情況，因此在不同的稀釋情況下，燃燒的穩定性、效率以及汙染物不能達到最優值，甚至不能在某些工況下穩定燃燒。因此有必要做進一步的工作，根據合成氣的組分和稀釋組分動態組織流場，使得整個燃燒室在不同工況下可以穩定、高效、低汙染的燃燒。
發明內容
本實用新型的目的在於提供一種燃氣輪機稀釋擴散燃燒噴嘴，本實用新型在不同工況(合成氣組分，稀釋組分，稀釋量)下，都可以穩定、高效、低汙染燃燒的稀釋擴散燃燒技術。其創新點在於可以根據合成氣組分，稀釋組分以及稀釋量動態調整燃燒器的出口幾何面積，從而調整流場使得燃燒噴嘴在不同工況下都可以穩定、高效、低汙染地進行燃燒。另外燃氣鍋爐中也可以採用本實用新型。
為實現上述目的，本實用新型提供的燃氣輪機稀釋擴散燃燒噴嘴，包括三個依次同心套設的錐型噴嘴，其中最外層噴嘴固定於端蓋上；該端蓋的一側而上固定有小端蓋；中間層噴嘴同軸地套設在最外層噴嘴內，其錐部與最外層噴嘴的錐部形成空氣通道；中間層噴嘴底部通過燃料匯集管固定於一中空連杆上，該連杆為氣體燃料管道，其具有外螺紋，與鑲嵌在小端蓋上的調整套的內螺紋相配合；最內層噴嘴同軸地套設在中間層噴嘴內，其錐部與中間層噴嘴的錐部形成燃料通道；最內層噴嘴固定於一設有外螺紋的中空連杆上，該連杆為液體燃料管道，其具有外螺紋，與鑲嵌在小端蓋上的調整套的內螺紋相配合；分別轉動兩個調整套，帶動中間層噴嘴和最內層噴嘴作軸向移動，調整空氣通道和燃料通道的出口截面積。
所述的燃氣輪機稀釋擴散燃燒噴嘴，其中最外層噴嘴與第二層噴嘴之間環設有空氣旋流器。
所述的燃氣輪機稀釋擴散燃燒噴嘴，其中中間層噴嘴與最內層噴嘴之間環設有燃料旋流器。
所述的燃氣輪機稀釋擴散燃燒噴嘴，其中空氣旋流器和燃料旋流器為葉片旋流器或切向進氣旋流器。
所述的燃氣輪機稀釋擴散燃燒噴嘴，其中調整套為手動或電機帶動。
所述的燃氣輪機稀釋擴散燃燒噴嘴，其中液體燃料為柴油、重油或甲醇。
概括地說，本實用新型提供的燃氣輪機稀釋擴散燃燒噴嘴，包括一個固定錐型結構和兩個可移動的錐型結構，其中位於最外邊的固定通道和中間的可移動錐型結構形成了一個環型的可變出口截面的空氣通道，而位於最裡面的可移動錐型結構和中間的可移動錐型結構也構成了一個環型可變出口截面積的氣體燃料通道，中間的可移動結構中有液體燃料噴嘴。兩個可移動結構分別通過兩個外螺紋的管和端蓋上的內螺紋結構相連，通過轉動端蓋上的內螺紋件就可以調節兩個可移動錐型結構的軸向距離，從而改變空氣和燃料的出口截面積，調整其出口速度，達到不同燃燒工況下，穩定、高效、低汙染的燃燒。
本實用新型的燃燒噴嘴在非稀釋工況下運行時，調節兩個可移動錐體結構，使其保證空氣和燃料的出口截面積在一個較小的位置，此時火焰穩定在一個設計工況下。當空氣被稀釋時，由於稀釋後的空氣量增加，使得出口速度增加，使得工況偏離設計工況，這時調節端蓋上的內螺紋調節機構，使得兩個可移動錐型結構沿軸向向後移動，使得空氣的出口面積增大，從而使得空氣出口速度變的和非稀釋工況下的空氣出口速度相同，使得火焰在不同的空氣稀釋工況下可以穩定燃燒。當燃料稀釋時，相似於空氣稀釋，調節可移動機構使得燃料的通道的出口截面積增大，使得燃料出口速度保持大致不變，從而保證穩定燃燒的流場條件。
另外，本實用新型還適用於燃氣輪機中不同組分的合成氣燃燒，當合成氣組分變化時，通過調節端蓋上的兩個內螺紋調節機構改變燃料通道的出口截面積意見燃料出口距離空氣出口的距離，從而實現穩定，高效，低汙染的燃燒不同組分合成氣。
圖1是本實用新型的一個極端調節位置示意圖圖2是本實用新型的另一個極端調節位置示意圖具體實施方式
附圖是本實用新型的一個具體實施例示意圖。其中附圖1和附圖2分別為本實用新型的二個極端調節位置。參照附圖1可知，本實用新型的燃燒噴嘴的主要包括三個同軸套設且錐型結構噴嘴1、2和3，其中間層噴嘴2和最內層噴嘴3可軸向移動結構。最外層噴嘴由固定結構7(如支架等)固定於端蓋6上。中層間噴嘴2同軸套設在最外層噴嘴1內，兩個噴嘴1、2的噴口處形成空氣通道14。中間層噴嘴2通過燃料匯集管8固定於一連杆10上，該連接杆10為中空的氣體燃料通道，其具有外螺紋，氣體燃料通過連杆10可以進入到燃料匯集管8中。小端蓋9上並排鑲嵌有兩個可轉動的調整套12、13，該調整套12、13具有內螺紋結構，其中連杆10與調整套12通過螺紋相配合(調整套13與後述的連杆11相配合)。轉動調整套12，中間層噴嘴2即可實現軸向移動，從而改變空氣通道14的截面積，即改變空氣燃料的通過量(如圖2所示)。上述兩層噴嘴之間還設有空氣旋流器4，固定於最外層噴嘴1上，該空氣旋流器可以是葉片旋流器或切向進氣旋流器等。
與最外層噴嘴1和中間層噴嘴2相似，最內層噴嘴3同軸套設在中間層噴嘴2內，該兩個噴嘴2、3的噴口處形成燃料通道15。該最內層噴嘴3連接在一帶外螺紋的連杆11上，該連杆11為中空的燃料通道，通入液體燃料、柴油、重油、甲醇等。連杆11與小端蓋9上的調整套13的內螺紋相配合，通過旋轉調整套13即可實現最內層噴嘴3作軸向移動，從而改變燃料通道15的截面積(如圖2所示)。中間層噴嘴2與最內層噴嘴3之間設有燃料旋流器5，該燃料旋流器5固定在中間層噴嘴2上，該空氣旋流器可以是葉片旋流器或切向進氣旋流器等。
調整套12和13可以是手動控制，也可以連接步進電機控制。
當空氣被稀釋時，由於被稀釋的空氣量的增加，使得空氣的出口速度增加，火焰偏離設計工況，而不能很好的燃燒。本實用新型根據不同的稀釋劑以及稀釋量，所述的稀釋劑包括水、水蒸汽、氮氣和二氧化碳等，調節調整套12和13，使得中間層噴嘴2和最內層噴嘴3向後移動，這樣使得空氣通道14的出口截面積增大，雖然被稀釋後的空氣量增加，但是出口速度保持不變。一般空氣被稀釋後，為了保證燃氣輪機的透平效率不變，需增加燃料量，這時也相應的調節調整套13使得燃料通道15的出口截面積也增大而適應增加的燃料量。這樣就可以在不同的工況下，火焰都可以穩定，高效，低汙染的燃燒。
相似的，當燃料被稀釋時，燃料量由於稀釋劑以及需要增加燃料量保證燃氣輪機的透平效率而增加，因此為了穩定燃燒，調節調整套13使得最內層噴嘴3向後移動，從而增大燃料通道15的出口截面積，而保持燃料的出口速度不變。這樣就可以保證在不同的燃料稀釋情況下，保持火焰的穩定，高效，低汙染的燃燒。
當燃料是合成氣時，由於燃氣輪機運行過程中，合成氣的組分有可能會發生變化，而且在不同的應用場合，合成氣的組分是變化的，如果不能實現現場調節的話，將不能實現穩定燃燒。當合成氣燃料的組分變化時，本實用新型通過調節調整套12和13從而改變燃料通道15和空氣通道14的出口截面積以及其相對位置，從而保證，不同組分的合成氣燃料都可以在這個噴嘴上實現穩定，高效，低汙染的燃燒。
權利要求1.一種燃氣輪機稀釋擴散燃燒噴嘴，包括三個依次同心套設的錐型噴嘴，其中最外層噴嘴固定於端蓋上；該端蓋的一側而上固定有小端蓋；中間層噴嘴同軸地套設在最外層噴嘴內，其錐部與最外層噴嘴的錐部形成空氣通道；中間層噴嘴底部通過燃料匯集管固定於一中空連杆上，該連杆為氣體燃料管道，其具有外螺紋，與鑲嵌在小端蓋上的調整套的內螺紋相配合；最內層噴嘴同軸地套設在中間層噴嘴內，其錐部與中間層噴嘴的錐部形成燃料通道；最內層噴嘴固定於一設有外螺紋的中空連杆上，該連杆為液體燃料管道，其具有外螺紋，與鑲嵌在小端蓋上的調整套的內螺紋相配合。
2.如權利要求1所述的燃氣輪機稀釋擴散燃燒噴嘴，其中最外層噴嘴與第二層噴嘴之間環設有空氣旋流器。
3.如權利要求1所述的燃氣輪機稀釋擴散燃燒噴嘴，其中中間層噴嘴與最內層噴嘴之間環設有燃料旋流器。
4.如權利要求2或3所述的燃氣輪機稀釋擴散燃燒噴嘴，其中空氣旋流器和燃料旋流器為葉片旋流器或切向進氣旋流器。
5.如權利要求1所述的燃氣輪機稀釋擴散燃燒噴嘴，其中調整套為手動或電機帶動。
專利摘要一種燃氣輪機稀釋擴散燃燒噴嘴，包括三個依次同心套設的錐型噴嘴，其中最外層噴嘴固定於端蓋上；該端蓋的一側而上固定有小端蓋；中間層噴嘴同軸地套設在最外層噴嘴內，其錐部與最外層噴嘴的錐部形成空氣通道；中間層噴嘴底部通過燃料匯集管固定於一中空連杆上，該連杆為氣體燃料管道，其具有外螺紋，與鑲嵌在小端蓋上的調整套的內螺紋相配合；最內層噴嘴同軸地套設在中間層噴嘴內，其錐部與中間層噴嘴的錐部形成燃料通道；最內層噴嘴固定於一設有外螺紋的中空連杆上，該連杆為液體燃料管道，其具有外螺紋，與鑲嵌在小端蓋上的調整套的內螺紋相配合。
文檔編號F02C7/00GK2908812SQ20062002288
公開日2007年6月6日 申請日期2006年4月13日 優先權日2006年4月13日
發明者肖雲漢, 張哲巔, 王嶽 申請人:中國科學院工程熱物理研究所