防回火喷嘴及燃氢燃气轮机的制作方法

本发明涉及燃氢燃气轮机，尤其涉及一种防回火喷嘴及燃氢燃气轮机。

背景技术：

1、安全可靠性是未来低碳能源系统发展过程需要面临的主要挑战，大规模可再生能源并网需要大容量高度灵活电源的补充。燃氢燃气轮机的应用可以提高可再生能源率、平复电网波动，减少co2排放，有助于减少能源进口、降低发电成本。天然气燃气轮机低污染燃烧技术主要是带有稀释剂喷注的扩散燃烧和不需要喷注稀释剂的干式低污染燃烧。由于扩散燃烧技术具有工作稳定、燃料调节策略简单等优势，被广泛应用于天然气燃气轮机，但严重影响了机组的发电效率，且这种燃烧方式也仅能将nox排放降至15～25×10-6(体积分数，下同)的水平，而且过量稀释剂的注入还会导致燃烧不稳定、燃烧效率下降及降低热端部件使用寿命等问题。因此为了减低nox排放，提高机组的发电效率，开始逐步采用燃氢燃气轮机，燃氢燃气轮机的应用可以提高可再生能源率、平复电网波动，减少co2排放，有助于减少能源进口、降低发电成本。

2、为了降低燃烧中nox的产生，燃氢燃气轮机通常采用预混燃烧的方式，但这样的混合方法在使用含氢燃料时，会增加回火的风险，因为燃烧天然气的燃气轮机，由压气机供入的空气进入燃烧室内时，流经旋流器产生旋流，燃料从开设在旋流器叶片表面的小孔中喷出，借助旋流场实现和周围空气间的迅速掺混，燃料和空气的流场中存在低流速回流的中心区域，火焰在回流中心低流速区向上游移动，引起回火，而燃氢燃气轮机的燃料是天然气和氢气进行混合，当天然气和氢气进行混合时，燃料组分的变化引起火焰特性发生改变，与单独的天然气燃料相比，富氢燃料燃烧速度更快，燃料喷射火焰区域更短，更容易出现燃烧室回火现象，从而导致在燃气轮机燃烧器内发生回火时造成上游无冷却部件的烧毁，导致设备损坏，严重影响燃氢燃气轮机使用的安全性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种防回火喷嘴及燃氢燃气轮机，回火危险性低，安全性高。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、一方面提供了一种防回火喷嘴，所述防回火喷嘴与火焰筒连通，包括：

4、壳体，所述壳体内部设有用于混合燃料流动的介质腔室，所述壳体的内壁上还开设有特斯拉阀通道和活塞滑道，所述特斯拉阀通道的入口与所述介质腔室连通，所述特斯拉阀通道的出口与所述活塞滑道连通；

5、活塞组件，所述活塞组件包括隔离盘和活塞板，所述隔离盘可滑动地设于所述介质腔室中，并将所述介质腔室分隔为第一腔室和第二腔室，所述第一腔室用于通入所述混合燃料，所述火焰筒和所述特斯拉阀通道的所述入口均与所述第二腔室连通，所述活塞板与所述隔离盘连接，并在所述活塞滑道中随所述隔离盘同步滑动。

6、可选地，所述活塞组件还包括滑板、第一弹性件和弹片，所述滑板可滑动地设于所述第一腔室中，所述弹片设于所述第一腔室的内壁，所述滑板背离所述隔离盘的一侧与所述弹片抵接，所述第一弹性件被夹设于所述滑板和所述隔离盘之间。

7、可选地，所述滑板靠近所述弹片的一侧设有滑动斜面，所述滑动斜面与所述弹片抵接。

8、可选地，所述活塞组件还包括防护套，所述防护套套设于所述第一弹性件的外侧。

9、可选地，所述活塞组件还包括至少一个旋转杆和螺旋叶片，至少一个所述旋转杆穿设在所述隔离盘上，所述旋转杆随所述隔离盘的滑动而旋转，所述旋转杆位于所述第二腔室的部分上连接有所述螺旋叶片，所述螺旋叶片用于驱动所述混合燃料向靠近所述隔离盘的方向流动。

10、可选地，所述旋转杆位于所述第一腔室的部分上开设有螺旋凹槽，所述隔离盘上开设有与所述旋转杆对应的旋转通孔，所述活塞组件还包括驱动杆，所述驱动杆一端固设于所述旋转通孔的内壁上，所述驱动杆的另一端可滑动地设于所述螺旋凹槽内。

11、可选地，所述活塞组件还包括第一密封板、受力板和第二弹性件，所述第一密封板可滑动地设于所述特斯拉阀通道的所述入口处，所述第一密封板具有开启位和封闭位，当所述第一密封板处于开启位时，所述特斯拉阀通道与所述介质腔室连通，当所述第一密封板处于封闭位时，所述特斯拉阀通道与所述介质腔室分断，所述受力板连接于所述第一密封板朝向所述旋转杆的一侧，所述旋转杆上设有与所述受力板抵接的打击凸起，所述旋转杆用于驱动所述第一密封板从所述封闭位向所述开启位滑动，所述第二弹性件被夹设于所述第一密封板和所述介质腔室的所述内壁之间，所述第二弹性件被配置为使所述第一密封板具有始终由所述开启位向所述封闭位滑动的运动趋势。

12、可选地，所述活塞组件还包括第二密封板和第三弹性件，所述隔离盘开设有连通所述第一腔室和所述第二腔室的介质流道，所述介质流道的入口位于所述第一腔室中，所述介质流道的出口位于所述第二腔室中，所述第二密封板可滑动地设于所述介质流道中，并用于封闭所述介质流道的所述入口，所述第三弹性件设于所述隔离盘内，被配置为使所述第二密封板具有始终远离所述介质流道的所述入口的运动趋势。

13、可选地，所述活塞组件还包括密封件，所述密封件被夹设于所述活塞板和所述活塞滑道的内壁之间。

14、另一方面，提供了一种燃氢燃气轮机，所述燃氢燃气轮机包括如上任一项所述的防回火喷嘴。

15、本发明的有益效果：

16、本发明提供了一种防回火喷嘴，通过在壳体的内壁上设置与介质腔室连通的特斯拉阀通道和活塞滑道，使得当发生回火，回火的冲击力推动隔离盘带动活塞板在活塞滑道中滑动，在特斯拉阀通道的入口形成低压区域，将混合燃料吸入，降低第二腔室中混合燃料的浓度，从而减小回火，并且还可以将回火的火焰吸入到特斯拉阀通道中，利用特斯拉阀通道的结构特性，使得回火的火焰在流动的过程中，相互冲抵，从而消除回火，以达到降低回火危险性的目的。

17、本发明还提供了一种燃氢燃气轮机，通过将上述的防回火喷嘴连接在火焰筒上，在发生回火时，利用防回火喷嘴消除回火，从而对燃氢燃气轮机中无冷却部件进行防护，减少回火的损害，提高燃氢燃气轮机的使用安全性。

技术特征：

1.防回火喷嘴，所述防回火喷嘴与火焰筒(100)连通，其特征在于，所述防回火喷嘴包括：

2.根据权利要求1所述的防回火喷嘴，其特征在于，所述活塞组件(2)还包括滑板(203)、第一弹性件(204)和弹片(205)，所述滑板(203)可滑动地设于所述第一腔室(111)中，所述弹片(205)设于所述第一腔室(111)的内壁，所述滑板(203)背离所述隔离盘(201)的一侧与所述弹片(205)抵接，所述第一弹性件(204)被夹设于所述滑板(203)和所述隔离盘(201)之间。

3.根据权利要求2所述的防回火喷嘴，其特征在于，所述滑板(203)靠近所述弹片(205)的一侧设有滑动斜面，所述滑动斜面与所述弹片(205)抵接。

4.根据权利要求2所述的防回火喷嘴，其特征在于，所述活塞组件(2)还包括防护套(208)，所述防护套(208)套设于所述第一弹性件(204)的外侧。

5.根据权利要求1所述的防回火喷嘴，其特征在于，所述活塞组件(2)还包括至少一个旋转杆(209)和螺旋叶片(210)，至少一个所述旋转杆(209)穿设在所述隔离盘(201)上，所述旋转杆(209)随所述隔离盘(201)的滑动而旋转，所述旋转杆(209)位于所述第二腔室(112)的部分上连接有所述螺旋叶片(210)，所述螺旋叶片(210)用于驱动所述混合燃料向靠近所述隔离盘(201)的方向流动。

6.根据权利要求5所述的防回火喷嘴，其特征在于，所述旋转杆(209)位于所述第一腔室(111)的部分上开设有螺旋凹槽(2091)，所述隔离盘(201)上开设有与所述旋转杆(209)对应的旋转通孔，所述活塞组件(2)还包括驱动杆(211)，所述驱动杆(211)一端固设于所述旋转通孔的内壁上，所述驱动杆(211)的另一端可滑动地设于所述螺旋凹槽(2091)内。

7.根据权利要求6所述的防回火喷嘴，其特征在于，所述活塞组件(2)还包括第一密封板(212)、受力板(213)和第二弹性件(214)，所述第一密封板(212)可滑动地设于所述特斯拉阀通道(12)的所述入口处，所述第一密封板(212)具有开启位和封闭位，当所述第一密封板(212)处于开启位时，所述特斯拉阀通道(12)与所述介质腔室(11)连通，当所述第一密封板(212)处于封闭位时，所述特斯拉阀通道(12)与所述介质腔室(11)分断，所述受力板(213)连接于所述第一密封板(212)朝向所述旋转杆(209)的一侧，所述旋转杆(209)上设有与所述受力板(213)抵接的打击凸起(2092)，所述旋转杆(209)用于驱动所述第一密封板(212)从所述封闭位向所述开启位滑动，所述第二弹性件(214)被夹设于所述第一密封板(212)和所述介质腔室(11)的所述内壁之间，所述第二弹性件(214)被配置为使所述第一密封板(212)具有始终由所述开启位向所述封闭位滑动的运动趋势。

8.根据权利要求1所述的防回火喷嘴，其特征在于，所述活塞组件(2)还包括第二密封板(215)和第三弹性件(216)，所述隔离盘(201)开设有连通所述第一腔室(111)和所述第二腔室(112)的介质流道，所述介质流道的入口位于所述第一腔室(111)中，所述介质流道的出口位于所述第二腔室(112)中，所述第二密封板(215)可滑动地设于所述介质流道中，并用于封闭所述介质流道的所述入口，所述第三弹性件(216)设于所述隔离盘(201)内，被配置为使所述第二密封板(215)具有始终远离所述介质流道的所述入口的运动趋势。

9.根据权利要求1所述的防回火喷嘴，其特征在于，所述活塞组件(2)还包括密封件，所述密封件被夹设于所述活塞板(202)和所述活塞滑道的内壁之间。

10.燃氢燃气轮机，其特征在于，所述燃氢燃气轮机包括如权利要求1-9任一项所述的防回火喷嘴。

技术总结
本发明属于燃氢燃气轮机技术领域，公开了一种防回火喷嘴及燃氢燃气轮机，该防回火喷嘴包括壳体和活塞组件，壳体内部设有介质腔室，壳体的内壁上还开设有相互连通的特斯拉阀通道和活塞滑道，特斯拉阀通道的入口与介质腔室连通，活塞组件包括隔离盘和活塞板，隔离盘可滑动地设于介质腔室中，并将介质腔室分隔为第一腔室和第二腔室，活塞板在活塞滑道中随隔离盘同步滑动。当发生回火，其冲击力推动隔离盘带动活塞板在活塞滑道中滑动，在特斯拉阀通道的入口形成低压区，将混合燃料吸入，从而降低第二腔室中混合燃料的浓度，减小回火，并且还可以将回火的火焰吸入到特斯拉阀通道中，使得回火的火焰在流动的过程中，相互冲抵，从而降低回火的危险性。

技术研发人员：田书耘,谢岳生,于红伟,唐志炳,牛振涛,朱拾贝,倪玉舟
受保护的技术使用者：上海发电设备成套设计研究院有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29