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化学回热循环燃气轮机是一种先进循环燃气轮机,可以实现燃烧效率高,NOx排放低的目标。其主要过程是将燃气轮机排出的高温烟气通过回热器以回收部分热量,然后利用该热量使燃油与水蒸汽在催化剂的作用下进行重整反应产生重整气,并将重整气送入燃烧室内参与燃烧。在化学回热循环燃气轮机燃烧室中存在四种不同的燃烧形式:只燃烧液体燃料;燃烧液体燃料并回注水蒸汽;同时燃烧液体燃料与气体燃料和只燃烧气体燃料。为了降低系统结构的复杂性和满足燃气轮机稳定运行时的不同燃烧状态,需要设计一种能够同时满足以上四种燃烧形式的双燃料喷嘴。本文以某型工业燃气轮机燃烧室为研究对象,设计了不同结构的水蒸汽回注旋流一体化双燃料喷嘴,建立了描述燃烧场的基本控制方程和补充方程,采用数值模拟的方法研究了不同结构喷嘴对燃烧性能的影响;并得到了蒸汽回注旋流一体化双燃料喷嘴的几何参数对燃烧性能的影响规律,在此基础上建立了一套双燃料喷嘴的气路喷嘴设计方法和思路,并给出了使用蒸汽回注旋流一体化双燃料喷嘴时燃烧室的蒸汽回注熄火极限边界。本文主要开展了以下几方面的研究工作:(1)根据经验设计了四种不同结构的水蒸汽回注旋流一体化双燃料喷嘴,采用数值模拟的方法研究了这四种结构在分别燃烧液体燃料、回注水蒸汽、气体燃料以及液体燃料和气体燃料同时燃烧时的燃烧性能,结果表明喷射孔顺排布置于旋流叶片迎风侧的结构M1的燃烧性能最好。(2)研究了蒸汽回注旋流一体化双燃料喷嘴的几何因素:喷嘴安装位置、旋流叶片安装角、气体燃料喷射角及气体燃料喷射位置对燃烧性能的影响,为双燃料喷嘴的设计提供了相关依据。(3)提出了一种双燃料喷嘴的气路喷嘴设计方法和设计步骤,在此基础上设计了一种蒸汽回注旋流一体化双燃料喷嘴,并研究了该喷嘴在变工况下的性能同时给出了蒸汽回注熄火极限边界为0.56kg/s。(4)研究了蒸汽回注旋流一体化双燃料喷嘴在原型逆流式燃烧室的燃烧性能,对比了其在燃烧燃油状态和燃烧气体燃料状态的燃烧性能,其燃烧效率均在99%以上;同时分析了在重整气热值和流量一定时重整气组分变化对燃烧性能的影响。