采用合成气燃料的燃气轮机燃烧器及控制方法技术

采用合成气燃料的燃气轮机燃烧器及控制方法，燃烧器顶部的多个烧嘴用于输送空气及燃料从上向下进入燃烧室，底部出口通向透平；烧嘴集成了分隔开的空气及燃料通道；在烧嘴空气通道设置压力或者流量测量装置，用于测量空气流量；燃料通道通过外来的合成气混合蒸汽或者其它不可燃气体，在蒸汽或者其它不可燃气体通道上游安装流量调节装置，控制装置根据每个烧嘴空气流量，合成气流量及组分，控制流量调节装置调整蒸汽或者其它不可燃气体的流量，从而改变通过该烧嘴进入燃烧室的燃料流量及组分，使得通过每个烧嘴的空气流量与燃料热值达到适当比例，本发明专利技术可使合成气燃料在燃气轮机燃烧器内稳定燃烧，避免烧嘴局部过热，同时降低氮氧化物排放。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于燃气轮机燃烧器及其子控制系统，特别涉及一种采用合成气燃料的燃气轮机燃烧器及控制方法。
技术介绍
由煤气化产生的合成气，其成分较燃气轮机常用燃料天然气(CH4)复杂，合成气主要可燃成分包括CO，H2，CH4等，且这些气体含量随所用煤种不同也在一定范围内波动。这几种气体燃烧特性不同，主要是其火焰传播速度不同，不适宜采用预混燃烧，而需要采用扩散燃烧方式，因此需要分别输送合成气燃料及助燃剂空气进入燃气轮机燃烧室，然后混合燃烧产生高温气体，推动透平做功发电。由于压气机压缩的空气在进入燃烧室之前存在一定的偏流情况，表现为通过每个烧嘴的空气压力/流量不一致，影响燃烧室内火焰的稳定性，容易造成烧嘴局部过热，进而有可能引起氮氧化物(NOx)排放偏高。上述燃烧不稳定现象，其原因在于通过每个烧嘴的空气与燃料流速不匹配，鉴于氢气火焰传播速度较快，如果空气流速较慢则容易产生回火，导致烧嘴局部过热。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种采用合成气燃料的燃气轮机燃烧器及控制方法，采用调节混合燃料中蒸汽的流量，进而改变燃料流量及组分的方法来保持通过每个烧嘴空气流量与燃料热值比例固定；可使得合成气燃料在燃气轮机燃烧器内稳定燃烧，避免烧嘴局部过热，同时可以降低NOx排放。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种采用合成气燃料的燃气轮机燃烧器，包括燃气轮机本体和燃料供给系统，其中：所述燃气轮机本体包括：由燃烧室10及承压外壳11构成的燃烧器，其中承压外壳11与燃烧室10之间保持一定空间，用作压缩空气的流动通道；压气机14，其入口连接压气机进气通道25，出口通过压气机排气通道24连接承压外壳11与燃烧室10之间的空间；设置于燃烧室10顶部的若干复合烧嘴，用于输送压缩空气及燃料从上至下进入燃烧室10；透平16，其通过燃烧室排气入透平通道23与燃烧室10的高温排气口连接；以及，与透平16连接的用于发电的发电机17；所述燃料供给系统包括：若干合成气通道，若干蒸汽通道以及若干用于混合合成气和蒸汽的混合器；其中，所述混合器与复合烧嘴一一对应连接。所述燃烧器为圆柱形结构，承压外壳11与燃烧室10同心布置，二者之间的空间，在侧面形成压缩空气竖向通道12，在顶面形成环形的压缩空气水平通道8，燃烧室10的上部壁面设置有隔热材料层13。作为一种优选，本专利技术还可包括控制装置1，所述合成气通道上设置有合成气流量测量装置和合成气组分测量装置，所述蒸汽通道上设置有蒸汽流量调节装置，所述复合烧嘴的压缩空气进口上设置有压缩空气流量测量装置，所述合成气流量测量装置、合成气组分测量装置、蒸汽流量调节装置和压缩空气流量测量装置均与控制装置1连接，控制装置1根据测量到的合成气流量信息、合成气组分信息、压缩空气流量信息，向蒸汽流量调节装置发出蒸汽流量控制信号，调节蒸汽流量。燃料供给系统中，一根主合成气通道安装有合成气组分测量装置，而在合成气组分测量装置下游分出与复合烧嘴数目对应的合成气支路，每个合成气支路上安装合成气流量测量装置。或者，燃料供给系统中，一根主合成气通道安装有合成气组分测量装置及合成气流量测量装置，而在合成气流量测量装置及合成气组分测量装置下游分出与复合烧嘴数目对应的合成气支路，每个合成气支路阻力应相当，以保证每个支路通过的合成气的组分、流量均一致。所述复合烧嘴内部具有呈同心圆排列的两路管道，外侧管道为与压缩空气水平通道8连通的烧嘴内压缩空气通道，与外侧管道分隔开的内侧管道为烧嘴内燃料通道，在烧嘴内压缩空气通道和烧嘴内燃料通道的下游端部，分别具有导流机构，烧嘴内压缩空气通道中接近压缩空气水平通道8的位置设置压缩空气流量测量装置。所述烧嘴内燃料通道下游靠近端部位置开有一定数量的小孔，与烧嘴内压缩空气通道连通。作为一种优选，本专利技术还可包括控制装置1，所述合成气通道上设置有合成气压力测量装置和合成气组分测量装置，所述蒸汽通道上设置有蒸汽流量调节装置，所述复合烧嘴的压缩空气进口上设置有压缩空气压力测量装置，所述合成气压力测量装置、合成气组分测量装置、蒸汽流量调节装置和压缩空气压力测量装置均与控制装置1连接，控制装置1根据测量到的合成气压力信息、合成气组分信息、压缩空气压力信息，向蒸汽流量调节装置发出蒸汽流量控制信号，调节蒸汽流量。本专利技术还提供所述采用合成气燃料的燃气轮机燃烧器的控制方法，包括：测量合成气通道的合成气流量和合成气组分；测量复合烧嘴中的压缩空气流量；计算出用于与合成气混合的蒸汽流量值，并根据该蒸汽流量值调节蒸汽流量。所述蒸汽流量值按照以下公式计算：wsteam=Σi=1Nwi,combustibleHi,combustibleHtarget-wfuel]]>式中，wsteam为蒸汽质量流量，wfuel为合成气质量流量，wi,combustible为合成气中每种可燃气体的质量流量；Hi,combustible为每种可燃气体的单位热值；N代表合成气中可燃气体数目；Htarget为压缩空气质量流量wair的函数，设定为线性关系。与现有技术相比，本专利技术能够精确匹配通过每个烧嘴的空气流量及燃料热值，使得空气流量与燃料热值比值固定，减小波动，并最终使得燃烧室内火焰稳定燃烧，避免烧嘴局部过热，降低NOx排放。附图说明图1表示本专利技术实施例1的燃气轮机系统结构示意图及控制系统示意图。图2表示燃烧室顶部烧嘴排列方式。图3表示复合烧嘴结构示意图。图4表示本专利技术实施例1的控制系统流程图。图5表示本专利技术实施例2的燃气轮机系统结构示意图。图6表示本专利技术实施例3的燃气轮机系统结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例详细说明本专利技术的实施方式。实施例1如图1所示，为燃气轮机系统结构示意图。燃气轮机本体主要设备包括：压气机进气通道25、压气机14、压气机排气入燃烧室通道24、燃烧室10、承压外壳11与燃烧室10之间的空间(包括侧面的压缩空气竖向通道12和顶面形成环形的压缩空气水平通道8)、复合烧嘴41a、41e、复合烧嘴内部的压缩空气流量测量装置9a、9b、燃烧室排气入透平通道23、透平16、透平排气通道26、发电机17以及连接压气机14、透平16及发电机17的轴15。一般，燃烧室10布置成圆筒形，在燃烧室10上部壁面设置有隔热材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用合成气燃料的燃气轮机燃烧器，包括燃气轮机本体和燃料供给系统，其特征在于：所述燃气轮机本体包括：由燃烧室(10)及承压外壳(11)构成的燃烧器，其中承压外壳(11)与燃烧室(10)之间保持一定空间，用作压缩空气的流动通道；压气机(14)，其入口连接压气机进气通道(25)，出口通过压气机排气通道(24)连接承压外壳(11)与燃烧室(10)之间的空间；设置于燃烧室(10)顶部的若干复合烧嘴，用于输送压缩空气及燃料从上至下进入燃烧室(10)；透平(16)，其通过燃烧室排气入透平通道(23)与燃烧室(10)的高温排气口连接；以及，与透平(16)连接的用于发电的发电机(17)；所述燃料供给系统包括：若干合成气通道，若干蒸汽通道以及若干用于混合合成气和蒸汽的混合器；其中，所述混合器与复合烧嘴一一对应连接。

【技术特征摘要】
1.一种采用合成气燃料的燃气轮机燃烧器，包括燃气轮机本体和燃料供
给系统，其特征在于：
所述燃气轮机本体包括：
由燃烧室(10)及承压外壳(11)构成的燃烧器，其中承压外壳(11)
与燃烧室(10)之间保持一定空间，用作压缩空气的流动通道；
压气机(14)，其入口连接压气机进气通道(25)，出口通过压气机排气
通道(24)连接承压外壳(11)与燃烧室(10)之间的空间；
设置于燃烧室(10)顶部的若干复合烧嘴，用于输送压缩空气及燃料从
上至下进入燃烧室(10)；
透平(16)，其通过燃烧室排气入透平通道(23)与燃烧室(10)的高温
排气口连接；
以及，与透平(16)连接的用于发电的发电机(17)；
所述燃料供给系统包括：
若干合成气通道，若干蒸汽通道以及若干用于混合合成气和蒸汽的混合
器；
其中，所述混合器与复合烧嘴一一对应连接。
2.根据权利要求1所述采用合成气燃料的燃气轮机燃烧器，其特征在于，
所述燃烧器为圆柱形结构，承压外壳(11)与燃烧室(10)同心布置，二者
之间的空间，在侧面形成压缩空气竖向通道(12)，在顶面形成环形的压缩空
气水平通道(8)，燃烧室(10)的上部壁面设置有隔热材料层(13)。
3.根据权利要求1所述采用合成气燃料的燃气轮机燃烧器，其特征在于，
还包括控制装置(1)，所述合成气通道上设置有合成气流量测量装置和合成
气组分测量装置，所述蒸汽通道上设置有蒸汽流量调节装置，所述复合烧嘴的
压缩空气进口上设置有压缩空气流量测量装置，所述合成气流量测量装置、合

\t成气组分测量装置、蒸汽流量调节装置和压缩空气流量测量装置均与控制装置
(1)连接，控制装置(1)根据测量到的合成气流量信息、合成气组分信息、
压缩空气流量信息，向蒸汽流量调节装置发出蒸汽流量控制信号，调节蒸汽流
量。
4.根据权利要求3所述采用合成气燃料的燃气轮机燃烧器，其特征在于，
燃料供给系统中，一根主合成气通道安装有合成气组分测量装置，而在合成
气组分测量装置下游分出与复合烧嘴数目对应的合成气支路，每个合成气支
路上安装合成气流量测量装置。
5.根据权利要求3所述采用合成气燃料的燃气轮机燃烧器，其特征在于，
燃料供给系统中，一根主合成气通道安装有合成气组分测量装置及合成气流
...

【专利技术属性】
技术研发人员：史绍平，张波，闫姝，方芳，穆延非，陈新明，许东灏，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，中国华能集团公司，
类型：发明
国别省市：北京;11