适应多燃料的燃烧室及多级燃料供给预混与控制方法技术

本发明专利技术公开了一种适应多燃料的燃烧室及多级燃料供给预混与控制方法，该低污染燃烧室包括燃烧室头部和火焰筒，燃烧室头部包括第一燃料空气喷射系统和沿径向位于第一燃料空气喷射系统外侧的第二燃料空气喷射系统，第一燃料空气喷射系统包括位于中心点火电咀外的燃料中心进气管、设置于燃料中心进气管上的第一级喷嘴、设置于燃料中心进气管外侧的内旋流器、以及第二级喷嘴；第二燃料空气喷射系统包括位于内旋流器外侧的外旋流器、以及第三级喷嘴；第一燃料空气喷射系统与第二燃料空气喷射系统分别喷射出来的燃料空气混合物在火焰筒中进行预混贫燃料并联两级燃烧。本发明专利技术能更好地适应多种燃料燃烧，有利于减少污染物的排放。

【技术实现步骤摘要】
适应多燃料的燃烧室及多级燃料供给预混与控制方法
本专利技术涉及低污染燃烧领域，特别地，涉及一种适应多燃料的燃烧室及多级燃料供给预混与控制方法。
技术介绍
地面燃气轮机广泛应用于电厂、动力机械、分布式供能、生物质气及其它燃料气体能源应用等与人们生活密切相关的场合，世界各国对NOX、CO、UHC等的排放要求越来越严格，促使低污染燃烧室技术不断得到发展。世界各大知名发动机公司为了抢占市场以及满足日趋严格的污染排放标准，都在深入研究低污染技术，一方面是为了提高产品在市场上的竞争力，另一方面也是为未来市场对低排放燃气轮机的需求进行技术储备。地面燃气轮机国外在大量实验的基础上进行了既能控制NOX又能兼顾控制其他污染物排放的低污染燃烧技术攻关，目前应用的DLE燃烧技术主要有分级燃烧、贫燃料预混预蒸发燃烧(LPP)、富燃料/淬冷/贫燃料燃烧(RQL)和催化燃烧等。航空发动机改地面燃气轮机或利用航空发动机的成熟核心技术开发地面燃气轮机是世界工业化发达国家常用的方法，我国在航空发动机改地面燃气轮机方面有将近四十年的历史，积累了很多经验，但在低污染排放技术研究与实际应用方面还很落后，地面燃气轮机目前主要依赖进口或国内组装生产。随着国家对排放标准要求的提高，我国的一些科研院所、大学等相继开展了低污染燃烧技术研究；但针对节能减排背景下的替代燃料，能适应生物质气及多燃料的中小型、微型燃气轮机低污染燃烧室设计关键技术在我国还没有重大突破，与发达国家比还存在很大差距。国内外燃气轮机及工业燃烧器低污染燃烧，采用现有预混合贫燃料燃烧方案的主要缺点如下：1)不能同时适应多种燃料，如生物质气和天然气；2)针对不同特性及热值的燃料需更换燃料喷嘴或火焰筒头部；3)现有技术为保证点火起动以及运行过程中燃烧的稳定性和燃气轮机工况变化不熄火，一般需设置值班喷嘴，值班喷嘴采用传统的扩散燃烧方式，易产生一定量的污染物排放；4)预混稳定燃烧调节范围小。
技术实现思路
本专利技术提供了一种适应多燃料的燃烧室及多级燃料供给预混与控制方法，以解决传统的扩散燃烧方式容易产生污染物以及无法同时适应多燃料低污染稳定燃烧的技术问题。本专利技术采用的技术方案如下：一方面，本专利技术提供了一种适应多燃料的燃烧室，包括燃烧室头部和火焰筒，其特征在于，燃烧室头部包括第一燃料空气喷射系统和沿径向位于第一燃料空气喷射系统外侧的第二燃料空气喷射系统，燃料分级供入第一燃料空气喷射系统和第二燃料空气喷射系统，第一燃料空气喷射系统包括位于中心点火电咀外的燃料中心进气管、设置于燃料中心进气管上的第一级喷嘴、设置于燃料中心进气管外侧的内旋流器、以及第二级喷嘴，其中，第一级燃料通过第一级喷嘴直接喷射进入火焰筒，第二级燃料经第二级喷嘴喷出并与进入内旋流器的空气进行预混后以贫燃料状态旋流喷射进入火焰筒，第一级燃料与第二级燃料进入火焰筒用于实现第一级燃烧；第二燃料空气喷射系统包括位于内旋流器外侧的外旋流器、以及第三级喷嘴，其中，第三级燃料经第三级喷嘴喷出并与进入外旋流器的空气进行预混后以贫燃料状态旋流喷射进入火焰筒，用于实现第二级燃烧；第一燃料空气喷射系统与第二燃料空气喷射系统分别喷射出来的燃料空气混合物在火焰筒中进行预混贫燃料并联两级燃烧。进一步地，第二燃料空气喷射系统还包括第四级喷嘴，其中，第四级燃料经第四级喷嘴喷出并与进入外旋流器的空气进行预混后以贫燃料状态旋流喷射进入火焰筒，用于实现第二级燃烧。进一步地，第一级喷嘴、第二级喷嘴、第三级喷嘴和第四级喷嘴均包括沿圆周均布的多个喷孔。进一步地，内旋流器与外旋流器的旋流方向相同。进一步地，内旋流器为轴流旋流器或者径向旋流器，外旋流器为轴流旋流器或者径向旋流器。进一步地，第一燃料空气喷射系统还包括设置于燃料中心进气管外侧的内流道，内旋流器连接于内流道的入口或者出口；第二燃料空气喷射系统还包括设置于内流道外侧的外流道，外旋流器连接于外流道的入口或者出口。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种对上述的适应多燃料的燃烧室进行的多级燃料供给预混与控制方法，包括以下步骤：第一燃料空气喷射系统中的第一级喷嘴供入燃料直至燃气轮机完成起动；当燃气轮机达到预定工况时，第一燃料空气喷射系统中的第二级喷嘴开始逐渐供入燃料，第一级喷嘴同步逐渐减少供入燃料，使得第一燃料空气喷射系统转为供入预混贫燃料状态的燃料空气混合物；当燃气轮机加负载时，第二燃料空气喷射系统向火焰筒旋流喷射供入预混贫燃料状态的燃料空气混合物。作为上述方案的其中一种实施方式，对于单轴燃气轮机，当燃料用高热值燃料时，单轴燃气轮机达到空载状态时，控制第一级喷嘴逐渐减少直至停止供入燃料，同时第二级喷嘴开始同步供入燃料并由经内旋流器与空气预混后进入火焰筒，并逐渐同步增加直至替代第一级喷嘴供入燃料，调节过程中第二级喷嘴的燃料增加量与第一级喷嘴的燃料减少量相等且燃气轮机工作状态参数不变；当燃料用中低热值燃料时，燃气轮机起动首先由第一级喷嘴供给燃料，达到预定转速后第二级喷嘴开始供入燃料，单轴燃气轮机达到空载状态时，控制第一级喷嘴逐渐减少供入燃料，同时第二级喷嘴开始同步增加供入燃料并由经内旋流器与空气预混后进入火焰筒，并逐渐同步增加直至内旋流第一级燃烧区燃料主要由第二级喷嘴供入，调节过程中第二级喷嘴的燃料增加量与第一级喷嘴的燃料减少量相等且燃气轮机工作状态参数不变。作为上述方案的另一种实施方式，对于分轴燃气轮机，当燃料用高热值燃料时，分轴燃气轮机达到空载状态后开始增加负载此时第二燃料空气喷射系统开始供入燃料，当分轴燃气轮机达到10％～45％负载时，控制第一级喷嘴逐渐减少直至停止供入燃料，同时第二级喷嘴开始同步供入燃料并由经内旋流器与空气预混后进入火焰筒，并逐渐同步增加直至替代第一级喷嘴供入燃料，调节过程中第二级喷嘴的燃料增加量与第一级喷嘴的燃料减少量相等且燃气轮机工作状态参数不变；当燃料用中低热值燃料时，分轴燃气轮机起动并达到预定转速后第一级喷嘴供给燃料保持不变，第二级喷嘴开始供入燃料并经内旋流器与空气预混后进入火焰筒直至分轴燃气轮机达到空载状态；随后第三级喷嘴开始供入燃料，当分轴燃气轮机达到10％～45％负载时，控制第一级喷嘴逐渐减少供入燃料，同时第二级喷嘴开始同步逐渐增加供入燃料并由经内旋流器与空气预混后进入火焰筒，调节直至内旋流第一级燃烧区燃料主要由第二级喷嘴供入，调节过程中第二级喷嘴的燃料增加量与第一级喷嘴的燃料减少量相等燃气轮机工作状态参数不变。进一步地，第一级喷嘴、第二级喷嘴、第三级喷嘴和第四级喷嘴分别独立，各级喷嘴供入燃料相同或者不相同；燃料为天然气、生物质气化气、沼气、煤层气、煤气、页岩气、石油气、垃圾填埋气中的任一种。本专利技术通过第一燃料空气喷射系统和第二燃料空气喷射系统分别喷射燃料空气混合物在火焰筒中进行预混贫燃料并联两级燃烧的方式，在采用预混贫燃料分级燃烧的同时，燃料采用多级供入，能更好地适应多种燃料燃烧，包括低热值燃料，组织低污染燃烧；其中第一燃烧级也采用预混贫燃料的低污染燃烧方式，不需要值班扩散燃烧，更有利于减少污染物的排放；分级的喷嘴能实现不同燃料按比例同时供入，优化混合燃烧性能控制，在火焰筒内实现低污染混合燃烧。本专利技术通过多级燃料供给控制与空气预混，能更好地适应多种燃料燃烧；有利于减少污染物的排放；能实现不同燃本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适应多燃料的燃烧室，包括燃烧室头部(1)和火焰筒(2)，其特征在于，所述燃烧室头部(1)包括第一燃料空气喷射系统和沿径向位于所述第一燃料空气喷射系统外侧的第二燃料空气喷射系统，燃料分级供入所述第一燃料空气喷射系统和所述第二燃料空气喷射系统，所述第一燃料空气喷射系统包括位于中心点火电咀(10)外的燃料中心进气管(11)、设置于所述燃料中心进气管(11)上的第一级喷嘴(110)、设置于所述燃料中心进气管(11)外侧的内旋流器(12)、以及第二级喷嘴(13)，其中，第一级燃料通过所述第一级喷嘴(110)直接喷射进入所述火焰筒(2)，第二级燃料经所述第二级喷嘴(13)喷出并与进入所述内旋流器(12)的空气进行预混后以贫燃料状态旋流喷射进入所述火焰筒(2)，第一级燃料与第二级燃料进入火焰筒(2)用于实现第一级燃烧；所述第二燃料空气喷射系统包括位于所述内旋流器(12)外侧的外旋流器(14)、以及第三级喷嘴(15)，其中，第三级燃料经所述第三级喷嘴(15)喷出并与进入所述外旋流器(14)的空气进行预混后以贫燃料状态旋流喷射进入所述火焰筒(2)，用于实现第二级燃烧；所述第一燃料空气喷射系统与第二燃料空气喷射系统分别喷射出来的燃料空气混合物在所述火焰筒(2)中进行预混贫燃料并联两级燃烧。...

【技术特征摘要】
1.一种适应多燃料的燃烧室，包括燃烧室头部(1)和火焰筒(2)，其特征在于，所述燃烧室头部(1)包括第一燃料空气喷射系统和沿径向位于所述第一燃料空气喷射系统外侧的第二燃料空气喷射系统，燃料分级供入所述第一燃料空气喷射系统和所述第二燃料空气喷射系统，所述第一燃料空气喷射系统包括位于中心点火电咀(10)外的燃料中心进气管(11)、设置于所述燃料中心进气管(11)上的第一级喷嘴(110)、设置于所述燃料中心进气管(11)外侧的内旋流器(12)、以及第二级喷嘴(13)，其中，第一级燃料通过所述第一级喷嘴(110)直接喷射进入所述火焰筒(2)，第二级燃料经所述第二级喷嘴(13)喷出并与进入所述内旋流器(12)的空气进行预混后以贫燃料状态旋流喷射进入所述火焰筒(2)，第一级燃料与第二级燃料进入火焰筒(2)用于实现第一级燃烧；所述第二燃料空气喷射系统包括位于所述内旋流器(12)外侧的外旋流器(14)、以及第三级喷嘴(15)，其中，第三级燃料经所述第三级喷嘴(15)喷出并与进入所述外旋流器(14)的空气进行预混后以贫燃料状态旋流喷射进入所述火焰筒(2)，用于实现第二级燃烧；所述第一燃料空气喷射系统与第二燃料空气喷射系统分别喷射出来的燃料空气混合物在所述火焰筒(2)中进行预混贫燃料并联两级燃烧。2.根据权利要求1所述的适应多燃料的燃烧室，其特征在于，所述第二燃料空气喷射系统还包括第四级喷嘴(16)，其中，第四级燃料经所述第四级喷嘴(16)喷出并与进入所述外旋流器(14)的空气进行预混后以贫燃料状态旋流喷射进入所述火焰筒(2)，用于实现第二级燃烧。3.根据权利要求2所述的适应多燃料的燃烧室，其特征在于，所述第一级喷嘴(110)、所述第二级喷嘴(13)、所述第三级喷嘴(15)和所述第四级喷嘴(16)均包括沿圆周均布的多个喷孔。4.根据权利要求1所述的适应多燃料的燃烧室，其特征在于，所述内旋流器(12)与所述外旋流器(14)的旋流方向相同。5.根据权利要求1所述的适应多燃料的燃烧室，其特征在于，所述内旋流器(12)为轴流旋流器或者径向旋流器，所述外旋流器(14)为轴流旋流器或者径向旋流器。6.根据权利要求1所述的适应多燃料的燃烧室，其特征在于，所述第一燃料空气喷射系统还包括设置于所述燃料中心进气管(11)外侧的内流道(17)，所述内旋流器(12)连接于所述内流道(17)的入口或者出口；所述第二燃料空气喷射系统还包括设置于所述内流道(17)外侧的外流道(18)，所述外旋流器(14)连接于所述外流道(18)的入口或者出口。7.一种对权利要求1至6中任一所述的适应多燃料的燃烧室进行的多级燃料供给预混与控制方法，其特征在于，包括以下步骤：所述第一燃料空气喷射系统中的所述第一级喷嘴(110)供入燃料直至燃气轮机完成起动；当燃气轮机达到预定工况时，所述第一燃料空气喷射系统中的所述第二级喷嘴(13)开始逐渐供入燃料，所述第一级喷嘴(110)同步逐渐减少供入...

【专利技术属性】
技术研发人员：李皓然，胡建，罗虎，何昊宸，杨家礼，肖军辉，李玮薇，卢志峰，张红霞，丁永顺，周茂军，
申请(专利权)人：中国航发湖南动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：湖南,43