一种适用于合成气的低NOx排放燃烧室及燃气轮机系统技术方案

本实用新型专利技术提供的一种适用于合成气的低NOx排放燃烧室及燃气轮机系统，从第一级燃烧器进入燃烧室本体的低热值合成气在贫燃区域燃烧，降低了火焰温度，减少了热力型NOx的生成；从第二级燃烧器进入燃烧室本体的合成气在略低于理论空燃比的区域燃烧，由于进入该区域的烟气经过从第一级燃烧器进入的低热值合成气的燃烧消耗了大量氧气，其氧含量大大降低，可以降低该区域燃烧时生成NOx的速率，并且第二级燃烧器的沿圆周方向的布置方式可以更高效的混合合成气与富含氧气的烟气，提高了燃烧稳定性和燃烧效率，降低了局部高温，也有利于减少热力型NOx的生成；本实用新型专利技术在不影响燃烧稳定性的同时，降低了NOx的生成。

A Low NOx Emission Combustor and Gas Turbine System for Synthetic Gas

【技术实现步骤摘要】
一种适用于合成气的低NOx排放燃烧室及燃气轮机系统
本技术涉及燃气轮机
，特别涉及一种适用于合成气的低NOx排放燃烧室及燃气轮机系统。
技术介绍
燃气轮机是以连续流动的气体为工质的旋转叶轮式发动机。燃气轮机由压气机，燃烧室，透平等三大主要部件组成。压气机吸入空气加压，同时空气温度也相应提高，压缩空气在燃烧室内与燃料混合燃烧生成高温高压的气体，再进入透平带动透平叶片高速旋转，从而完成将燃料的化学能转变为有用功的过程。在燃烧室内，由于燃烧产生的高温，会导致大量NOx产生，其中最主要的NOx生成路径为热力型，即在高于1500℃的高温下N2和O2发生反应，其生成速率主要受温度影响，另外N2，O2浓度以及停留时间等均对热力型NOx的生成有一定影响。燃气轮机布雷顿循环效率的提升主要依靠提高透平入口烟气温度，也就是提高燃烧室排气温度，然而随着燃烧室排气温度的提升，燃烧室内部平均温度也将大大提高，这将引起热力型NOx排放的急剧增加。目前，燃气轮机厂家广泛采用干式贫预混燃烧技术(DryLowNOx，DLN)来降低NOx的排放。DLN技术利用过量的空气与燃料均匀预混，来达到均匀燃烧，消除局部高温的方式减少热力型NOx的生成。对于整体煤气化联合循环(IGCC)配套的低热值燃气轮机，其燃料为含有CO和H2的合成气，这两种组分燃烧速度不一致，不适用于预混燃烧，只能采用扩散燃烧方式，因此无法使用DLN技术。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种适用于合成气的低NOx排放燃烧室及燃气轮机系统，解决了现有的整体煤气化联合循环配套的低热值燃气轮机，由于其燃料为合成气，不适用于预混燃烧，导致在燃烧室内温度过高，进而产生大量的NOx的问题。为了达到上述目的，本技术采用的技术方案是：本技术提供的一种适用于合成气的低NOx排放燃烧室，包括燃烧室本体，所述燃烧室本体为底部开口，顶部封闭的中空结构，其中，燃烧室本体内腔的顶部沿圆周方向均布有若干个第一级燃烧器,且其顶部均布有若干个喷射孔；第一级燃烧器的内腔中设置有第一级燃料通道，第一级燃料通道的一端连接有用于将合成气和水蒸气进行混合的混合器，另一端与燃烧室本体的内腔相通；燃烧室本体的侧壁上沿圆周方向均布有若干个第二级燃烧器，第二级燃烧器的内腔中设置有第二级燃料通道，所述第二级燃烧通道的一端连接有合成气管路，另一端与燃烧室本体的内腔相通。优选地，燃烧室本体的外部设置有与其呈同心圆布置的承压外壳，承压外壳的内侧壁与燃烧室本体的外侧壁之间形成压缩空气的竖向通道，承压外壳顶部内壁与燃烧室本体的顶部外壁之间形成压缩空气的水平通道，竖向通道与水平通道相通。优选地，第一级燃烧器的内腔中设置有若干个空气通道，所述若干个空气通道沿第一级燃料通道的圆周方向均布，且形成的圆形结构与第一级燃料通道呈同心圆布置；空气通道的一端与压缩空气管路相通，另一端与燃烧室本体的内腔相通。优选地，空气通道和第一级燃料通道通入燃烧室本体的内腔一端的端部均设置有旋流器。优选地，每个第二级燃烧器的下方设置有一个二次风入口，二次风入口开设在燃烧室本体的侧壁上，二次风入口的一端与压缩空气管路相通，另一端与燃烧室本体的内腔相通。优选地，二次风入口上设置有调节阀。优选地，第二级燃料通道进入燃烧室本体一端的端部设置有旋流器。优选地，第二级燃烧器的轴线与第二级燃烧器在燃烧室本体内侧壁开口处的法向之间设置有10-25°夹角。优选地，第二级燃烧器的轴线与第二级燃烧器在燃烧室本体内侧壁开口处的法向之间的夹角为18°。一种适用于合成气的低NOx排放的燃气轮机系统，该燃气轮机系统包括燃烧室本体，其中，燃烧室本体上的竖向通道连接有压气机，燃烧室本体的排气口连接有透平，所述透平通过轴分别与压气机和发电机连接。与现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术提供的一种适用于合成气的低NOx排放燃烧室，部分合成气注入水蒸气来实现燃料热值的分级，再通过燃烧器的分级布置和合理的燃料，压缩空气分配，在燃烧室内部形成不同特性的燃烧区域，具体地：从第一级燃烧器进入燃烧室本体的低热值合成气在贫燃区域燃烧，降低了火焰温度，减少了热力型NOx的生成；从第二级燃烧器进入燃烧室本体的合成气在略低于理论空燃比的区域燃烧，由于进入该区域的烟气经过从第一级燃烧器进入的低热值合成气的燃烧消耗了大量氧气，其氧含量大大降低，可以降低该区域燃烧时生成NOx的速率，并且第二级燃烧器的沿圆周方向的布置方式可以更高效的混合合成气与富含氧气的烟气，提高了燃烧稳定性和燃烧效率，降低了局部高温，也有利于减少热力型NOx的生成；本技术在不影响燃烧稳定性的同时，降低了NOx的生成。进一步的，第一级燃烧器端部设置的旋流器形成的高旋流，会产生一定的回流，提升了合成气在该区域的停留时间，有助于合成气的完全燃烧。进一步的，第二级燃烧器端部设置的旋流器形成的高旋流，会产生一定的回流，提升了合成气在该区域的停留时间，并且也提升了合成气中CO和H2等还原性气体对NOx的还原效果。进一步的，第二级燃烧器的入射角度与由第一级燃烧器形成的气体旋流方向相反，有助于增强自第二级燃烧器进来的合成气与富含氧气的烟气的混合，提高燃烧稳定性和燃烧效率，降低局部高温，同时充分利用氧气浓度低的区域，从而减少NOx的生成速率。进一步的，通过二次风入口向燃烧室本体引入一定量的压缩空气，能够将全部燃料反应完毕，最终形成高温高压气体，进入透平膨胀做功，将燃料的化学能转变为透平叶片旋转的机械能，驱动轴旋转，同时带动压气机和发电机，发电机将部分机械能转变为电能输出。附图说明图1是适用于合成气的低NOx排放燃烧室及燃气轮机系统；图2是第一级燃烧器布置示意图；图3是第二级燃烧器布置示意图；图4是二次风入口布置示意图；图5是第一级燃烧器示意图；图6是第二级燃烧器所在平面速度分布；其中，11、第一级燃烧器12、第二级燃烧器13、承压外壳14、竖向通道15、压缩空气水平通道16、隔热材料17、二次风入口18、合成气与水蒸气混合器20、空气21、压缩空气22、合成气23、水蒸气24、注水蒸气后合成气25、燃烧室高温排气26、透平排气30、压气机31、燃烧室32、透平33、发电机34、轴41、空气通道42、一级燃料通道43、二级燃料通道。具体实施方式下面结合附图,对本技术进一步详细说明。如图1所示，本技术提供的一种适用于合成气的低NOx排放燃烧室，包括燃烧室本体31，所述燃烧室本体31为底部开口，顶部封闭的中空结构，燃烧室本体31的内侧壁上设置有隔热层16，其顶部沿圆周方向均布有若干个第一级燃烧器11,同时,燃烧室本体31的顶部均布有若干个喷射孔。燃烧室本体31的外部设置有与其同心圆布置的承压外壳13，承压外壳13的内侧壁与燃烧室本体31的外侧壁之间形成竖向通道14，承压外壳13的顶部内壁与燃烧室本体31的顶部外壁之间形成水平通道15，竖向通道14与水平通道15相通。如图2至图5所示，第一级燃烧器11设置有八个，呈圆周结构均布在燃烧室本体31的顶部，且每个第一级燃烧器11至燃烧室本体31顶部圆心的距离均相等。第一级燃烧器11的内腔中设置有筒状结构的第一级燃料通道42，第一级燃料通道42的外侧沿其圆周方向均布有若干个空气通道41，所述若本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于合成气的低NOx排放燃烧室，其特征在于，包括燃烧室本体(31)，所述燃烧室本体(31)为底部开口，顶部封闭的中空结构，其中，燃烧室本体(31)内腔的顶部沿圆周方向均布有若干个第一级燃烧器(11),且其顶部均布有若干个喷射孔；第一级燃烧器(11)的内腔中设置有第一级燃料通道(42)，第一级燃料通道(42)的一端连接有用于将合成气和水蒸气进行混合的混合器(18)，另一端与燃烧室本体(31)的内腔相通；燃烧室本体(31)的侧壁上沿圆周方向均布有若干个第二级燃烧器(12)，第二级燃烧器(12)的内腔中设置有第二级燃料通道，所述第二级燃烧通道的一端连接有合成气管路，另一端与燃烧室本体(31)的内腔相通。

【技术特征摘要】
1.一种适用于合成气的低NOx排放燃烧室，其特征在于，包括燃烧室本体(31)，所述燃烧室本体(31)为底部开口，顶部封闭的中空结构，其中，燃烧室本体(31)内腔的顶部沿圆周方向均布有若干个第一级燃烧器(11),且其顶部均布有若干个喷射孔；第一级燃烧器(11)的内腔中设置有第一级燃料通道(42)，第一级燃料通道(42)的一端连接有用于将合成气和水蒸气进行混合的混合器(18)，另一端与燃烧室本体(31)的内腔相通；燃烧室本体(31)的侧壁上沿圆周方向均布有若干个第二级燃烧器(12)，第二级燃烧器(12)的内腔中设置有第二级燃料通道，所述第二级燃烧通道的一端连接有合成气管路，另一端与燃烧室本体(31)的内腔相通。2.根据权利要求1所述的一种适用于合成气的低NOx排放燃烧室，其特征在于，燃烧室本体(31)的外部设置有与其呈同心圆布置的承压外壳(13)，承压外壳(13)的内侧壁与燃烧室本体(31)的外侧壁之间形成压缩空气的竖向通道(14)，承压外壳(13)顶部内壁与燃烧室本体(31)的顶部外壁之间形成压缩空气的水平通道(15)，竖向通道(14)与水平通道(15)相通。3.根据权利要求1所述的一种适用于合成气的低NOx排放燃烧室，其特征在于，第一级燃烧器(11)的内腔中设置有若干个空气通道(41)，所述若干个空气通道(41)沿第一级燃料通道(42)的圆周方向均布，且形成的圆形结构与第一级燃料通道(42)呈同心圆布置；空气通道(41)的一端与压缩空气管路相通，另一端与燃烧室本体(31)的内腔相通。4.根据权利要求3所述的一种适用于...

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