一种使用气体燃料的燃气轮机低排放燃烧室制造技术

一种使用气体燃料的燃气轮机低排放燃烧室，属于燃气轮机技术领域，该燃烧室包括值班级、主燃级、高压点火器、掺混孔、排气出口、承力机匣、火焰筒、火焰筒外机匣、法兰、一号值班级气体燃料管路、主燃级气体燃料管路、主燃级燃料总管、一号值班级燃料总管、管路支架、二号值班级燃料总管、二号值班级气体燃料管路、空气调节装置、一号值班级燃料槽、二号值班级燃料槽和主燃级燃料槽，在燃气轮机处于启动等小负荷状态时仅值班级单独工作，在启动以上等大负荷时，值班级和主燃级共同工作，值班级燃料的扩散燃烧对主燃区提供了稳定的点火源，既保证了低排放要求，又充分考虑到燃烧稳定性、燃烧效率等，全面满足燃烧室的性能要求。

A Gas Turbine Low Emission Combustor Using Gas Fuel

【技术实现步骤摘要】
一种使用气体燃料的燃气轮机低排放燃烧室
本专利技术属于燃气轮机燃烧室
，具体涉及一种使用气体燃料的燃气轮机低排放燃烧室。
技术介绍
燃气轮机起源于20世纪60年代，它能利用气体燃料、液体燃料等多种燃料，具有热效率高、污染排放量小、体积小、起动快、用水少及适宜燃用多种燃料等优点，因此受到各国的重视。它是一种广泛应用于航空、船舶、电力等诸多工业领域的动力机械，在国民经济的发展中起到至关重要的作用。与其他发动机相比，燃气轮机具备极多优点，在燃料消耗率，噪音，排放，振动等方面均有巨大优势，在用于传统的分布式发电的同时，还可以用于并网发电等多种方式，它即适用于城市，又适用于偏远地区。并且由于自身所具备清洁可靠的优点受到行业以及社会的推崇。近年来燃气轮机作为先进的动力机械设备使用范围非常广泛，除了海陆边防等交通运输上，在机电加工，金属材料等多领域均有应用。近年来，环境保护、可持续发展等理念能深入人心，全球对于雾霾，温室效应等环境问题也日益关注。由燃烧引起的环境问题引起了全世界的关注，为了解决这方面的问题，世界各国开展了低污染燃烧技术研究。其中，贫燃料预混燃烧技术为一种主要的低排放燃烧技术，已在先进低排放燃气轮机中得到了应用。但这种技术存在如下几方面的问题：1.可燃极限窄，尤其是在发动机低工况下易出现熄火现象；2.预混过程中易出现自燃和回火问题，造成发动机燃烧室的损坏；3.对于热值在一定范围内波动的气体燃料缺乏适应性，不能保证主燃区当量比保持在0.6-0.8范围内。
技术实现思路
本专利技术提供了可应用气体燃料的中心分级燃烧和贫燃预混燃烧的低排放燃烧室，该技术方案能够在保证燃气轮机使用气体燃料燃料时的稳定运行；同时，还可以有效降低燃烧室的排放污染。针对预混燃烧存在回火、自燃的问题提出了增加渐缩隔板来增加混气速度。对于燃料热值的波动，提出了在燃烧室头部增加空气调节装置。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种使用气体燃料的燃气轮机低排放燃烧室，所述燃烧室头部包括按照同心方式布置的值班级和主燃级，且值班级在中心，主燃级布置在值班级外围，所述值班级包括一级轴向旋流器和值班级燃料喷口，一级轴向旋流器安装于火焰筒头部的中心孔内，火焰筒外机匣安装在火焰筒外部，且火焰筒与火焰筒外机匣同轴设置，火焰筒外壁和火焰筒外机匣内壁之间形成空气通道，所述火焰筒外机匣和一级旋流器中心处安装有高压点火器，火焰筒外机匣头部或火焰筒外机匣靠近一级轴向旋流器处以及一级旋流器尾部均设置有值班级燃料喷口，所述主燃级包括二级径向旋流器、主燃级燃料喷口和隔板，二级径向旋流器安装于火焰筒头部，在二级径向旋流器的头部和中心处分别沿周向均匀设置有主燃级燃料喷口，所述火焰筒头部的主燃级燃料管路贯穿火焰筒外机匣头部，且主燃级燃料管路进口端通过主燃级气体燃料管路与主燃级燃料总管出气端相连，所述火焰筒外机匣头部分别设置有一号值班级燃料管路和二号值班级燃料管路，一号值班级燃料管路通过一号值班级气体燃料管路与一号值班级燃料总管出气端相连，二号值班级燃料管路通过二号值班级气体燃料管路与二号值班级燃料总管出气端相连，所述一号值班级燃料管路、二号值班级燃料管路和主燃级燃料管路通过法兰固定安装在燃烧室头部，所述主燃级燃料总管、二号值班级燃料总管及一号值班级燃料总管进气端均与气源相连，且主燃级燃料总管、一号值班级燃料总管和二号值班级燃料总管均安装于管路支架上，且管路支架安装于压气机壳体上，火焰筒的出气端通过承力机匣与涡轮导向器连接，扩压器一端和压气机壳体连接，另一端固定在火焰筒外机匣出口段，所述火焰筒和涡轮导向器共同组成排气出口，在二级径向旋流器尾部安装隔板，火焰筒内壁安装有位于隔板尾部一端的空气调节装置，在火焰筒尾部分布若干掺混孔。所述一号值班级燃料喷口和二号值班级燃料喷口内径均为0.1-0.5mm，个数为16-24个。所述一号值班级燃料喷口轴线与一级轴向旋流器轴线之间的夹角为0-60°。所述二号值班级燃料喷口的轴线与一级轴向旋流器轴线之间的夹角为0-60°。所述一号主燃料喷口和二号主燃料喷口内径均为0.1-0.5mm，个数为16-24个。所述火焰筒的中心线与发动机中心线安装角度为0-30°。火焰筒主燃区当量比为0.6-0.8的贫油燃烧，它同时兼有贫燃预混和贫燃直接喷射的双重优点，全面降低主燃级的温度，且火焰筒主燃区燃烧温度低于1800K，有效抑制NOX尤其是热力型NOX的生成。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术装置燃烧室采用燃料中心分级供应方式，气体燃料分成两路进入燃烧室，其中一路气体燃料从中心值班级喷口进入燃烧室，值班级采用扩散+预混燃烧；第二路的气体燃料通过主燃级燃料喷口直接轴向和径向射入主混合区的空腔内，在空腔内燃料与从二级径向旋流器进来的空气均匀掺混；混合均匀的可燃气经隔板流出混合区，由于引入了隔板，使流通面积缩小，一方面避免了因为中心逆压梯度形成的低速区，控制了可燃混合物的旋流强度，混合效果更好，另一方面可预防回火、自然及振荡燃烧，避免发动机燃烧室的损坏，可燃混合气进入火焰筒头部，形成均匀的预混可燃气体混合物在外侧回流区中燃烧，实现气体燃料的稳定燃烧，同时保证了高效率、低污染的特点，值班级在提供稳火源，主燃级实现低污染燃烧，在降低污染排放的同时可确保燃气轮机燃烧室的稳定性。2、火焰筒主燃区空气可用空气调节装置调节，保证使用不同热值燃料时主燃区当量比保持在0.6-0.8范围内，全面降低主燃级的温度，使火焰筒主燃区燃烧温度控制在1800K以下，有效抑制NOX、CO尤其是热力型NOX的生成。3、在燃气轮机处于启动等小负荷状态时仅值班级单独工作，在启动以上等大负荷时，值班级和主燃级共同工作，值班级燃料的扩散燃烧对主燃区而言提供了稳定的点火源，既保证了低排放要求，又充分考虑到燃烧稳定性、燃烧效率等，全面满足燃烧室的性能要求。4、通过采用贫燃预混燃烧技术来实现气体燃料燃烧室的低排放，以控制燃烧室内燃烧区的当量比和混合均匀度的方式来达到降低污染物排放的目的。采用中心分级燃烧方案，气体燃料通过值班级喷嘴进入燃烧室，采用扩散燃烧保证整个燃烧室的燃烧稳定性，确保主燃级在宽的当量比范围内燃烧完全，而通过主燃级的燃料喷口进入主燃区的气体燃料，在主燃区与空气掺混，给燃烧室提供均匀可燃混气，从而控制整个燃烧区的当量比和均匀性，实现燃烧室的低排放。5、所述一号值班级燃料喷口和二号值班级燃料喷口内径均为0.1-0.5mm，个数为16-24个；所述一号主燃料喷口和二号主燃料喷口内径均为0.1-0.5mm，个数为16-24个；燃料与空气在进口处的射流相对速度越大，也就是初始速度场不均匀程度越高，动量交换越强，对混合过程越有利。在流量不变的条件下改变喷嘴直径，即可实现初始射流相对速度的变化。选择0.1-0.5mm的孔径范围可以保证燃料的射流速度足够大能充分与来流空气预混，高于此范围会导致燃料射流深度不够，燃料与空气的预混均匀性较差导致燃烧效率降低，低于此范围导致燃料喷射到火焰筒壁面上，燃料与空气预混均匀性较差，导致主燃区当量比不佳，污染物排放增加且可燃混合物容易在壁面处燃烧损坏火焰筒；增加喷嘴数目能够提高预混段的混合能力，主要是喷嘴数目增加后，喷嘴到所处截面上任意点的距离都缩短了，燃料扩散能够在更短本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用气体燃料的燃气轮机低排放燃烧室，其特征在于：所述燃烧室头部包括按照同心方式布置的值班级和主燃级，且值班级在中心，主燃级布置在值班级外围，所述值班级包括一级轴向旋流器和值班级燃料喷口，一级轴向旋流器安装于火焰筒头部的中心孔内，火焰筒外机匣安装在火焰筒外部，且火焰筒与火焰筒外机匣同轴设置，火焰筒外壁和火焰筒外机匣内壁之间形成空气通道，所述火焰筒外机匣和一级旋流器中心处安装有高压点火器，火焰筒外机匣头部或火焰筒外机匣靠近一级轴向旋流器处以及一级旋流器尾部均设置有值班级燃料喷口，所述主燃级包括二级径向旋流器、主燃级燃料喷口和隔板，二级径向旋流器安装于火焰筒头部，在二级径向旋流器的头部和中心处分别沿周向均匀设置有主燃级燃料喷口，所述火焰筒头部的主燃级燃料管路贯穿火焰筒外机匣头部，且主燃级燃料管路进口端通过主燃级气体燃料管路与主燃级燃料总管出气端相连，所述火焰筒外机匣头部分别设置有一号值班级燃料管路和二号值班级燃料管路，一号值班级燃料管路通过一号值班级气体燃料管路与一号值班级燃料总管出气端相连，二号值班级燃料管路通过二号值班级气体燃料管路与二号值班级燃料总管出气端相连，所述一号值班级燃料管路、二号值班级燃料管路和主燃级燃料管路通过法兰固定安装在燃烧室头部，所述主燃级燃料总管、二号值班级燃料总管及一号值班级燃料总管进气端均与气源相连，且主燃级燃料总管、一号值班级燃料总管和二号值班级燃料总管均安装于管路支架上，且管路支架安装于压气机壳体上，火焰筒的出气端通过承力机匣与涡轮导向器连接，扩压器一端和压气机壳体连接，另一端固定在火焰筒外机匣出口段，所述火焰筒和涡轮导向器共同组成排气出口，在二级径向旋流器尾部安装隔板，火焰筒内壁安装有位于隔板尾部一端的空气调节装置，在火焰筒尾部分布若干掺混孔。...

【技术特征摘要】
1.一种使用气体燃料的燃气轮机低排放燃烧室，其特征在于：所述燃烧室头部包括按照同心方式布置的值班级和主燃级，且值班级在中心，主燃级布置在值班级外围，所述值班级包括一级轴向旋流器和值班级燃料喷口，一级轴向旋流器安装于火焰筒头部的中心孔内，火焰筒外机匣安装在火焰筒外部，且火焰筒与火焰筒外机匣同轴设置，火焰筒外壁和火焰筒外机匣内壁之间形成空气通道，所述火焰筒外机匣和一级旋流器中心处安装有高压点火器，火焰筒外机匣头部或火焰筒外机匣靠近一级轴向旋流器处以及一级旋流器尾部均设置有值班级燃料喷口，所述主燃级包括二级径向旋流器、主燃级燃料喷口和隔板，二级径向旋流器安装于火焰筒头部，在二级径向旋流器的头部和中心处分别沿周向均匀设置有主燃级燃料喷口，所述火焰筒头部的主燃级燃料管路贯穿火焰筒外机匣头部，且主燃级燃料管路进口端通过主燃级气体燃料管路与主燃级燃料总管出气端相连，所述火焰筒外机匣头部分别设置有一号值班级燃料管路和二号值班级燃料管路，一号值班级燃料管路通过一号值班级气体燃料管路与一号值班级燃料总管出气端相连，二号值班级燃料管路通过二号值班级气体燃料管路与二号值班级燃料总管出气端相连，所述一号值班级燃料管路、二号值班级燃料管路和主燃级燃料管路通过法兰固定安装在燃烧室头部，所述主燃级燃料总管、二号值班级燃料总管及一号值班级燃料总管进气端均与气源相连，且主燃级燃料总管、一号值班级燃料总管和二号值班级燃料总管均安装于管路支架上，且管路支架安装于压气机壳体上，火焰...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘爱虢，李昱泽，陈炫任，曾文，刘凯，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21