本发明专利技术公开了一种多级高效环保型燃气轮机气体燃料分级燃烧方法及系统，将燃料气的完全燃烧分成若干级，所有的高压燃料气全部送入第一级燃烧室并依次通过后面各级燃气轮机和燃烧室，在最后一级之前的所有燃烧室内分别送入一定量的氧化剂，控制燃烧室中的气氛为还原性气氛并使送入氧化剂和部分燃料气反应释放的热量造成燃料气升温至特定的高温；在末级燃烧室内，补充足够的化学计量比的氧化剂完成全部的燃料气燃烧并使之达到某一特定温度值后送入末级燃气轮机做功。可实现高的发电效率和优良的环保性能，适用于以煤气化为基础的多联产系统、整体煤气化燃气蒸汽联合循环系统、天然气、焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气和煤层气等气体燃料的利用系统等。
【技术实现步骤摘要】
本
技术实现思路
属于动力设备领域，涉及包括气体燃料燃烧的燃气轮机发 电装置，尤其是用于提高重型燃气轮机电力发电效率和降低重型燃气轮机 电力发电污染物排放的装置。具体地说，本专利技术涉及到这样一种多级高效 环保型燃气轮机气体燃料分级燃烧方法及系统，在这种燃气轮机循环系统 中，氧化剂(空气、富氧空气或氧气)分级送入各级燃烧室，燃料气逐级 氧化或燃烧，分别进入各级燃气轮机做功。从第一级至最后一级，可燃气 体浓度和压力逐级减小。
技术介绍
一个最简单的燃气轮机装置包括一个压縮机、 一个燃烧室和一个涡轮。 吸入的空气经过压缩机的压缩后与一燃料混合，这一混合物在燃烧室中燃 烧，所生成的烟气流入涡轮，由涡^^将烟气中的部分能量转化为机械能。简单循环燃气轮机的排气温度高达450°C 600°C，如果在燃气轮机中 加装屈热器，利用这高温排气来加热压气机出口的空气，提高它进入, 室的温度，可以减少加入燃烧室中的燃料量，从而提高了热效率，这就是 回热循环。由于西热器的体积和尺寸较大，设备投资和运行费用较高，随 着燃气一蒸汽联合循环技术的迅速发展，目前在大型燃气轮机中实际应用 回热循环并不多见。在气体压縮过程中，气体会升温而导致压缩机功耗增加。因此在压缩 过程中，fcE质引至冷却器冷却后，再屈到压气机中继续压缩的中间冷却、 逐渐压縮的过程，这称为简冷循环。理论上，间冷次数无穷多时，压縮过 程就变为等温压縮，压縮耗功降至最低，循环比功增加最多。在膨胀过程中间，把工质引出至再热燃烧室中加热后，再西到燃气透平中继续膨胀以完成膨IBi程，这称为再热循环e理论上，再热次数无穷 多时，燃气轮机中的膨胀过程就变为等温膨胀，膨胀功达到最大，循环比 功增加最多。实际上，无穷多次间冷循环和无穷多次再热循环是做不到的。法^及环境方面助要求对发电装置的氧化氮(NOx)排放量采取了严格的限制。通常，在燃气轮机中，要求燃烧室有较低的燃烧温度以降低氧化氮(NOx)排放量。先有技术采用相当极端的措施来降低氧化氮的排放。例如，常规办法是给燃气轮mM烧室内加入过量的空气、水或水蒸气以降低其中的反应温度。虽然这种方法至少在降低燃烧温度方面是部分有效的， 但过多的空气、水或水蒸气的使用增添了计量燃烧室合适供给量的复杂性 和降低了燃烧效率，并且增加了可用能助损失，从而限制了整个燃气轮机 循环的发电效率提高。另一种可能的方法是催化燃烧的办法，使用一种催化剂以促使燃烧能 在比常夂见可能情况更低的浓度下进行。但是总的来说，催化剂是很昂贵助， 并且依靠它们来得到有效的完全反应的技术是很复杂的。再就是在余热锅 炉中安装选择性催化还原反应器来减少NOx的最终排放。现有的燃气轮机装置一J^都配有多级J^烧室，其上有多个可并行运行 的燃烧器级，这些燃烧器级根据燃气轮机装置的负载情况可以单个运行或 联合运行。中国专利申请(申请号200480028655.4)提及了一种采用在 燃^^前龙^^燃料和空气精确地预混起来的方法，使燃烧在较低的温度 下进行从而使氧化氮及一氧化碳的排放量降低。中国专利申请(申请号 97120031.9)提出了一种具有顺序燃烧的燃气轮机，属于上面所述的一种 常M^再热循环，即在二级燃烧室中喷入燃料"但总体上看，上述诸技术 的多级燃烧室内的燃烧仍然是在贫燃料的条件下所进行的，并未明确提出 本专利技术所说的分级燃烧。上述燃气轮机循环和已有的再热循环不足之处在于燃料(或者燃料 与氧化剂一起)喷入再热燃烧室中定压下完全燃烧,其特点是燃料助燃烧 是在氧化性气氛甚至高过量氧的氧化性气氛下进行的，因此不得不靠降低 燃烧温度来减少N0X排放。而且由于燃烧的温度降低，必然限制整个燃气 轮机装置效率的—提高《
技术实现思路
针对上述
技术介绍
存在的缺陷或不足，本专利技术的目的在于，提供一种可以降低NOx排放并实现高效率发电韵多级高效环保型燃气轮机气体燃料 分级燃烧方法，并按该方法产生了多级燃烧的燃气轮机循环系统。 为了实现上述任务，本专利技术采取如下的技术解决方案 一种多^^高效环保型燃气轮^l气体燃料分级皿方法，其特征在于， 将燃料气的完全燃烧分成若干级，即将所有的高压燃料气全部送入第一级 燃烧室并依次通过后面各级燃气轮机和燃烧室，适合于各类高压燃料气的 燃气轮机循环，尤其适合高压的气化炉排出的高温高压可燃气体的燃气轮 机循环，而对于温度和压力较低的其他气体燃料可另外配置压气机和回热 器将其升温升压；在最后一级之前的所有燃烧室內分别送入一定量的氧化 剂，控制燃烧室中韵气氛为还原性气氛并使之^&到某一特定韵温度，通常 可选择为燃气透平所能承受的最高温度，从而避免了 NOx的生成，且有高 的可用能利用效率；在末级燃烧室内，补充入足够的化学计量比的氧化剂，全部助燃料^M烧并使之^i!l某一特定温度值后itA，燃气轮机做功。所述的氧化剂为空气、富氧空气或氧气，氧化剂和燃料气量有控制的 偏离化学当量比，保证每一级燃烧室中燃料和氧化剂在还原性气氛下进行 燃烧，即燃料气逐级氧化或燃烧，每级燃气轮机只完成部分燃料气的燃烧， 然后进入这一级的燃气轮机做功，在末级燃烧室中，补充入足够的化学计量比的氧化齐J完成全部燃料气的燃烧，进入末级燃气轮机做功。实现Jl^方法韵多级高效环保型燃气轮机气体燃料分级燃烧系统，其特征在于，该系统包括多级压气机，用于分级压縮和分级供给氧化剂， 一级压气机上有氧化熟jis口，压气机按祖应购燃气轮mM娜需氧化剂的压力和M分成若干级，压气机各级之间设置间冷器，也可不设置间冷器；不同级的压縮气体 根据压力分别送入对应的燃烧室內，供给燃料气的燃烧所需氧化剂，还可 设置用排气余热加热氧化剤回热器，将燃气轮机排气的余热回送到各级燃 烧室；压气机可由燃气透平驱动或者单独驱动。多级燃气轮机，它被来自该级的燃烧室的高温高压燃气所驱动，用于 带动发电机发电，并可带动压气机工作,多级燃烧室，用于分级燃烧燃料气，以便生成高温燃气，它的第一级 燃烧室连接在末级压气机和第一级燃气轮机之间；其它级燃烧室设置在两 级燃气轮^l之间，第一级燃烧室上有高压燃气进口，前一级燃气轮机的排 气作为下一级燃烧室的燃料；空气、富氧空气或纯氧由氧化剂进口进入一级压气机，被压縮到一定 助压力后， 一部分送入鄉燃烧室供燃料气助燃烧需要，其余部分经过一 级间冷器后进入二级压气机进一歩压縮到更高压力，然后再分出一部分送 入倒数第二级燃烧室供燃料气燃烧所需，其余部分经过二级间冷器后进入 ^压气机进一步压縮到更高压力，经il若干级后，直至进入末级压气机 进一步压縮后再送入一级燃烧室供燃料气的燃烧；有一定温度的高压燃料气由高压燃气进口进入一级燃烧室与末级压縮 mit来助氧化剂混合，部分燃烧后生成高温高压的气体进入一级燃气轮机 膨胀做功，压力和温度降低到一定值后进入二级燃烧室与倒数第二级压气 机送来的补充氧化剂混合并部分燃烧，生成高温和一定压力的气体进入二级燃气轮机膨胀做功，经过若干级后，直至气体降温降压到一定值后排入錢燃烧室，与一级压气miHA的补充气体完雌烧进入末级燃气轮机做功然后经排气出口排出。另外，末级燃烧室和末级燃气轮机也可以由常规的烧气体燃料的燃气 轮机或注汽燃气轮机组成"如有特殊需要，末级燃烧室和末级燃气轮机可 以不采用，而以前本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多级高效环保型燃气轮机气体燃料分级燃烧方法，其特征在于，将燃料气的完全燃烧分成若干级，即将所有的高压燃料气全部送入第一级燃烧室并依次通过后面各级燃气轮机和燃烧室，在最后一级之前的所有燃烧室内分别送入一定量的氧化剂，控制燃烧室中的气氛为还原性气氛并使送入氧化剂和部分燃料气反应释放的热量造成燃料气升温至特定的高温，一般该温度选择燃气透平所能承受的最高温度；在末级燃烧室内，补充入足够的化学计量比的氧化剂完成全部的燃料气燃烧并使之达到某一特定温度值后送入末级燃气轮机做功，实现高效低ＮＯｘ燃烧以及高的循环效率。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王晓斌，高顺有，郭自德，
申请(专利权)人：西安国丰机械制造有限责任公司，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]
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