CN101408315B

CN101408315B - 一种低噪高效燃气轮机燃烧器

Info

Publication number: CN101408315B
Application number: CN2008101622139A
Authority: CN
Inventors: 周昊; 岑可法; 李国能
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2008-11-27
Filing date: 2008-11-27
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2028-11-27
Also published as: CN101408315A

Abstract

本发明公开了一种低噪声高效率的燃气轮机燃烧器。它包括旋流燃烧器、横向射流调节装置、燃烧室，旋流燃烧器上方设有燃烧室，燃烧室上设有横向射流调节装置，旋流燃烧器包括中心风管、一次风管、二次风管、一次风进口、直流二次风进口、旋流二次风进口，中心风管外依次设有一次风管、二次风管，一次风管设有一次风进口，二次风管下部设有直流二次风进口，二次风管上部设有旋流二次风进口。本发明设计了横向射流调节器，采用湍流拟序结构控制方法，解决了常规燃气轮机燃烧器受热声不稳定影响使工作点偏离设计值的问题，比常规的燃气轮机燃烧器大幅度提高了燃烧效率和大幅度降低了热声不稳定强度，燃烧器结构简单、运行可靠、维护低廉。

Description

一种低噪高效燃气轮机燃烧器

技术领域

本发明涉及燃气轮机的旋流燃烧器，特别涉及一种低噪音高效率的燃气轮机燃烧器。

背景技术

传统的燃气轮机燃烧器由旋流配风器和燃料给料装置两部分组成，这种燃烧器依靠旋转气流稳定燃烧，在采用贫燃预混燃烧技术后非常容易激发起热声不稳定，此时燃烧室内存在低频大振幅的压力振荡^[1-2]。热声不稳定的存在，将使得设备工作偏离设计点^[3]，降低燃烧效率，增加污染物排放，并伴随着巨大的噪音；严重时将带来结构损坏，事故熄火。

现有的燃气轮机燃烧器采用优化设计和调试，通过实验规模的燃烧器模型进行热态试验和数值模拟相结合来调试热声不稳定的激发条件，进而改进燃烧器的结构来避免热声不稳定的激发^[4-6]，最后再进行工业应用。

但是，现有的燃气轮机燃烧器在现场中存在着以下缺点：工业规模的燃气轮机燃烧器在设计时排除了热声不稳定的激发，但是在现场往往由于种种因素重新诱发了热声不稳定^[7]，因此目前的燃气轮机燃烧器在热声不稳定的控制上缺乏简单可靠的方法。

[1]Dowling A.P.，The challenges of lean premixed combustion[C].Proceedings of the InternationalGas Turbine Congress.Tokyo.2003，November 2-7。

[2]Syred N.，A review of oscillation mechanisms and the role of the processing vortex core(PVC)in swirl combustion systems[J].Progress in Energy and Combustion Science.2006，32(2)：93-161。

[3]Hobson D.E.，Fackrell J.E.and Hewitt G.，Combustion instabilities in industral gasturbines-measurements on operaing plant and thermoacoustic modeling[J].Journal of Engineeringfor Gas Turbines and Power.2000，122(3)：420-428。

[4]Jong H.U.and Acharya S.，Role of low-bandwidth open-loop control of combustion instabilityusing a high-momentum air jet-mechanistic details[J].Combustion and Flame.2005，147：22-31。

[5]Paschereit C.O.and Gutmark E.J.，Control of high-frequency thermoacoustic pulsations bydistributed vortex generators[J].AIAA Journal.2006，44(3)：550-557。

[6]Yi T.and Gutmark E.J.，Combustion instabilities and control of a multiswirl atmosphericcombustor[J].Journal of Engineering for Gas Turbines and Power.2007，129：31-37。

[7]Dowling A.P.and Morgans A.S.，Feedback control of combustion oscillations[J].AnnualReview of Fluid Mechanics.2005，37(1)：151-182。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种低噪音高效率的燃气轮机燃烧器。

低噪声高效率的燃气轮机燃烧器包括旋流燃烧器、横向射流调节装置、燃烧室，旋流燃烧器上方设有燃烧室，燃烧室上设有横向射流调节装置，旋流燃烧器包括中心风管、一次风管、二次风管、一次风进口、直流二次风进口、旋流二次风进口，中心风管外依次设有一次风管、二次风管，一次风管设有一次风进口，二次风管下部设有直流二次风进口，二次风管上部设有旋流二次风进口。

所述的横向射流调节装置具有微型的喷口，微型喷口后端与耐压软管一端相连接，耐压软管另一端接二次风气源。横向射流调节装置安装在燃烧室的火焰面相对应的侧壁上。横向射流调节装置的喷入空气量为总二次风量4％～10％，二次风管3的喷入空气量为总二次风量90％～96％。

本发明增设了横向射流调节器，采用湍流拟序结构控制方法，喷入横向射流后，燃烧室内气体湍流流动的拟序结构得到控制，从而解决了常规燃气轮机燃烧器受热声不稳定影响使得工作点偏离设计值的问题，比常规的燃气轮机燃烧器大幅度提高了燃烧效率和大幅度降低了热声不稳定强度，燃烧器结构简单、运行可靠、维护低廉。

附图说明

图1是低噪声高效率的燃气轮机燃烧器的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是没有启动横向射流调节装置前燃烧室内的压力脉动

图4是启动横向射流调节装置后燃烧室内的压力脉动

图中：中心风管1、一次风管2、二次风管3、横向射流调节装置4、燃烧室5、一次风进口6、直流二次风进口7、旋流二次风进口8。

具体实施方式

如附图所示，低噪声高效率的燃气轮机燃烧器包括旋流燃烧器、横向射流调节装置4、燃烧室5，旋流燃烧器上方设有燃烧室5，燃烧室5上设有横向射流调节装置4，旋流燃烧器包括中心风管1、一次风管2、二次风管3、一次风进口6、直流二次风进口7、旋流二次风进口8，中心风管1外依次设有一次风管2、二次风管3，一次风管2设有一次风进口6，二次风管3下部设有直流二次风进口7，二次风管3上部设有旋流二次风进口8。

所述的横向射流调节装置4具有微型的喷口，微型喷口后端与耐压软管一端相连接，耐压软管另一端接二次风气源。横向射流调节装置4安装在燃烧室5的火焰面相对应的侧壁上。横向射流调节装置4的喷入空气量为总二次风量4％～10％，二次风管3的喷入空气量为总二次风量90％～96％。

一个控制实例如下：在化学当量比旋流强度为S_W＝0.58的工作条件下，本发明专利涉及的一种低噪声高效率的燃气轮机燃烧器在没有启动横向射流调节装置前，其实测的压力脉动如图3所示，计算得有效压力振幅为1712Pa；启动横向射流调节装置，采用6％的空气量进行燃烧调节，其压力脉动如图4所示，计算得有效压力振幅为185Pa，有效压力振幅降低了89.2％。启动横向射流调节装置后，烟气中的氧气浓度从5.92％降低到2.99％，计算可得燃烧效率提高了15.03％。

Claims

1.一种低噪声高效率的燃气轮机燃烧器，其特征在于包括旋流燃烧器、横向射流调节装置(4)、燃烧室(5)，旋流燃烧器上方设有燃烧室(5)，燃烧室(5)上设有横向射流调节装置(4)，旋流燃烧器包括中心风管(1)、一次风管(2)、二次风管(3)、一次风进口(6)、直流二次风进口(7)、旋流二次风进口(8)，中心风管(1)外依次设有一次风管(2)、二次风管(3)，一次风管(2)设有一次风进口(6)，二次风管(3)下部设有直流二次风进口(7)，二次风管(3)上部设有旋流二次风进口(8)；所述的横向射流调节装置(4)的喷入空气量为总二次风量4％～10％，二次风管(3)的喷入空气量为总二次风量90％～96％。

2.根据权利要求1所述的一种低噪声高效率的燃气轮机燃烧器，其特征在于所述的横向射流调节装置(4)具有微型的喷口，微型喷口后端与耐压软管一端相连接，耐压软管另一端接二次风气源。

3.根据权利要求1所述的一种低噪声高效率的燃气轮机燃烧器，其特征在于所述的横向射流调节装置(4)安装在燃烧室(5)的火焰面相对应的侧壁上。