CN102393028A - 天然气燃料燃气轮机干式低排放燃烧室 - Google Patents

Abstract

天然气燃料燃气轮机干式低排放燃烧室，它涉及一种燃气轮机燃烧室，以解决现有燃气轮机燃烧室中的燃气喷嘴为单级径向预混结构，燃料与空气的不能充分混合的问题。十六个火焰筒沿同一圆周均布设置在燃气室中，每个火焰筒的出气端设置在燃气室的出气端处，扩压器的一端安装在燃气出口处，每个第一供气支管的进气端与第一供气总管连接，每个第一供气支管的出气端与燃气喷嘴上的第一气路接头连接，每个第二供气支管的进气端与第二供气总管连接，每个第二供气支管的出气端与燃气喷嘴上的第二气路接头连接，第一供气总管和第二供气总管均安装在管路支架上，两个点火器均安装在燃烧室外壳上，本发明用于天然气输送管道中燃驱压缩机组的燃气轮机上。

Description

天然气燃料燃气轮机干式低排放燃烧室

技术领域

本发明涉及一种燃气轮机燃烧室。

背景技术

在燃气轮机技术的发展过程中，燃烧室污染物排放问题在很长时间一直未引起人们的重视。自上世纪八十年代以来，随着人们环保意识的日益增强，以及世界各国排放标准的制订和不断提高，对燃气轮机燃烧室的污染物排放提出了日益严格的限量规定。美国环保局要求燃气轮机排放物中NOx不能超过25ppmvd，欧洲要求把NOx控制到40ppmvd以下。我国GB13223-603中规定，燃气轮机在燃油时NOx最高排放量不超过75ppmvd，燃气时不超过39ppmvd。

燃气轮机排放物中主要有氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)和未燃碳氢化合物(UHC)、硫的氧化物(SOx)以及烟气(Smoke)等，这些排放物会对人类及其生态环境造成严重的危害，其排放量与燃料种类、燃烧室结构以及运行工况等密切相关。现有燃气轮机燃烧室中的燃气喷嘴为单级径向预混结构，燃料与空气不能充分混合，导致燃气轮机燃烧室进口压力及其进出口温度不断提高，相应排气中氮氧化物的含量越来越多。

发明内容

本发明的目的是为解决现有燃气轮机燃烧室中的燃气喷嘴为单级径向预混结构，燃料与空气的不能充分混合，导致燃气轮机燃烧室进口压力及其进出口温度不断提高的问题，提供了一种天然气燃料燃气轮机干式低排放燃烧室。

本发明包括燃烧室外壳和燃烧室内壳，管路支架、第一供气总管、第二供气总管、两个点火器、十六个火焰筒、十六个燃气喷嘴、十六个法兰、十六个扩压器、十六个第一供气支管和十六个第二供气支管，燃烧室内壳设置在燃烧室外壳中，燃烧室外壳与燃烧室内壳之间的腔体为燃气室，十六个火焰筒沿同一圆周均布设置在燃气室中，每个火焰筒的进气端与一个燃气喷嘴连接，每个燃气喷嘴通过一个法兰安装在燃气室的进气端，每个火焰筒的出气端设置在燃气室的出气端处，燃烧室内壳的末端设有燃气出口，扩压器的一端安装在燃气出口处，每个第一供气支管的进气端与第一供气总管连接，每个第一供气支管的出气端与其对应的燃气喷嘴上的第一气路接头连接，每个第二供气支管的进气端与第二供气总管连接，每个第二供气支管的出气端与其对应的燃气喷嘴上的第二气路接头连接，第一供气总管和第二供气总管均安装在管路支架上，两个点火器均安装在燃烧室外壳上，所述燃气喷嘴由喷嘴壳体、杯形件、第一气路接头、第二气路接头、弓形夹、径向旋流器、压出器、套圈、第一压紧件和第二压紧件组成，喷嘴壳体内设有第一气路和第二气路，喷嘴壳体内且位于第二气路的上方设有进气通孔，径向旋流器的进气端与喷嘴壳体的出气端连接，套圈的进气端与径向旋流器的出气端连接，第一压紧件与套圈的出气端连接，杯形件设置在第一压紧件的内腔中，且杯形件的外壁与径向旋流器连接，第二压紧件设置在杯形件和径向旋流器的内腔中，压出器的进气端设置在出气通孔内，压出器的出气端设置在第二压紧件的内腔中，弓形夹设置在喷嘴壳体与径向旋流器连接处的外壁上，且弓形夹与其对应的径向旋流器外壁之间形成第一环形腔，径向旋流器上设有与第二气路相通的第二环形腔，径向旋流器上设有通气孔和进气腔，且通气孔与第二环形腔相通，进气腔与通气孔相通，径向旋流器的进气端叶片上设有数个第一过气小孔，径向旋流器的出气端叶片上设有数个第二过气小孔，第一气路接头安装在第一气路的进口处，第二气路接头安装在第二气路的进口处。

本发明的优点是：一、本发明采用两级气路进行预混结构，第一级气路：通过第一供气总管9、第一供气支管11、第一气路6-1-1和第一过气小孔6-6-6使得天然气和空气在喷嘴头部腔室6-11完成充分预混后进入火焰筒4进行稳定燃烧；第二级气路：通过第二供气总管10、第二供气支管12、第二气路6-1-2和第二过气小孔6-6-8，使得天然气和空气在喷嘴头部腔室6-11完成贫燃预混，与第一级气路提供的天然气共同实现稳定燃烧。燃料与空气充分混合，使燃气轮机燃烧室出口温度分布均匀，低燃气/空气比使燃烧室出口温度不大于额定温度值。二、本发明保证了大功率燃气轮机污染物排放量达到国家GB13223-2003排放标准，且运行性能稳定可靠。三、本发明还可应用于电力、石化等以天然气为燃料的工业燃气轮机上。

附图说明

图1是本发明的主剖视图，图中表示的是单个燃烧室，图2是图1的A-A剖视图(整体燃烧室的截面)，图3是燃气喷嘴6的结构主剖视图，图4是点火器14的结构主剖视图(图中14-1为天然气进气口、14-2为空气进口、14-3为天然气出口、14-4为等离子点火器)。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图4说明本实施方式，本实施方式燃烧室外壳1和燃烧室内壳2，管路支架3、第一供气总管9、第二供气总管10、两个点火器14、十六个火焰筒4、十六个燃气喷嘴6、十六个法兰7、十六个扩压器8、十六个第一供气支管11和十六个第二供气支管12，燃烧室内壳2设置在燃烧室外壳1中，燃烧室外壳1与燃烧室内壳2之间的腔体为燃气室5，十六个火焰筒4沿同一圆周均布设置在燃气室5中，每个火焰筒4的进气端与一个燃气喷嘴6连接，每个燃气喷嘴6通过一个法兰7安装在燃气室5的进气端，每个火焰筒4的出气端设置在燃气室5的出气端处，且每个火焰筒4的出气端与安装在承力机匣17中的涡轮导向器15连接，燃烧室内壳2的末端设有燃气出口13，扩压器8的一端安装在燃气出口13处，扩压器8的另一端与压气机壳体16连接，每个第一供气支管11的进气端与第一供气总管9连接，每个第一供气支管11的出气端与其对应的燃气喷嘴6上的第一气路接头6-3连接，每个第二供气支管12的进气端与第二供气总管10连接，每个第二供气支管12的出气端与其对应的燃气喷嘴6上的第二气路接头6-4连接，第一供气总管9和第二供气总管10均安装在管路支架3上，管路支架3固装在压气机壳体21上，两个点火器14均安装在燃烧室外壳1上，所述燃气喷嘴6由喷嘴壳体6-1、杯形件6-2、第一气路接头6-3、第二气路接头6-4、弓形夹6-5、径向旋流器6-6、压出器6-7、套圈6-8、第一压紧件6-9和第二压紧件6-10组成，喷嘴壳体6-1内设有第一气路6-1-1和第二气路6-1-2，喷嘴壳体6-1内且位于第二气路6-1-2的上方设有进气通孔6-1-3，径向旋流器6-6的进气端与喷嘴壳体6-1的出气端连接，套圈6-8的进气端与径向旋流器6-6的出气端连接，第一压紧件6-9与套圈6-8的出气端连接，杯形件6-2设置在第一压紧件6-9的内腔中，且杯形件6-2的外壁与径向旋流器6-6连接，第二压紧件6-10设置在杯形件6-2和径向旋流器6-6的内腔中，且第二压紧件6-10的进气端与径向旋流器6-6的内壁连接，第二压紧件6-10的出气端设置在杯形件6-2的内腔中，压出器6-7的进气端设置在出气通孔6-1-3内，压出器6-7的出气端设置在第二压紧件6-10的内腔中，弓形夹6-5设置在喷嘴壳体6-1与径向旋流器6-6连接处的外壁上，且弓形夹6-5与其对应的径向旋流器6-6外壁之间形成第一环形腔6-6-1，径向旋流器6-6上设有与第二气路6-1-2相通的第二环形腔6-6-2，径向旋流器6-6上设有通气孔6-6-3和进气腔6-6-4，且通气孔6-6-3与第二环形腔6-6-2相通，进气腔6-6-4与通气孔6-6-3相通，径向旋流器6-6的进气端叶片6-6-5上设有数个第一过气小孔6-6-6，径向旋流器6-6的出气端叶片6-6-7上设有数个第二过气小孔6-6-8，第一气路接头6-3安装在第一气路6-1-1的进口处，第二气路接头6-4安装在第二气路6-1-2的进口处。径向旋流器6-6、火焰筒4和点火器14均为现有技术。燃气喷嘴6用于将燃料空气混合气送到火焰筒的燃烧区。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的每个火焰筒4的中心线N-N与发动机中心线O-O之间的安装角α为8°38′。其它组成与连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的第一气路6-1-1与第二气路6-1-2平行设置。且所述第一气路6-1-1位于燃烧室内壳2一侧。其它组成与连接关系与具体实施方式一或二相同。

本发明的工作原理：(1)、第一级气路：当发动机起动和低工况下，天然气由第一供气总管9和第一供气支管11单独工作按规律向火焰筒4内提供天然气，其天然气经过燃气喷嘴6的原理是：天然气经燃气喷嘴6中的第一气路6-1-1进入第一环形腔6-6-1内均匀分布，由径向旋流器6-6上的进气端叶片6-6-5上的数个第一过气小孔6-6-6流出，与进气端叶片6-6-5间流道内部分空气掺混并进入喷嘴头部腔室6-11，天然气和空气在喷嘴头部腔室6-11充分预混后进入火焰筒4进行稳定燃烧；

(2)、第二级气路：当发动机慢车以上工况起，天然气由第二供气总管10和第二供气支管12向火焰筒4内提供天然气，其天然气经过燃气喷嘴6的原理是：天然气经燃气喷嘴6中的第二气路6-1-2进入第二环形腔6-6-2内均匀分布，再经通气孔6-6-3进入气腔6-6-4，由径向旋流器6-6上的出气端叶片6-6-7上的数个第二过气小孔6-6-8流出，与出气端叶片6-6-7间流道内部分空气掺混并进入喷嘴头部腔室6-11完成贫燃预混，与第一级气路提供的天然气共同实现稳定燃烧。在发动机0.8～1.0工况下，燃气喷嘴6按污染物排放限制准则完成各路的供气。

Claims (3)

1.一种天然气燃料燃气轮机干式低排放燃烧室，所述燃烧室包括燃烧室外壳(1)和燃烧室内壳(2)，管路支架(3)、第一供气总管(9)、第二供气总管(10)、十六个火焰筒(4)、十六个法兰(7)、十六个第一供气支管(11)和十六个第二供气支管(12)，燃烧室内壳(2)设置在燃烧室外壳(1)中，燃烧室外壳(1)与燃烧室内壳(2)之间的腔体为燃气室(5)，十六个火焰筒(4)沿同一圆周均布设置在燃气室(5)中，其特征在于：所述燃烧室还包括两个点火器(14)、十六个燃气喷嘴(6)和十六个扩压器(8)，每个火焰筒(4)的进气端与一个燃气喷嘴(6)连接，每个燃气喷嘴(6)通过一个法兰(7)安装在燃气室(5)的进气端，每个火焰筒(4)的出气端设置在燃气室(5)的出气端处，燃烧室内壳(2)的末端设有燃气出口(13)，扩压器(8)的一端安装在燃气出口(13)处，每个第一供气支管(11)的进气端与第一供气总管(9)连接，每个第一供气支管(11)的出气端与其对应的燃气喷嘴(6)上的第一气路接头(6-3)连接，每个第二供气支管(12)的进气端与第二供气总管(10)连接，每个第二供气支管(12)的出气端与其对应的燃气喷嘴(6)上的第二气路接头(6-4)连接，第一供气总管(9)和第二供气总管(10)均安装在管路支架(3)上，两个点火器(14)均安装在燃烧室外壳(1)上，所述燃气喷嘴(6)由喷嘴壳体(6-1)、杯形件(6-2)、第一气路接头(6-3)、第二气路接头(6-4)、弓形夹(6-5)、径向旋流器(6-6)、压出器(6-7)、套圈(6-8)、第一压紧件(6-9)和第二压紧件(6-10)组成，喷嘴壳体(6-1)内设有第一气路(6-1-1)和第二气路(6-1-2)，喷嘴壳体(6-1)内且位于第二气路(6-1-2)的上方设有进气通孔(6-1-3)，径向旋流器(6-6)的进气端与喷嘴壳体(6-1)的出气端连接，套圈(6-8)的进气端与径向旋流器(6-6)的出气端连接，第一压紧件(6-9)与套圈(6-8)的出气端连接，杯形件(6-2)设置在第一压紧件(6-9)的内腔中，且杯形件(6-2)的外壁与径向旋流器(6-6)连接，第二压紧件(6-10)设置在杯形件(6-2)和径向旋流器(6-6)的内腔中，压出器(6-7)的进气端设置在出气通孔(6-1-3)内，压出器(6-7)的出气端设置在第二压紧件(6-10)的内腔中，弓形夹(6-5)设置在喷嘴壳体(6-1)与径向旋流器(6-6)连接处的外壁上，且弓形夹(6-5)与其对应的径向旋流器(6-6)外壁之间形成第一环形腔(6-6-1)，径向旋流器(6-6)上设有与第二气路(6-1-2)相通的第二环形腔(6-6-2)，径向旋流器(6-6)上设有通气孔(6-6-3)和进气腔(6-6-4)，且通气孔(6-6-3)与第二环形腔(6-6-2)相通，进气腔(6-6-4)与通气孔(6-6-3)相通，径向旋流器(6-6)的进气端叶片(6-6-5)上设有数个第一过气小孔(6-6-6)，径向旋流器(6-6)的出气端叶片(6-6-7)上设有数个第二过气小孔(6-6-8)，第一气路接头(6-3)安装在第一气路(6-1-1)的进口处，第二气路接头(6-4)安装在第二气路(6-1-2)的进口处。

2.根据权利要求1所述天然气燃料燃气轮机干式低排放燃烧室，其特征在于：每个火焰筒(4)的中心线(N-N)与发动机中心线(O-O)之间的安装角(α)为8°38′。

3.根据权利要求1或2所述天然气燃料燃气轮机干式低排放燃烧室，其特征在于：所述第一气路(6-1-1)与第二气路(6-1-2)平行设置，且所述第一气路(6-1-1)位于燃烧室内壳(2)一侧。

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