CN102937300A - 一种燃气轮机用的稀释剂分级注入系统 - Google Patents

Abstract

一种燃气轮机用的稀释剂分级注入系统，涉及燃气轮机用的稀释剂注入系统。本发明是要解决现有的燃气轮机用的稀释剂注入系统对稀释剂利用率低、注入量受限和NO_x排放量仍然偏高的技术问题，提供了一种燃气轮机用的稀释剂分级注入系统。一种燃气轮机用的稀释剂分级注入系统，包括导流衬套环缝、导流衬套、火焰筒、燃烧室喷嘴、第一喷射器、射流孔、第一主燃孔、第二主燃孔、第三主燃孔、第一排掺混孔、空气旋流器和燃烧室小机匣组成。本发明适用于燃气轮机领域。

Description

一种燃气轮机用的稀释剂分级注入系统

技术领域

本发明涉及燃气轮机用的稀释剂注入系统。

背景技术

燃气轮机是化石能源清洁利用的重要设备之一。随着国家燃气轮机污染物排放标准的日益严格，降低氮氧化物（NO_x）排放的技术对增强燃气轮机的市场竞争力起关键作用。

NOx的生成机理主要有三种：热力型，燃料型和快速型。对于以天然气等清洁能源为主要燃料的燃气轮机而言，以热力型NO_x为主，控制热力型NO_x的生成需要降低燃烧室内火焰的峰值温度。目前，以在燃烧室中加入氮气或水等稀释剂为主要手段，广泛应用于扩散燃烧系统中，但是普遍具有稀释剂利用率低、注入量受限、NO_x排放依然偏高等问题。

发明内容

本发明是要解决现有的燃气轮机用的稀释剂注入系统对稀释剂利用率低、注入量受限和NO_x排放量仍然偏高的技术问题，而提供了一种燃气轮机用的稀释剂分级注入系统。

一种燃气轮机用的稀释剂分级注入系统，包括导流衬套、火焰筒、燃烧室喷嘴、第一主燃孔、第二主燃孔、第三主燃孔、第一排掺混孔、空气旋流器和燃烧室小机匣，燃烧室小机匣和导流衬套之间形成第一环腔，导流衬套与火焰筒之间形成第二环腔，火焰筒内部形成混合燃烧区域；其中，用于喷射第一稀释剂的第一喷射器定位于燃烧室喷嘴上，并且位于火焰筒端部上游，第一喷射器通过第一喷射器注入口与外界连通；用于喷射第二稀释剂的第二喷射器是由导流衬套环缝和射流孔组成，导流衬套环缝定位于火焰筒的最后一排的第一主燃孔和第一排掺混孔之间，连通第一环腔和第二环腔；射流孔定位于燃烧室小机匣和导流衬套之间，并且位于导流衬套环缝的上游，第二喷射器注入口通过射流孔与第一环腔连通。

工作原理：第二稀释剂通过第二稀释剂注入口从第二稀释剂喷射器的射流孔射出，与燃烧室小机匣和导流衬套之间的第一环腔中的压缩空气进行混合，经导流衬套环缝流入导流衬套与火焰筒之间的第二环腔，与第二环腔上游来流气体混合形成稀释空气，稀释空气从第一主燃孔、第二主燃孔、第三主燃孔与火焰筒头部开口处进入火焰筒内部混合燃烧区域，达到了对空气第一级直接稀释的目的；第一稀释剂通过第一稀释剂注入口注入从第一喷射器喷射到空气旋流器上游处，采用空气旋流器将第一稀释剂、和火焰筒头部开口处进入的稀释空气和燃料混合得到混合气体，然后，混合气体进入火焰筒内部燃烧区域，达到了在燃烧过程中第二级稀释空气；经由二次分级稀释的方式，降低了燃烧室中混合燃烧区域的最高火焰温度，进而降低了NO_x的排放量。

本发明的优点：

一、本发明提供的一种燃气轮机用的稀释剂分级注入系统，通过在燃烧室上加入了用于喷射第二稀释剂的第二喷射器的结构，使得稀释剂可以先充分稀释参与燃烧室燃烧的空气，可以使稀释剂完全发挥稀释的作用，加大了稀释剂的利用率，使得稀释剂有效的降低混合燃烧区域的最高火焰温度，从而降低了NO_x的排放量；

二、本发明提供的一种燃气轮机用的稀释剂分级注入系统，由于第二喷射器是由导流衬套环缝和射流孔组成，导流衬套环缝和射流孔的尺寸的灵活性，使得第二稀释剂的注入量远大于第一稀释剂的注入量，同时，第二稀释剂可以由三排主燃孔与头部进入混合燃烧区域，对于燃烧室头部堵塞作用与头部稳焰不良影响最小，从而使得稀释剂的注入量能大幅增大。

附图说明

图1为本发明所述的一种燃气轮机用的稀释剂分级注入系统的示意图。

图2为本发明所述的一种燃气轮机用的稀释剂分级注入系统的燃烧室喷嘴的头部的局部放大的示意图。

图3为本发明所述的一种燃气轮机用的稀释剂分级注入系统的第一喷射器的局部放大示意图。

图4为本发明所述的一种燃气轮机用的稀释剂分级注入系统的第二喷射器的局部放大示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2，本实施方式提供了一种燃气轮机用的稀释剂分级注入系统，包括导流衬套2、火焰筒3、燃烧室喷嘴4、第一主燃孔7、第二主燃孔8、第三主燃孔9、第一排掺混孔10、空气旋流器11和燃烧室小机匣12，燃烧室小机匣12和导流衬套2之间形成第一环腔13，导流衬套2与火焰筒3之间形成第二环腔14，火焰筒内部形成混合燃烧区域15；其中，用于喷射第一稀释剂的第一喷射器5定位于燃烧室喷嘴4上，并且位于火焰筒3端部上游，第一喷射器5通过第一喷射器注入口16与外界连通；用于喷射第二稀释剂的第二喷射器是由导流衬套环缝1和射流孔6组成，导流衬套环缝1定位于火焰筒3的最后一排的第一主燃孔7和第一排掺混孔10之间，连通第一环腔13和第二环腔14；射流孔6定位于燃烧室小机匣12和导流衬套2之间，并且位于导流衬套环缝1的上游，第二喷射器注入口17通过射流孔6与第一环腔13连通。

本实施方式提供的一种燃气轮机用的稀释剂分级注入系统的工作原理：第二稀释剂通过第二稀释剂注入口17从第二稀释剂喷射器的射流孔6射出，与燃烧室小机匣12和导流衬套2之间的第一环腔13中的压缩空气进行混合，经导流衬套环缝1流入导流衬套2与火焰筒3之间的第二环腔14，与第二环腔14上游来流气体混合形成稀释空气，稀释空气从第一主燃孔7、第二主燃孔8、第三主燃孔9与火焰筒3头部开口处进入火焰筒内部混合燃烧区域15，达到了对空气第一级直接稀释的目的；第一稀释剂通过第一稀释剂注入口16注入从第一喷射器5喷射到空气旋流器11上游处，采用空气旋流器11将第一稀释剂、和火焰筒3头部开口处进入的稀释空气和燃料混合得到混合气体，然后，混合气体进入火焰筒内部燃烧区域15，达到了在燃烧过程中第二级稀释空气；经由二次分级稀释的方式，降低了燃烧室中混合燃烧区域的最高火焰温度。

本实施方式提供的一种燃气轮机用的稀释剂分级注入系统的优点：一、通过在燃烧室上加入了用于喷射第二稀释剂的第二喷射器的结构，使得稀释剂可以先充分稀释参与燃烧室燃烧的空气，可以使稀释剂完全发挥稀释的作用，加大了稀释剂的利用率，使得稀释剂有效的降低混合燃烧区域的最高火焰温度，从而降低了NO_x的排放量；二、由于第二喷射器是由导流衬套环缝和射流孔组成，导流衬套环缝和射流孔的尺寸的灵活性，使得第二稀释剂的注入量远大于第一稀释剂的注入量，从而使得稀释剂的注入量不受限制。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于：所述的第一稀释剂为水、水蒸气、氮气或惰性气体中的一种；所述的第二稀释剂为水、水蒸气、氮气或惰性气体中的一种。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二的不同点在于：所述的第一喷射器5和第二喷射器为轴向分级排布。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于：所述的第一喷射器5为空心环状且在环壁上设置有用于喷射的多个通孔。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于：所述的射流孔6的射流速度为100m/s~400m/s。其它与具体实施方式一相同。

采用下述试验验证本发明效果：

试验一：将具体实施方式一提供的一种燃气轮机用的稀释剂分级注入系统应用到燃气轮机中，机组以富氢中低热值气为燃料，以水作为第一稀释剂，以氮气作为第二稀释剂，对燃气轮机的尾气进行检测，可得到NO_x的排放量≤40ppm(16O₂)。

Claims (5)

1.一种燃气轮机用的稀释剂分级注入系统，包括导流衬套（2）、火焰筒（3）、燃烧室喷嘴（4）、第一主燃孔（7）、第二主燃孔（8）、第三主燃孔（9）、第一排掺混孔（10）、空气旋流器（11）和燃烧室小机匣（12），燃烧室小机匣（12）和导流衬套（2）之间形成第一环腔（13），导流衬套（2）与火焰筒（3）之间形成第二环腔（14），火焰筒内部形成混合燃烧区域（15）；其特征在于：用于喷射第一稀释剂的第一喷射器（5）定位于燃烧室喷嘴（4）上，并且位于火焰筒（3）端部上游，第一喷射器（5）通过第一喷射器注入口（16）与外界连通；用于喷射第二稀释剂的第二喷射器是由导流衬套环缝（1）和射流孔（6）组成，导流衬套环缝（1）定位于火焰筒（3）的最后一排的第一主燃孔（7）和第一排掺混孔（10）之间，连通第一环腔（13）和第二环腔（14）；射流孔（6）定位于燃烧室小机匣（12）和导流衬套（2）之间，并且位于导流衬套环缝（1）的上游，第二喷射器注入口（17）通过射流孔（6）与第一环腔（13）连通。

2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机用的稀释剂分级注入系统，其特征在于：所述的第一稀释剂为水、水蒸气、氮气或惰性气体中的一种，所述的第二稀释剂为水、水蒸气、氮气或惰性气体中的一种。

3.根据权利要求1或2所述的一种燃气轮机用的稀释剂分级注入系统，其特征在于：所述的第一喷射器（5）和第二喷射器为轴向分级排布。

4.根据权利要求1所述的一种燃气轮机用的稀释剂分级注入系统，其特征在于：所述的第一喷射器（5）为空心环状且在环壁上设置有用于喷射的多个通孔。

5.根据权利要求1所述的一种燃气轮机用的稀释剂分级注入系统，其特征在于：所述的射流孔（6）的射流速度为100m/s~400m/s。

Images