CN103486617A - 一种用于燃气轮机的双燃料低排放燃烧器 - Google Patents

一种用于燃气轮机的双燃料低排放燃烧器 Download PDF

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一种用于燃气轮机的双燃料低排放燃烧器，包括主燃烧器，主燃烧器液体燃料进口，副燃烧器气体燃料进口，主燃烧器液体燃料喷嘴，径向旋流器，预混套筒，冷却盖板，主燃烧器气体燃料喷杆，主燃烧器气体燃料进口，副燃烧器，中心液体燃料喷嘴；主燃烧器的天然气和柴油均供入到径向旋流器的叶片通道内，在旋流器叶片通道和下游的预混套筒内实现燃料和空气的掺混；主燃烧器的液体燃料喷嘴位于径向旋流器叶片通道的出口附近。本发明的优点：能够燃用天然气等气体燃料和柴油等液体燃料，均采用贫油预混的方式降低NOX排放，燃用液体燃料时无需喷水或水蒸汽即可满足环保排放要求，提高了燃气轮机的可用性，具有良好的市场应用前景。

Description

一种用于燃气轮机的双燃料低排放燃烧器
技术领域
本发明涉及燃气轮机领域，特别涉及了一种用于燃气轮机的双燃料低排放燃烧器。
背景技术
随着环境压力的增加和环保要求的日益严格，世界各国对燃气轮机的NOX污染物排放提出了严格限制。为了降低燃气轮机燃烧室燃烧过程中NOX污染物的生成，有两种主要的降低污染物排放的技术措施。一种措施是将燃料与过量空气预先掺混均匀的贫油预混燃烧方式，通过控制燃料和空气的掺混比例降低燃烧区的火焰温度，抑制燃烧过程中NOX污染物的生成。另一种措施是向燃烧室内喷水或水蒸汽降低燃烧区火焰温度，达到降低NOX排放的目的。
为了提高燃气轮机机组的安全可靠性，燃气轮机普遍采用双燃料设计，以天然气为主燃料，柴油等液体燃料为备份燃料，两种燃料之间可互相切换，提高天然气不足等特殊情况下电站机组的可用性。
目前，燃气轮机燃用天然气等气体燃料时，普遍采用贫油预混的方式降低污染物排放。燃用柴油等液体燃料时，由于燃油的蒸发和与空气的预混的复杂性以及燃油结焦等问题，主要采取喷水或水蒸汽的方式降低污染物排放。
与燃料、空气预先掺混的贫油预混燃烧方式相比，采用向燃烧室内喷水或水蒸汽的方法降低污染物排放时，燃气轮机机组需要额外增加供水或水蒸汽处理系统，投资成本高，同时大幅度缩短了燃气轮机的使用寿命，也不适用于缺水或水蒸汽的电站，限制了燃气轮机的应用范围。
发明内容
本发明的目的是为了解决燃气轮机燃用气体燃料和液体燃料并满足低污染排放要求，燃用液体燃料喷水或水蒸汽降排放存在的需额外增加供水或水蒸汽处理系统，同时大幅度缩短燃气轮机的使用寿命等问题，特提供了一种用于燃气轮机的双燃料低排放燃烧器。
本发明提供了一种用于燃气轮机的双燃料低排放燃烧器，其特征在于：所述的用于燃气轮机的双燃料低排放燃烧器包括，主燃烧器，主燃烧器液体燃料进口，副燃烧器气体燃料进口，主燃烧器液体燃料喷嘴，径向旋流器，预混套筒，冷却盖板，主燃烧器气体燃料喷杆，主燃烧器气体燃料进口，副燃烧器，中心液体燃料喷嘴，连接螺栓；
主燃烧器的天然气和柴油均供入到径向旋流器的叶片通道内，在旋流器叶片通道和下游的预混套筒内实现燃料和空气的掺混；
主燃烧器的气体燃料供入采用伸入径向旋流器叶片通道内的气体燃料喷杆形式，或采取直射式喷嘴、旋流叶片式喷嘴结构；
主燃烧器的液体燃料供入采用直射式喷嘴、离心式压力雾化喷嘴和螺旋式喷嘴结构；
主燃烧器的液体燃料喷嘴位于径向旋流器叶片通道的出口附近；
副燃烧器上安装了带冷却空气孔的冷却盖板，冷却空气孔的倾斜角度根据旋流空气的方向设计，增强冷却效果；
预混套筒外壁上设计了倾斜冷却孔，倾斜角度为与轴向夹角15-75°，用于吹除附着在壁面低速区附近的燃料，防止回火的发生；
预混套筒进口处，设计了用于防止由径向旋流器进入的空气和燃料在此处产生回流的圆弧面结构。
该燃烧器能够燃用天然气等气体燃料和柴油等液体燃料，均采用贫油预混的方式降低NOX排放，燃用液体燃料时无需喷水或水蒸汽即可满足环保排放要求。两种燃料可互相切换，提高了燃气轮机的可用性。
燃用天然气等气体燃料时，天然气经主燃烧器上的气体燃料进口供入后，由伸入径向旋流器叶片通道内的气体燃料喷杆喷出，与流过径向旋流器的燃烧空气在旋流器叶片通道和位于下游的预混套筒内实现燃料和空气的预先掺混，过量燃烧空气与天然气掺混后形成的贫油可燃混合气在燃烧室火焰筒内发生燃烧反应，通过控制燃料和空气的混合比例降低火焰温度，实现降低NOX污染物排放的目的，见图2所示。
燃用柴油等液体燃料时，柴油经主燃烧器上的液体燃料进口供入后，由位于径向旋流器叶片通道内的主燃烧器液体燃料喷嘴喷出，与流过径向旋流器的空气在旋流器叶片通道内和位于下游的预混套筒内实现液体燃料的雾化、蒸发和掺混，通过控制燃料和空气的混合比例降低火焰温度，实现降低NOX污染物排放的目的，见图2所示。
由于液体燃料可燃混合物较天然气可燃混合物更易引起自燃回火和在预混通道内结焦，因此主燃烧器液体燃料喷嘴位于径向旋流器叶片通道的出口附近，见图2所示。
为了提高燃气轮机低工况下燃烧室预混燃烧的稳定性，天然气和柴油均分两级供应。天然气可分别由主燃烧器和副燃烧器供入，燃气轮机点火和低工况下，天然气只由副燃烧器供入，保持扩散燃烧，提高点火可靠性和燃烧稳定性。燃气轮机大工况下，主、副燃烧器同时供入燃料，副燃烧器燃料比例较小，保持扩散燃烧，提高燃烧稳定性，大部分燃料由主燃烧器供入，满足降低NOX排放要求。柴油可分别由主燃烧器和中心液体燃料喷嘴供入，燃气轮机点火和低工况下，柴油只由中心液体燃料喷嘴供入，保持扩散燃烧，提高点火可靠性和燃烧稳定性。燃气轮机大工况下，主燃烧器和中心液体燃料喷嘴同时供入燃料，中心液体燃料喷嘴燃料比例较小，保持扩散燃烧，提高燃烧稳定性，同时满足降低NOX排放要求。
为了防止副燃烧器端面高温烧蚀和积碳，引入少量冷却空气对副燃烧器端面进行冷却保护，见图3所示。副燃烧器端面上设计了带倾斜冷却空气孔的冷却盖板，冷却盖板上的冷却空气孔的倾斜角度根据旋流空气的方向设计，提高冷却效率。见图4所示。
本发明的优点：
本发明所述的用于燃气轮机的双燃料低排放燃烧器，能够燃用天然气等气体燃料和柴油等液体燃料，均采用贫油预混的方式降低NOX排放，燃用液体燃料时无需喷水或水蒸汽即可满足环保排放要求。两种燃料可互相切换，提高了燃气轮机的可用性。与传统需要喷水或水蒸汽降低NOX排放的燃气轮机相比，能够减少水处理系统的投资，增加燃机使用寿命，减少燃机工作过程中水的消耗量，具有良好的市场应用前景。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为双燃料低排放燃烧器结构图；
图2为径向旋流器结构图；
图3为冷却空气流路图；
图4为副燃烧器上的冷却盖板示意图；
图5为预混套筒结构图；
其中：1为主燃烧器，2为主燃烧器液体燃料进口，3为副燃烧器气体燃料进口，4为主燃烧器液体燃料喷嘴，5为径向旋流器，6为预混套筒，7为冷却盖板，8为主燃烧器气体燃料喷杆，9为主燃烧器气体燃料进口，10为副燃烧器，11为中心液体燃料喷嘴，12为连接螺栓，13为预混空气，14为螺栓孔，15为冷却空气；601为倾斜冷却孔，602为圆弧面，701为冷却空气孔。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种用于燃气轮机的双燃料低排放燃烧器，其特征在于：所述的用于燃气轮机的双燃料低排放燃烧器包括，主燃烧器，主燃烧器液体燃料进口，副燃烧器气体燃料进口，主燃烧器液体燃料喷嘴，径向旋流器，预混套筒，冷却盖板，主燃烧器气体燃料喷杆，主燃烧器气体燃料进口，副燃烧器，中心液体燃料喷嘴，连接螺栓；
主燃烧器的天然气和柴油均供入到径向旋流器的叶片通道内，在旋流器叶片通道和下游的预混套筒内实现燃料和空气的掺混；
主燃烧器的气体燃料供入采用伸入径向旋流器叶片通道内的气体燃料喷杆形式；
主燃烧器的液体燃料供入采用直射式喷嘴结构；
主燃烧器的液体燃料喷嘴位于径向旋流器叶片通道的出口附近；
副燃烧器上安装了带冷却空气孔的冷却盖板，冷却空气孔的倾斜角度根据旋流空气的方向设计，增强冷却效果；
预混套筒外壁上设计了倾斜冷却孔，倾斜角度为与轴向夹角15°，用于吹除附着在壁面低速区附近的燃料，防止回火的发生；
预混套筒进口处，设计了用于防止由径向旋流器进入的空气和燃料在此处产生回流的圆弧面结构。
该燃烧器能够燃用天然气等气体燃料和柴油等液体燃料，均采用贫油预混的方式降低NOX排放，燃用液体燃料时无需喷水或水蒸汽即可满足环保排放要求。两种燃料可互相切换，提高了燃气轮机的可用性。
燃用天然气等气体燃料时，天然气经主燃烧器上的气体燃料进口供入后，由伸入径向旋流器叶片通道内的气体燃料喷杆喷出，与流过径向旋流器的燃烧空气在旋流器叶片通道和位于下游的预混套筒内实现燃料和空气的预先掺混，过量燃烧空气与天然气掺混后形成的贫油可燃混合气在燃烧室火焰筒内发生燃烧反应，通过控制燃料和空气的混合比例降低火焰温度，实现降低NOX污染物排放的目的，见图2所示。
燃用柴油等液体燃料时，柴油经主燃烧器上的液体燃料进口供入后，由位于径向旋流器叶片通道内的主燃烧器液体燃料喷嘴喷出，与流过径向旋流器的空气在旋流器叶片通道内和位于下游的预混套筒内实现液体燃料的雾化、蒸发和掺混，通过控制燃料和空气的混合比例降低火焰温度，实现降低NOX污染物排放的目的，见图2所示。
由于液体燃料可燃混合物较天然气可燃混合物更易引起自燃回火和在预混通道内结焦，因此主燃烧器液体燃料喷嘴位于径向旋流器叶片通道的出口附近，见图2所示。
为了提高燃气轮机低工况下燃烧室预混燃烧的稳定性，天然气和柴油均分两级供应。天然气可分别由主燃烧器和副燃烧器供入，燃气轮机点火和低工况下，天然气只由副燃烧器供入，保持扩散燃烧，提高点火可靠性和燃烧稳定性。燃气轮机大工况下，主、副燃烧器同时供入燃料，副燃烧器燃料比例较小，保持扩散燃烧，提高燃烧稳定性，大部分燃料由主燃烧器供入，满足降低NOX排放要求。柴油可分别由主燃烧器和中心液体燃料喷嘴供入，燃气轮机点火和低工况下，柴油只由中心液体燃料喷嘴供入，保持扩散燃烧，提高点火可靠性和燃烧稳定性。燃气轮机大工况下，主燃烧器和中心液体燃料喷嘴同时供入燃料，中心液体燃料喷嘴燃料比例较小，保持扩散燃烧，提高燃烧稳定性，同时满足降低NOX排放要求。
为了防止副燃烧器端面高温烧蚀和积碳，引入少量冷却空气对副燃烧器端面进行冷却保护，见图3所示。副燃烧器端面上设计了带倾斜冷却空气孔的冷却盖板，冷却盖板上的冷却空气孔的倾斜角度根据旋流空气的方向设计，提高冷却效率。见图4所示。
实施例2
与实施例1的区别在于：
主燃烧器的气体燃料供入采用直射式喷嘴结构；
主燃烧器的液体燃料供入采用离心式压力雾化喷嘴结构。
预混套筒外壁上设计了倾斜冷却孔，倾斜角度为与轴向夹角45°，用于吹除附着在壁面低速区附近的燃料，防止回火的发生。
实施例3
与实施例1和2的区别在于：
主燃烧器的气体燃料供入采用旋流叶片式喷嘴结构；
主燃烧器的液体燃料供入采用螺旋式喷嘴结构。
预混套筒外壁上设计了倾斜冷却孔，倾斜角度为与轴向夹角75°，用于吹除附着在壁面低速区附近的燃料，防止回火的发生。

Claims (1)

1.一种用于燃气轮机的双燃料低排放燃烧器，其特征在于：所述的用于燃气轮机的双燃料低排放燃烧器包括，主燃烧器，主燃烧器液体燃料进口，副燃烧器气体燃料进口，主燃烧器液体燃料喷嘴，径向旋流器，预混套筒，冷却盖板，主燃烧器气体燃料喷杆，主燃烧器气体燃料进口，副燃烧器，中心液体燃料喷嘴，连接螺栓；
主燃烧器的天然气和柴油均供入到径向旋流器的叶片通道内，在旋流器叶片通道和下游的预混套筒内实现燃料和空气的掺混；主燃烧器的气体燃料供入采用伸入径向旋流器叶片通道内的气体燃料喷杆形式，或采取直射式喷嘴、旋流叶片式喷嘴结构；主燃烧器的液体燃料供入采用直射式喷嘴、离心式压力雾化喷嘴和螺旋式喷嘴结构；主燃烧器的液体燃料喷嘴位于径向旋流器叶片通道的出口附近；副燃烧器上安装了带冷却空气孔的冷却盖板，冷却空气孔的倾斜角度根据旋流空气的方向设计；预混套筒外壁上设计了倾斜冷却孔，倾斜角度为与轴向夹角15-75°；预混套筒进口处，设计了用于防止由径向旋流器进入的空气和燃料在此处产生回流的圆弧面结构。
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