CN108036358B - 一种燃气轮机燃烧室及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种燃气轮机燃烧室及其使用方法。该燃气轮机燃烧室包括：火焰筒，具有圆筒形壁面；至少一个初级燃料喷嘴，每个初级燃料喷嘴均与圆筒形壁面前部相接，且配置成沿圆筒形壁面的切线方向向火焰筒内喷射燃料，并使燃料沿预设方向在火焰筒内从前往后地螺旋式推进；至少一个初级空气喷嘴，每个初级空气喷嘴均与圆筒形壁面前部相接，且配置成沿圆筒形壁面的切线方向向火焰筒内喷射空气，并使空气沿预设方向在火焰筒内从前往后地螺旋式推进；其中，初级燃料喷嘴喷射的燃料与初级空气喷嘴喷射的空气在火焰筒内形成旋流，在点燃后形成切向旋流火焰。切向旋流火焰可提高点火性能和火焰的稳定性。

Description

一种燃气轮机燃烧室及其使用方法

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，特别是涉及一种燃气轮机燃烧室及其使用方法。

背景技术

燃气轮机是一种清洁、高效的动力与发电设备。一般地，燃气轮机通过燃烧燃料和空气的混合物来产生热能，形成高温气流，驱动涡轮旋转，从而带动发电机发电。目前，燃气轮机的两个重要发展趋势是拓宽可调比(即提高低负荷运行性能)和扩大燃料适应范围。

一方面，由于可再生能源的迅速发展，需要使用火电进行调峰，这就要求燃气轮机频繁变负荷运行，尤其是在部分负荷与低负荷工况下运行。在低负荷工况运行时，燃气轮机燃烧室火焰温度低，接近贫燃熄火边界，容易发生熄火和燃烧振荡。为了解决这一问题，现有技术中通常是使用值班火焰来稳定燃烧。但是，值班火焰一般是非预混燃烧，NO_x排放较高。

另一方面，虽然燃气轮机以天然气为主要燃料，但是由于天然气的缺乏，燃气轮机亟需扩大燃料适应范围，以利用丰富的非传统燃料资源，如煤气化合成气、生物质气化合成气、高炉煤气、焦炉煤气等。相对于天然气，这些非传统燃料资源的热值与组分变化大，对燃气轮机燃烧室的适应能力提出了很高的要求。其中，高炉煤气热值较低，导致点火困难，并且运行时易熄火。因此，为了解决这一问题，实际运行中，以高炉煤气为燃料的燃气轮机往往需要使用柴油、天然气或焦炉煤气等热值较高的燃料点火，待运行至部分负载时再切换到高炉煤气，并且，需要在运行时向高炉煤气中掺混一部分焦炉煤气来稳定燃烧，或者使用焦炉气值班火焰来稳定燃烧。这种方式，不仅导致燃气轮机启动系统复杂，还消耗了大量的高品位燃料。

因此，需要发展一种新型燃烧室以提高燃气轮机低负载运行性能，扩大其燃料适应范围，并能够使用非传统燃料点火启动燃气轮机。具体而言，需要解决的以下问题：1)低负载运行时燃烧室易熄火；2)低热值燃料点火困难；3)低热值燃料燃烧时易熄火；4)传统的值班火焰用于稳定燃烧时NO_x排放高。

发明内容

本发明的一个目的是要提高燃气轮机低负载运行性能。

本发明的一个进一步的目的是要扩大燃气轮机燃料适应范围。

本发明提供了一种燃气轮机燃烧室，包括：

火焰筒，其具有圆筒形壁面；

至少一个初级燃料喷嘴，每个所述初级燃料喷嘴均与所述圆筒形壁面的前部相接，且配置成沿着所述圆筒形壁面的切线方向向所述火焰筒内喷射燃料，并使得所述燃料沿预设方向在所述火焰筒内从前往后地螺旋式推进；

至少一个初级空气喷嘴，每个所述初级空气喷嘴均与所述圆筒形壁面的前部相接，且配置成沿着所述圆筒形壁面的切线方向向所述火焰筒内喷射空气，并使得所述空气沿所述预设方向在所述火焰筒内从前往后地螺旋式推进；

其中，所述初级燃料喷嘴喷射的所述燃料与所述初级空气喷嘴喷射的所述空气在所述火焰筒内形成旋流，并在点燃后形成切向旋流火焰。

可选地，所述初级燃料喷嘴和所述初级空气喷嘴的数量均为多个，多个所述初级燃料喷嘴和多个所述初级空气喷嘴沿着所述圆筒形壁面的周向方向交替间隔布置。

可选地，所述燃气轮机燃烧室还包括：

次级喷嘴，其设置在所述火焰筒的前端，并沿着所述火焰筒的轴向方向布置，用于沿着所述轴向方向向所述火焰筒内喷射所述燃料和所述空气；

其中，由所述次级喷嘴喷射的所述燃料和所述空气在所述火焰筒内形成轴向气流，并在点燃后形成轴向火焰。

可选地，所述切向旋流火焰位于所述轴向火焰的火焰面处，以向所述轴向火焰提供热源和自由基。

可选地，所述切向旋流火焰为三层火焰结构，所述三层火焰结构从内向外依次包括：

燃烧产物层，其由燃烧形成的反应产物组成；

火焰层；和

反应物层，其由未燃气体组成，所述反应物层围绕所述火焰筒的内壁形成一层气体薄膜，以阻断所述切向旋流火焰与所述火焰筒的内壁的接触。

可选地，所述燃气轮机燃烧室还包括：

燃料通道，其分别与所述初级燃料喷嘴和所述次级喷嘴相连通；

空气通道，其分别与所述初级空气喷嘴和所述次级喷嘴相连通；和

流量调节机构，用于调节所述初级燃料喷嘴和所述次级喷嘴喷射所述燃料的流量。

特别地，本发明还提供了一种燃气轮机燃烧室的使用方法，所述燃气轮机燃烧室为上述的燃烧室，所述使用方法包括启动和运行燃气轮机的操作，所述启动和运行燃气轮机的操作包括如下步骤：

分别通过初级燃料喷嘴和初级空气喷嘴向火焰筒内喷射燃料和空气，以使得由所述初级燃料喷嘴喷射的燃料和由所述初级空气喷嘴喷射的空气在火焰筒内进行混合，其中，所述燃料为中低热值燃料；

点燃由所述燃料和所述空气形成的混合气，以在所述火焰筒内形成切向旋流火焰，以启动燃气轮机；

通过次级喷嘴向所述火焰筒内喷射剩余的燃料和空气，使所述燃料处于燃烧状态；

调节所述初级燃料喷嘴和所述次级喷嘴的燃料流量，并提高所述燃气轮机的转速直至将所述燃气轮机加速到部分负载或满载状态，以运行所述燃气轮机。

可选地，所述燃气轮机燃烧室的使用方法还包括燃气轮机停机的操作，所述燃气轮机停机的操作包括如下步骤：

逐渐减少由所述次级喷嘴喷出的燃料流量，以降低所述燃气轮机的负载和转速；

逐渐减少由所述初级燃料喷嘴喷出的燃料流量，并逐渐降低所述燃气轮机的转速，直至所述燃气轮机熄火停机。

可选地，逐渐减少由所述初级燃料喷嘴喷出的燃料流量之前还包括如下步骤：

待所述燃气轮机的负载和转速降低至一预设程度时，关闭所述次级喷嘴。

可选地，所述燃烧室的燃气轮机使用方法还包括燃气轮机低负荷工况运行下稳定燃烧的操作，所述燃气轮机低负荷工况运行下稳定燃烧的方法包括如下步骤：

减少由所述次级喷嘴喷出的燃料流量，并使燃气轮机处于预混燃烧模式；

增加由所述初级燃料喷嘴喷出的燃料流量，并利用切向旋流火焰为轴向火焰提供热源和自由基，以减少所述轴向火焰的热量损失，从而稳定燃烧。

根据本发明的方案，由于燃料初级燃料喷嘴喷射，空气从初级空气喷嘴喷射，即燃料和空气是从不同的喷嘴喷射，这可以避免回火的发生。并且，由于切向旋流火焰在燃烧室内部行程较长，有较长的停留时间，并且燃烧温度高，有利于点火和充分燃烧。因此可以提高点火性能和火焰的稳定性，适合热值低的燃料，比如高炉煤气和低热值合成气。此外，沿切向射流的燃料和沿切向射流的空气高速混合后再进行燃烧，其火焰温度低于非预混燃烧的火焰温度，可以减少NO_x的生成，特别适用于富氢燃料。

进一步地，由于反应物层围绕火焰筒的内壁形成一层温度较低的气体薄膜，该气体薄膜包裹住火焰筒的内壁，阻断了切向旋流火焰与内壁的接触，减少了壁面对火焰的萃熄作用。从而对火焰筒的内壁起到了良好的冷却作用，有效地延长了燃烧室的使用寿命，降低了一氧化碳的生成和排放。同时，有效减少了切向旋流火焰在火焰筒的内壁处的热损失，有助于提高切向旋流火焰的燃烧稳定性。燃烧产物层的反应产物温度较高，密度较大，因此，其可以从燃烧室的中心区域扩散，起到稳定燃烧室中心区域轴向火焰的作用。

进一步地，本发明可以通过改变初级燃料喷嘴的数量来调节燃料的喷射速度。通过改变空气和燃料的喷射速度来优化切向旋流火焰进行切向旋流的混合时间，从而调节切向旋流火焰的长度和对圆筒形壁面的覆盖面积，达到优化点火和稳定火焰的目的，并可以抑制燃烧振荡的发生。

与现有技术中使用柴油点火，或者使用热值较高的焦炉煤气点火，待燃机达到部分负载时再切换到合成气的方法相比，本发明的启动和运行燃气轮机的方法中燃气轮机的启动系统较为简单，不需要更换启动过程中的燃料，从而避免消耗大量的高品位燃料。因此，使用本发明方法，可以直接使用中低热值燃料进行点火，并启动燃气轮机。

与现有技术中在燃气轮机降低功率或在低负荷下运行时，需要将部分喷嘴或全部喷嘴转入非预混火焰工作模式以稳定燃烧的方法相比，本发明的方法，可以通过加大初级燃料喷嘴的燃料流量，使用该初级燃料喷嘴形成的切向旋流火焰为次级喷嘴提供热源和自由基，并减少其热量损失，帮助稳定次级喷嘴的火焰，从而拓宽燃烧室的贫燃熄火边界，减少燃烧振荡的发生，增大燃气轮机的可调比。由于切向旋流火焰是预混火焰，其NO_x与CO排放较传统的非预混值班火焰低，因此可以在低负载工况下满足环保法规，从而拓宽燃机的低负载运行范围。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的燃气轮机的示意性结构图，其中示出了气体流动路径；

图2是根据本发明一个实施例的燃气轮机燃烧室的示意性立体结构图，燃料、空气以及切向旋流火焰的流动路径；

图3是沿图2中的剖切线A-A截取的示意性剖视图；

图4是沿图3中的剖切线B-B截取的示意性剖视图，其中示出了燃料和空气的流动路径；

图5是根据本发明一个实施例的切向旋流火焰沿C-C面的示意性剖视图；

图6是根据本发明一个实施例的启动和运行燃气轮机的方法的示意性流程图；

图7是根据本发明一个实施例的燃气轮机停机的方法的示意性流程图；

图8是根据本发明一个实施例的燃气轮机低负荷工况运行下稳定燃烧的方法的示意性流程图。

附图标记：

1-燃烧室，

11-火焰筒，

111-圆筒形壁面，

12-初级燃料喷嘴，

13-初级空气喷嘴，

14-次级喷嘴，

15-燃料通道，

16-空气通道，

17-切向旋流火焰，

171-燃烧产物层，

172-火焰层，

173-反应物层，

18-轴向火焰，

19-外壳，

2-压气机，

3-连接轴，

4-涡轮机，

5-负载。

具体实施方式

图1示出了根据本发明一个实施例的燃气轮机的示意性结构图，其中示出了气体流动路径。如图1所示，该燃气轮机可以包括压气机2、燃烧室1和涡轮机4。通过压气机2将空气压缩为高压气体，进而高压气体在燃烧室1内与燃料混合参与燃烧形成高压高速气体，最后高压高速气体带动涡轮机4进行旋转发电，并向负载5供电。压气机2和涡轮机4之间设置有连接轴3，该连接轴3用于将压气机2与涡轮机4连接在一起，以便实现涡轮机4和压气机2之间的传动连接。

现有技术中的燃气轮机存在着低负载运行时燃烧室1易熄火，低热值燃料点火困难，低热值燃料燃烧时易熄火和传统的值班火焰用于稳定燃烧时NO_x排放高的技术难题，为了解决上述技术难题，本发明的发明人致力于从燃烧室1的结构上进行改进，以从根本上解决上述问题。发明人经过多次试验和深入的总结分析创造性提出一种新型的燃气轮机燃烧室1的结构，来同时解决上述多个技术难题。

图2示出了根据本发明一个实施例的燃气轮机燃烧室的示意性立体结构图，其中示出了燃料、空气以及切向旋流火焰的流动路径，其中，粗线条代表空气流动路径，细线条代表燃料流动路径，在燃烧室内旋流前进的线条代表切向旋流火焰流动路径。图3示出了沿图2中的剖切线A-A截取的示意性剖视图。图4示出了沿图3中的剖切线B-B截取的示意性剖视图，其中示出了燃料和空气的流动路径，其中，粗线条代表空气流动路径，细线条代表燃料流动路径。如图2至图4所示，该燃气轮机燃烧室1可以包括火焰筒11、初级燃料喷嘴12和初级空气喷嘴13。

如图2和图4所示，该火焰筒11可以具有圆筒形壁面112，用于形成火焰筒11。燃料和高压气体在该火焰筒11内混合并燃烧。该初级燃料喷嘴12与圆筒形壁面112的前部相接，且配置成沿着圆筒形壁面112的切线方向向火焰筒11内喷射燃料，并使得该燃料沿预设方向在火焰筒11内从前往后地螺旋式推进。该初级空气喷嘴13与圆筒形壁面112的前部相接，且配置成沿着圆筒形壁面112的切线方向向火焰筒11内喷射空气，并使得空气沿上述预设方向在火焰筒11内从前往后地螺旋式推进。其中，初级燃料喷嘴12喷射的燃料与初级空气喷嘴13喷射的空气在火焰筒11内形成旋流，并在点燃后形成切向旋流火焰17。

其中，由初级燃料喷嘴12喷射的燃料和由初级空气喷嘴13喷射的空气是分别沿着同一预设方向在火焰筒11内从前往后地螺旋式推进的。并且，上述的切线方向是不平行于火焰筒11的轴向方向的其它方向。当该切线方向与该轴向方向存在一定夹角时，由初级燃料喷嘴12喷射的燃料和由初级空气喷嘴喷射13的空气均可以沿着与该轴线方向具有一定夹角的截面的内表面旋转。例如，当该切线方向垂直于轴线方向时，由初级燃料喷嘴12喷射的燃料和由初级空气喷嘴13喷射的空气均可以沿着与该轴线方向垂直的截面的内表面旋转。其中，该切线方向与该轴向方向的夹角可以为大于0°且小于等于90°的角度。如图2所示，切向旋流火焰17在火焰筒11内形成环形旋流，环形旋流沿着火焰筒11的轴向方向从火焰筒11的前端螺旋式地推进火焰筒11的后端，环形旋流的其中一个切面为环形旋流与圆筒形壁面112相接触的面。由于切向旋流火焰17在燃烧室1内部行程较长，有较长的停留时间，并且燃烧温度高，有利于点火和充分燃烧。因此可以提高点火性能和火焰的稳定性，适合热值低的燃料，比如高炉煤气和低热值合成气。

如图3所示，该初级空气喷嘴13的数量为两个，但不限于此，其可以是三个、四个、五个、六个或更多个。可以通过改变初级空气喷嘴13的数量来调节空气的喷射速度。如图3所示，初级燃料喷嘴12的数量为两个，但不限于此，其可以是三个、四个、五个、六个或更多个。可以通过改变初级燃料喷嘴12的数量来调节燃料的喷射速度。通过改变空气和燃料的喷射速度来优化切向旋流火焰17进行切向旋流的混合时间，从而调节切向旋流火焰17的长度和对圆筒形壁面112的覆盖面积，达到优化点火和稳定火焰的目的，并可以抑制燃烧振荡的发生。

由于燃料初级燃料喷嘴12喷射，空气从初级空气喷嘴13喷射，即燃料和空气是从不同的喷嘴喷射，这可以避免回火的发生。并且，沿切向射流的燃料和沿切向射流的空气高速混合后再进行燃烧，其火焰温度低于非预混燃烧的火焰温度，可以减少NO_x的生成，特别适用于高氢富氢燃料。

如图2和图4所示，该燃气轮机燃烧室1还可以包括次级喷嘴14。该次级喷嘴14设置在火焰筒11的前端，并沿着火焰筒11的轴向方向布置，用于沿着该轴向方向向火焰筒11内喷射剩余的燃料和空气。其中，由次级喷嘴14喷射的燃料和空气在火焰筒11内形成轴向气流，并在点燃后形成轴向火焰18。次级喷嘴14的数量可以根据需要进行设置，不限于图中所示的数量。

在一个实施例中，该燃气轮机燃烧室1可以包括一外壳19，该外壳19和圆筒形壁面111之间是中空的，以作为空气通道16，以使空气在空气通道16内从初级空气喷嘴13喷射至火焰筒11内。在一个实施例中，该火焰筒11的前端是封闭的，即靠近火焰筒11前端的外壳19与形成有次级喷嘴14的圆筒形壁面111之间是中空的，作为空气通道16的一部分，以使空气可以从次级喷嘴14喷射至火焰筒11内。

该燃气轮机燃烧室1还可以包括燃料通道15。燃料通道15可以包括第一燃料通道15和第二燃料通道15(图中未示出)。第一燃料通道15与初级燃料喷嘴12相连通，燃料在第一燃料通道15内流动，并从初级燃料喷嘴12喷射至火焰筒11。第二燃料通道15与次级喷嘴14相连通，燃料在第二燃料通道15内流动，并从次级喷嘴14喷射至火焰筒11。在一个实施例中，该燃气轮机燃烧室1还可以包括流量调节机构(图中未示出)，用于调节初级燃料喷嘴12和次级喷嘴14喷射燃料的流量。

图5示出了根据本发明一个实施例的切向旋流火焰沿C-C面的示意性剖视图。如图5所示，由于旋转产生的离心力的作用，该切向旋流火焰17产生分层现象。该切向旋流火焰17为三层火焰结构，从内向外依次包括燃烧产物层171、火焰层172和反应物层173。该燃烧产物层171由燃烧形成的反应产物组成。该反应物层173由未燃气体组成。由于反应物层173密度较大，因此，其位于最外侧。反应物层173围绕圆筒形壁面111形成一层温度较低的气体薄膜，该气体薄膜包裹住火焰筒11的内壁，阻断了切向旋流火焰17与火焰筒11的内壁的接触，减少了内壁面对火焰的萃熄作用。从而对火焰筒11的内壁起到了良好的冷却作用，有效地延长了燃烧室1的使用寿命，降低了一氧化碳的生成和排放。同时，有效减少了切向旋流火焰17在火焰筒11的内壁处的热损失，有助于提高切向旋流火焰17的燃烧稳定性。燃烧产物层171的反应产物温度较高，密度较大，因此，其可以从燃烧室1的中心区域扩散，起到稳定燃烧室1中心区域轴向火焰18的作用。

特别地，本发明还提供了一种燃气轮机燃烧室的使用方法，该燃气轮机燃烧室为前述的燃气轮燃烧室1，该方法包括启动和运行燃气轮机的操作。图6示出了根据本发明一个实施例的启动和运行燃气轮机的操作的示意性流程图。该燃气轮机包括前述燃气轮机燃烧室1，如图6所示，该启动和运行燃气轮机的操作包括依次进行的如下步骤：

S110、分别通过初级燃料喷嘴12和初级空气喷嘴13向火焰筒11内喷射燃料和空气，以使得由所述初级燃料喷嘴12喷射的燃料和由所述初级空气喷嘴13喷射的空气在火焰筒11内进行混合，其中，燃料为中低热值燃料；

S120、点燃由燃料和空气形成的混合气，以在火焰筒11内形成切向旋流火焰17，以启动燃气轮机；

S130、通过次级喷嘴14向火焰筒11内喷射剩余的燃料和空气，使该燃料处于燃烧状态；

S140、调节初级燃料喷嘴12和次级喷嘴14的燃料流量，并提高燃气轮机的转速直至将燃气轮机加速到部分负载或满载状态，以运行燃气轮机。

在步骤S110中之前还可以包括：

S100、启动燃气轮机的空气压缩机，以使得空气通过初级空气喷嘴13和次级喷嘴14进入燃烧室1。

在一个实施例中，步骤S110中，中低热值燃料为高炉煤气或掺混一定量焦煤气的高炉煤气，但不限于此，也可以是其它中低热值燃料。

在一个实施例中，步骤S120可以包括以下步骤：

S121、点燃由所述燃料和所述空气形成的混合气，以使燃气轮机燃烧室1处于点火状态；

S122、逐渐加大初级燃料喷嘴12的燃料流量，并加速燃气轮机，以使燃气轮机处于启动状态。

在步骤S130中，剩余的燃料为高炉煤气或掺混一定量焦煤气的高炉煤气，但不限于此，也可以是其它中低热值燃料。

与现有技术中使用柴油点火，或者使用热值较高的焦炉煤气点火，待燃机达到部分负载时再切换到合成气的方法相比，本发明实施例中燃气轮机的启动系统较为简单，不需要更换启动过程中的燃料，从而避免消耗大量的高品位燃料。使用本发明实施例方法，可以直接使用中低热值燃料进行点火，并启动燃气轮机。

该燃气轮机燃烧室的使用方法还可以包括燃气轮机停机的操作。图7示出了根据本发明一个实施例的燃气轮机停机的操作的示意性流程图。如图7所示，该燃气轮机停机的操作包括如下步骤：

S210、逐渐减少由次级喷嘴14喷出的燃料流量，从而降低燃气轮机的负载和转速；

S220、逐渐减少由初级燃料喷嘴12喷出的燃料流量，并逐渐降低燃气轮机的转速，直至燃气轮机熄火停机。

在一个实施例中，在步骤S220之前还包括如下步骤：

待燃气轮机的负载和转速降低至一预设程度时，关闭次级喷嘴14，从而关闭从次级喷嘴14进入燃气轮机燃烧室1内的燃料。

该燃气轮机燃烧室的使用方法还可以包括燃气轮机低负荷工况运行下稳定燃烧的操作。图8示出了根据本发明一个实施例的燃气轮机低负荷工况运行下稳定燃烧的操作的示意性流程图。如图8所示，该燃气轮机低负荷工况运行下稳定燃烧的方法包括如下步骤：

S310、减少由次级喷嘴14喷出的燃料流量，并使燃气轮机处于预混燃烧模式；

S320、增加由初级燃料喷嘴12喷出的燃料流量，并利用切向旋流火焰17为轴向火焰18提供热源和自由基，以减少轴向火焰18的热量损失，从而稳定燃烧。

在步骤S310中，具体为：在燃气轮机降低功率或在低负荷下运行时，通过调节燃料回路，减少由次级喷嘴14喷出的燃料流量，并使燃气轮机尽量处于预混燃烧模式。

与现有技术中在燃气轮机降低功率或在低负荷下运行时，需要将部分喷嘴或全部喷嘴转入非预混火焰工作模式以稳定燃烧的方法相比，本发明实施例的方法，可以通过加大初级燃料喷嘴12的燃料流量，使用该初级燃料喷嘴12形成的切向旋流火焰17为次级喷嘴14提供热源和自由基，并减少其热量损失，帮助稳定次级喷嘴14的火焰，从而拓宽燃烧室1的贫燃熄火边界，减少燃烧振荡的发生，增大燃气轮机的可调比。由于切向旋流火焰17是预混火焰，其NO_x与CO排放较传统的非预混值班火焰低，因此可以在低负载工况下满足环保法规，从而拓宽燃机的低负载运行范围。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (8)

1.一种燃气轮机燃烧室，其特征在于，包括：

火焰筒，其具有圆筒形壁面；

至少一个初级燃料喷嘴，每个所述初级燃料喷嘴均与所述圆筒形壁面的前部相接，且配置成沿着所述圆筒形壁面的切线方向向所述火焰筒内喷射燃料，并使得所述燃料沿预设方向在所述火焰筒内从前往后地螺旋式推进；

至少一个初级空气喷嘴，每个所述初级空气喷嘴均与所述圆筒形壁面的前部相接，且配置成沿着所述圆筒形壁面的切线方向向所述火焰筒内喷射空气，并使得所述空气沿所述预设方向在所述火焰筒内从前往后地螺旋式推进；

其中，所述初级燃料喷嘴喷射的所述燃料与所述初级空气喷嘴喷射的所述空气在所述火焰筒内形成旋流，并在点燃后形成切向旋流火焰；

所述初级燃料喷嘴和所述初级空气喷嘴的数量均为多个，多个所述初级燃料喷嘴和多个所述初级空气喷嘴沿着所述圆筒形壁面的周向方向交替间隔布置；

次级喷嘴，其设置在所述火焰筒的前端，并沿着所述火焰筒的轴向方向布置，用于沿着所述轴向方向向所述火焰筒内喷射所述燃料和所述空气；

其中，由所述次级喷嘴喷射的所述燃料和所述空气在所述火焰筒内形成轴向气流，并在点燃后形成轴向火焰。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述切向旋流火焰位于所述轴向火焰的火焰面处，以向所述轴向火焰提供热源和自由基。

3.根据权利要求2所述的燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述切向旋流火焰为三层火焰结构，所述三层火焰结构从内向外依次包括：

燃烧产物层，其由燃烧形成的反应产物组成；

火焰层；和

反应物层，其由未燃气体组成，所述反应物层围绕所述火焰筒的内壁形成一层气体薄膜，以阻断所述切向旋流火焰与所述内壁的接触。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的燃气轮机燃烧室，其特征在于，还包括：

燃料通道，其分别与所述初级燃料喷嘴和所述次级喷嘴相连通；

空气通道，其分别与所述初级空气喷嘴和所述次级喷嘴相连通；和

流量调节机构，用于调节所述初级燃料喷嘴和所述次级喷嘴喷射所述燃料的流量。

5.一种燃气轮机燃烧室的使用方法，其特征在于，所述燃气轮机燃烧室为权利要求1-4中任一项所述的燃烧室，所述使用方法包括启动和运行燃气轮机的操作，所述启动和运行燃气轮机的操作包括如下步骤：

分别通过初级燃料喷嘴和初级空气喷嘴向火焰筒内喷射燃料和空气，以使得由所述初级燃料喷嘴喷射的燃料和由所述初级空气喷嘴喷射的空气在火焰筒内进行混合，其中，所述燃料为中低热值燃料；

点燃由所述燃料和所述空气形成的混合气，以在所述火焰筒内形成切向旋流火焰，以启动燃气轮机；

通过次级喷嘴向所述火焰筒内喷射剩余的燃料和空气，使所述燃料处于燃烧状态；

调节所述初级燃料喷嘴和所述次级喷嘴的燃料流量，并提高所述燃气轮机的转速直至将所述燃气轮机加速到部分负载或满载状态，以运行所述燃气轮机。

6.根据权利要求5所述的燃气轮机燃烧室的使用方法，其特征在于，还包括燃气轮机停机的操作，所述燃气轮机停机的操作包括如下步骤：

逐渐减少由所述次级喷嘴喷出的燃料流量，以降低所述燃气轮机的负载和转速；

逐渐减少由所述初级燃料喷嘴喷出的燃料流量，并逐渐降低所述燃气轮机的转速，直至所述燃气轮机熄火停机。

7.根据权利要求6所述的燃气轮机燃烧室的使用方法，其特征在于，逐渐减少由所述初级燃料喷嘴喷出的燃料流量之前还包括如下步骤：

待所述燃气轮机的负载和转速降低至一预设程度时，关闭所述次级喷嘴。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的燃气轮机燃烧室的使用方法，其特征在于，还包括燃气轮机低负荷工况运行下稳定燃烧的操作，所述燃气轮机低负荷工况运行下稳定燃烧的方法包括如下步骤：

减少由所述次级喷嘴喷出的燃料流量，并使燃气轮机处于预混燃烧模式；

增加由所述初级燃料喷嘴喷出的燃料流量，并利用切向旋流火焰为轴向火焰提供热源和自由基，以减少所述轴向火焰的热量损失，从而稳定燃烧。