CN109489069A - 一种燃气轮机多种气体燃料混烧燃烧器结构及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种燃气轮机多种气体燃料混烧燃烧器结构及使用方法，包括混烧燃烧器本体，所述混烧燃烧器本体的出口布置在燃烧室的进口处；混烧燃烧器本体包括点火电极、外侧空气管路、主路气体燃料管路、内侧空气管路、副路气体燃料管路、中心气体管路和中心气体燃料管路，其中，外侧空气管路、主路气体燃料管路、内侧空气管路、副路气体燃料管路、中心气体管路和中心气体燃料管路由外向内依次布置；点火电极布置在中心气体燃料管路的出口处；本发明提出的在中心气体燃料管路中通入天然气、在中心气体管路通入空气或污氮气，除了形成值班火焰，稳定燃烧之外，还可以降低中心气体燃料管路出口部位的温度，保护烧嘴，使得机组安全稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及整体煤气化联合循环发电系统低热值燃气轮机技术领域，特别涉及一种燃气轮机多种气体燃料混烧燃烧器结构及使用方法。
背景技术
整体煤气化联合循环(Integrated gasification combined cycle，IGCC)是一种将煤炭等固体燃料在气化炉中气化，将产生的合成气用于燃气-蒸汽联合循环的发电技术。合成气的主要燃烧成分是CO和H2，热值较低，为天然气的五分之一。为了适应合成气燃烧，通常，燃用合成气的燃气轮机燃烧器设计的气体燃料管路分为主路和副路，燃烧器的中心为点火燃油管路。副路气体燃料管路的出口有旋流片，进入副路的燃料经旋流片进入燃烧室燃烧。
实际运行时，副路长时间通入气体燃料，会使得燃油管路出口发生烧蚀现象，威胁机组安全稳定运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃气轮机多种气体燃料混烧燃烧器结构及使用方法，解决了现有的燃烧器副路长时间通入气体燃料，导致燃油管路出口发生烧蚀的现象。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的一种燃气轮机多种气体燃料混烧燃烧器结构，包括混烧燃烧器本体，所述混烧燃烧器本体的出口布置在燃烧室的进口处；
混烧燃烧器本体包括点火电极、外侧空气管路、主路气体燃料管路、内侧空气管路、副路气体燃料管路、中心气体管路和中心气体燃料管路，其中，外侧空气管路、主路气体燃料管路、内侧空气管路、副路气体燃料管路、中心气体管路和中心气体燃料管路由外向内依次布置；
点火电极布置在中心气体燃料管路的出口处。
优选地，外侧空气管路、主路气体燃料管路、内侧空气管路、副路气体燃料管路、中心气体管路和中心气体燃料管路呈同心结构布置。
优选地，外侧空气管路内安装有空气管路导流片式旋流器。
优选地，主路气体燃料管路内部安装有燃气管路导流片式旋流器。
优选地，内侧空气管路的出口处安装有导流片式旋流器。
优选地，所述导流片式旋流器的导流片与水平面呈15°～25°夹角。
优选地，副路气体燃料管路的出口处包覆在内侧空气管路的内腔内，内侧空气管路出口处置于中心气体燃料管路口处的下方。
优选地，副路气体燃料管路的顶端壁面上开设有小孔，所述小孔与内侧空气管路的顶部相连，形成混合腔。
一种燃气轮机多种气体燃料混烧燃烧器结构的使用方法，基于一种燃气轮机多种气体燃料混烧燃烧器结构，包括以下步骤：
在机组启动时，首先向副路气体燃料管路内注入少量天然气，经点火电极点燃；
其次，向中心气体管路通入适量的空气便于提供氧气，引燃中心气体燃料管路注入的天然气；
然后，逐渐增大所述副路气体燃料管路注入的天然气，直至机组负荷达到65％；
接着，向主路气体燃料管路开始注入合成气，在逐步增大合成气流量的同时，减小副路气体燃料管路的天然气流量，完成燃料切换。
优选地，在机组启动至燃料切换完成期间，中心气体燃料管路中通入的天然气流量保持在0.01kg/s。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明提供的一种燃气轮机多种气体燃料混烧燃烧器结构,用中心气体燃料管路和中心气体管路替代了原燃烧器的中心燃油管路,中心气体燃料管路可通入天然气，流量为0～0.01kg/s，用于燃气轮机启动点火，并在机组运行时，形成值班火焰，稳定燃烧。中心气体管路可通入空气，在机组启动时提供氧气。在机组运行时，中心气体管路可通入IGCC电厂空分系统产生的富余污氮气，可以提高IGCC系统整体效率并降低NOx排放。这在副路气体燃料管路投入使用时，由于空气旋流器的作用，会在中心气体燃料管路下方形成向上的流场，使得燃烧产生的高温气体回流至中心气体燃料管路出口处，造成该部位烧蚀，而本发明提出的在中心气体燃料管路中通入天然气、在中心气体管路通入空气或污氮气，除了形成值班火焰，稳定燃烧之外，还可以降低中心气体燃料管路出口部位的温度，保护烧嘴，使得机组安全稳定运行。
附图说明
图1是本发明混烧燃烧器结构示意图；
其中，11、中心气体燃料管路 12、中心气体管路 13、副路气体燃料管路 14、内侧空气管路 15、主路气体燃料管路 16、外侧空气管路 21、导流片式旋流器 22、燃气管路导流片式旋流器 23、空气管路导流片式旋流器 31、点火电极 41、顶端壁面 42、小孔 51、混合腔。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的一种燃气轮机多种气体燃料混烧燃烧器结构，包括混烧燃烧器本体，所述混烧燃烧器本体布置在燃烧室的进口处。
混烧燃烧器本体包括点火电极31、外侧空气管路16、主路气体燃料管路15、内侧空气管路14、副路气体燃料管路13、中心气体管路12和中心气体燃料管路11，其中，中心气体燃料管路11的外围依次为中心气体管路12、副路气体燃料管路13、内侧空气管路14、主路气体燃料管路15和外侧空气管路16，且中心气体燃料管路11和中心气体管路12、副路气体燃料管路13、内侧空气管路14、主路气体燃料管路15和外侧空气管路16同心布置。
中心气体燃料管路11和中心气体管路12、副路气体燃料管路13、内侧空气管路14、主路气体燃料管路15和外侧空气管路16的出口处均置于燃烧室的进口处。
内侧空气管路14、主路气体燃料管路15和外侧空气管路16的出口均为逐渐缩窄结构。
点火电极31置于中心气体燃料管路11的出口处。
所述外侧空气管路16内安装有空气管路导流片式旋流器23；
所述主路气体燃料管路15内部安装有燃气管路导流片式旋流器22；
所述内侧空气管路14出口处安装有导流片式旋流器21，所述导流片式旋流器21使得内侧空气管路14的出口处形成旋流气体；所述导流片式旋流器21的导流片与水平面呈15°～25°夹角。
所述内侧空气管路14出口处置于中心气体燃料管路11的出口处下方。
所述副路气体燃料管路13的出口处包覆在内侧空气管路14的内腔内，且其顶端壁面41上开设有小孔42，所述小孔42与内侧空气管路14相连，形成混合腔51；该设计是为了在投入副路燃料气体时，能够精确调节燃料进入量，并防止空气进入副路气体燃料13。
从副路气体燃料管路13进入的气体燃料经小孔42与内侧空气管路14的空气在混合腔51混合，经导流片式旋流器21进入燃烧室，形成的旋流混合气体能够充分燃烧。
所述中心气体管路12用于通入空气或者IGCC电厂空分系统产生的富余污氮气。
根据不同机组负荷情况，使用主路气体燃料管路和副路气体燃料管路，具体地：
所述副路气体燃料管路13用于通入天然气与合成气，其中，在通入合成气时，能够能承担机组0％～25％负荷的气体燃料流量；通入天然气时，能够承担0％～70％负荷的气体燃料流量；
主路气体燃料管路15能够能承担机组0％～100％负荷的合成气燃料流量；在主路气体燃料管路无法维持稳定的气体燃料燃烧时，打开副路气体燃料管路13，与主路气体燃料管路14共同控制气体燃料流量，从而稳定燃料燃烧。
所述副路气体燃料管路13也是注入点火气的管路，点火气为天然气；在机组启动时，注入少量天然气经所述点火电极31点燃，由所述中心气体管路12通入适量空气提供氧气，引燃所述中心气体燃料管路11注入的天然气，然后逐渐增大所述副路气体燃料管路13注入的天然气，提高机组负荷到65％，此时主路气体燃料管路15开始注入合成气，逐步增大合成气流量的同时，减小副路气体燃料管路13的天然气流量，完成燃料切换。
所述中心燃料管路11始终保持0.01kg/s的天然气流量，起到冷却作用，降低所述中心气体燃料管路11出口处的温度，防止烧蚀，并形成值班火焰，稳定机组燃烧。
完成燃料切换后，所述中心气体管路12通入IGCC电厂空分系统的污氮气，以提升电厂整体效率。
本实施例中，所述中心气体燃料管路11出口的直径为3～10mm，最优为7mm。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种燃气轮机多种气体燃料混烧燃烧器结构，其特征在于，包括混烧燃烧器本体，所述混烧燃烧器本体的出口布置在燃烧室的进口处；
混烧燃烧器本体包括点火电极(31)、外侧空气管路(16)、主路气体燃料管路(15)、内侧空气管路(14)、副路气体燃料管路(13)、中心气体管路(12)和中心气体燃料管路(11)，其中，外侧空气管路(16)、主路气体燃料管路(15)、内侧空气管路(14)、副路气体燃料管路(13)、中心气体管路(12)和中心气体燃料管路(11)由外向内依次布置，且呈同心结构布置；
点火电极(31)布置在中心气体燃料管路(11)的出口处。
2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机多种气体燃料混烧燃烧器结构，其特征在于，外侧空气管路(16)内安装有空气管路导流片式旋流器(23)。
3.根据权利要求1所述的一种燃气轮机多种气体燃料混烧燃烧器结构，其特征在于，主路气体燃料管路(15)内部安装有燃气管路导流片式旋流器(22)。
4.根据权利要求1所述的一种燃气轮机多种气体燃料混烧燃烧器结构，其特征在于，内侧空气管路(14)的出口处安装有导流片式旋流器(21)。
5.根据权利要求4所述的一种燃气轮机多种气体燃料混烧燃烧器结构，其特征在于，所述导流片式旋流器(21)的导流片与水平面呈15°～25°夹角。
6.根据权利要求1所述的一种燃气轮机多种气体燃料混烧燃烧器结构，其特征在于，副路气体燃料管路(13)的出口处包覆在内侧空气管路(14)的内腔内，内侧空气管路(14)出口处置于中心气体燃料管路(11)出口处的下方。
7.根据权利要求6所述的一种燃气轮机多种气体燃料混烧燃烧器结构，其特征在于，副路气体燃料管路(13)的顶端壁面(41)上开设有小孔(42)，所述小孔(42)与内侧空气管路(14)的顶部相连，形成混合腔(51)。
8.一种燃气轮机多种气体燃料混烧燃烧器结构的使用方法，其特征在于，基于权利要求1所述的一种燃气轮机多种气体燃料混烧燃烧器结构，包括以下步骤：
在机组启动时，首先向副路气体燃料管路(13)内注入少量天然气，经点火电极(31)点燃；
其次，向中心气体管路(12)通入适量的空气便于提供氧气，引燃中心气体燃料管路(11)注入的天然气；
然后，逐渐增大所述副路气体燃料管路(13)注入的天然气，直至机组负荷达到65％；
接着，向主路气体燃料管路(15)开始注入合成气，在逐步增大合成气流量的同时，减小副路气体燃料管路(13)的天然气流量，完成燃料切换。
9.根据权利要求8所述的一种燃气轮机多种气体燃料混烧燃烧器结构的使用方法，其特征在于，在机组启动至燃料切换完成期间，中心气体燃料管路(11)中通入的天然气流量保持在0.01kg/s。
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