CN110657450B - 一种燃气轮机的燃烧室及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃气轮机的燃烧室及其工作方法，包括燃烧室外壁和燃烧室内壁，所述燃烧室外壁和所述燃烧室内壁之间设有空隙形成燃烧室空气通道；所述燃烧室内壁顶部设有燃烧器，所述燃烧室内壁的侧壁设有第二风口，所述燃烧室内壁上还设置有用于控制第二风口开度的风口挡板。本发明可以在总风量保持不变的情况下，利用移动风口挡板，改变第二风口的面积，相应的增大或者减少二次风量，从而适应环境温度变化对空气密度的影响。即在冬季环境温度低，空气密度大时，增加二次风量；而在夏季环境高，空气密度小时，减少二次风量，从而提高了燃气轮机燃烧稳定性。

Description

一种燃气轮机的燃烧室及其工作方法

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，具体涉及一种燃气轮机的燃烧室及其工作方法。

背景技术

电站的燃气轮机系统在冬季环境温度较低时，燃烧室内火焰燃烧不稳定，主要表现为燃烧室内路蜂鸣监视系统检测出压力波动大于80mbar的持续时间大于0.4s的报警信号频繁出现。而且环境温度与蜂鸣信号具有一致的相关性，环境温度越高，蜂鸣消失；环境温度越低，蜂鸣越频繁。频繁的蜂鸣报警，不仅能导致过燃料切换回燃油工况或跳机事件，也有可能造成燃烧室隔热瓦裂纹等事故。

通过理论计算分析得知，影响燃机燃烧室燃烧稳定性运行的主要原因有两点，一方面为冬季环境温度降低导致空气的密度提高，在压气机的进口导叶角度不变的情况下，燃烧室进口空气质量流量增加；另一方面为冬季环境温度降低，也导致了燃烧室进口空气温度降低。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种燃气轮机的燃烧室及其工作方法，通过调节燃烧室一次风、二次风的相对比例以适应环境温度的变化，从而提高了燃气轮机燃烧室燃烧稳定性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种燃气轮机的燃烧室，包括燃烧室外壁和燃烧室内壁，所述燃烧室外壁和所述燃烧室内壁之间设有空隙形成燃烧室空气通道；所述燃烧室顶部设有燃烧器，所述燃烧室内壁的侧壁设有第二风口，所述燃烧室内壁上还设置有用于控制第二风口开度的风口挡板。

进一步的，所述燃烧室内壁上还设置有限位挡板，所述限位挡板设置在所述第二风口下方，所述限位挡板用于实现对风口挡板进行限位。

进一步的，所述风口挡板套设在燃烧室内壁上，所述风口挡板可沿燃烧室内壁轴向移动，所述风口挡板通过在燃烧室内壁上的轴向移动实现遮盖或远离所述第二风口。

进一步的，所述第二风口设置有多个，多个第二风口在燃烧室内壁的同一高度上均匀分布。

进一步的，所述燃烧室空气通道的末端连接压气机出口，多个燃烧器环形阵列在燃烧室的顶部，燃烧室的底部连接透平入口。

进一步的，所述风口挡板为环状结构，且该环状结构的宽度能够完全覆盖燃烧室内壁的侧壁设置的第二风口。

进一步的，所述风口挡板与燃烧室内壁之间为间隙配合。

本发明还提供一种燃气轮机的燃烧室的工作方法，当需要减少第二次风量时，通过移动所述风口挡板，减少所述第二风口的开度，当需要增加第二次风量时，通过移动所述风口挡板远离所述第二风口，增加所述第二风口的开度。

进一步的，所述所述风口挡板移动的距离L与环境温度T呈线性关系如下：

L＝a(T_max-T)

式中：a为相关系数，其数值大小可由实验确定，T_max为最高环境温度，T_max为最高环境温度。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

本发明提供了一种燃气轮机的燃烧室，通过燃烧室内壁上设置的风口挡板和第二风口，实现燃气轮机燃烧室的二次风量和一次风量的，使用本发明的燃气轮机的燃烧室，可以在总风量保持不变的情况下，在夏季环境温度高，空气密度小时，需要减少二次风量，通过移动风口挡板，减少第二风口的开度来减少二次风量，在冬季环境温度低，空气密度大时，需要增加二次风量，通过移动风口挡板，增加第二风口的开度来增加二次风量，从而适应环境温度变化对空气密度的影响，使燃烧室充分燃烧，提高了燃气轮机燃烧室燃烧稳定性。

本发明通过限位挡板限制风口挡板的移动距离，可以使风口挡板移动距离缩短，更加高效的增加或减小第二风口的开度。

本发明的风口挡板移动的距离与环境温度具有函数关系，可以根据环境温度的变化对风口挡板移动的距离进行精确的选择，使燃气轮机燃烧室燃烧更加充分。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

附图中：燃烧室外壁1、燃烧室内壁3、燃烧器4、风口挡板5、挡板限位6、压气机出口7、透平入口8、燃料9。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1所示的一种提高燃烧稳定性的燃气轮机的燃烧室，燃烧室呈圆桶形，主要包括燃烧室外壁1和燃烧室内壁3，所述燃烧室外壁1和所述燃烧室内壁3之间设有空隙形成燃烧室空气通道；所述燃烧室顶部设有燃烧器4，所述燃烧室内壁3的同一高度上均匀分布多个第二风口2，所述燃烧室内壁3的套设有风口挡板5；所述风口挡板5通过在燃烧室内壁3上的轴向移动实现遮盖或远离所述第二风口2；所述燃烧室空气通道的末端连接压气机出口7，燃烧室的底部连接透平入口8，所述燃烧室内壁3上还设置有限位挡板6，所述限位挡板6设置在所述第二风口2下方，所述限位挡板6用于实现对风口挡板5进行限位。。

经燃气轮机压气机压缩后的空气，由压气机出口7直接进入燃烧室外壁1与燃烧室内壁3之间空气通道中，由燃烧器4上设有进气孔，与燃料9进入燃烧室内进行燃烧，其中进入燃烧器4的称为一次风，进入第二风口2的称为二次风，辅助进一步燃烧，燃烧产生的高温烟气进入透平入口8。

一般燃气轮机在额定负荷工作时，压气机进口导叶全开，压气机的进口空气体积流量保持不变。但当环境温度改变时，空气的密度也会随着环境温度的改变而改变，夏季30℃空气的密度约为1.1466kg/m³，冬季环境温度比夏季环境温度低约30℃～40℃，则空气密度相对增加0.1651kg/m³～0.1279kg/m³，即空气密度在冬季时比夏季大约10％。

冬季环境温度较低，压气机进口虽然空气的体积流量不变，但是由于密度较高，所以质量流量较大；这也是造成燃烧室不稳定燃烧的主要原因；本发明可通过风口挡板5的移动，增加第二风口2的大小，从而增加二次风量，使燃烧室可以充分燃烧。

夏季温度较高时，通过风口挡板5的移动，减少第二风口2的大小，从而减少二次风量。

风口挡板5移动的高度与环境温度呈一定的函数关系，可由伺服电机控制，根据环境温度实现对风口挡板的高度的自动调节。移动的距离L与环境温度T的函数关系如下式，其中a为相关系数,其数值大小可由实验确定，T_max为最高环境温度。

L＝a(T_max-T)

本发明中未做详细描述的内容均为现有技术。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种燃气轮机的燃烧室，其特征在于，包括燃烧室外壁（1）和燃烧室内壁（3），所述燃烧室外壁（1）和所述燃烧室内壁（3）之间设有空隙形成燃烧室空气通道；所述燃烧室顶部设有燃烧器（4），所述燃烧室内壁（3）的侧壁设有第二风口（2），所述燃烧室内壁（3）上还设置有用于控制第二风口（2）开度的风口挡板（5）；

所述燃烧室内壁（3）上还设置有限位挡板（6），所述限位挡板（6）设置在所述第二风口（2）下方，所述限位挡板（6）用于实现对风口挡板（5）进行限位；

所述风口挡板（5）套设在燃烧室内壁（3）上，所述风口挡板（5）可沿燃烧室内壁（3）轴向移动，所述风口挡板（5）通过在燃烧室内壁（3）上的轴向移动实现遮盖或远离所述第二风口（2）；

所述风口挡板（5）移动的距离L与环境温度T呈线性关系如下：

式中：a为相关系数，T_max为最高环境温度。

2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机的燃烧室，其特征在于，所述第二风口（2）设置有多个，多个第二风口（2）在燃烧室内壁（3）的同一高度上均匀分布。

3.根据权利要求1所述的一种燃气轮机的燃烧室，其特征在于，所述燃烧室空气通道的末端连接压气机出口（7），多个燃烧器（4）环形阵列在燃烧室的顶部， 燃烧室的底部连接透平入口（8）。

4.根据权利要求1所述的一种燃气轮机的燃烧室，其特征在于，所述风口挡板（5）为环状结构，且该环状结构的宽度能够完全覆盖燃烧室内壁（3）的侧壁设置的第二风口（2）。

5.根据权利要求1所述的一种燃气轮机的燃烧室，其特征在于，所述风口挡板（5）与燃烧室内壁（3）之间为间隙配合。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种燃气轮机的燃烧室的工作方法，其特征在于，当环境温度升高时，需要减少第二次风量，通过移动所述风口挡板（5），减小所述第二风口（2）的开度，当环境温度降低时，需要增加第二次风量，通过移动所述风口挡板（5），增加所述第二风口（2）的开度。