CN111006241B - 一种燃用低热值气体燃料的等离子点火与助燃燃烧室 - Google Patents

一种燃用低热值气体燃料的等离子点火与助燃燃烧室 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种燃用低热值气体燃料的等离子点火与助燃燃烧室，机闸设置在燃烧腔外，机闸头部设置有燃气管接口、尾部设置有与燃烧腔连接的空气挡板，燃烧腔内的前部设置有旋流器固定支架，旋流器安装在旋流器固定支架上，燃气管的一端作为燃气管进口设置在燃气管接口上、另一端作为燃气管出口与旋流器的中心管路连接，等离子发生器从燃气管进口伸入且其头部固定在旋流器的中心管路出口，所述燃烧腔外表面设置有冷却孔，旋流器的中心管路上设置有掺混喷口和射流喷口，射流喷口位于中心管路的前端。本发明利用等离子发生器进行点火与助燃，通过等离子所产生的活性粒子使燃气轮机燃烧室更可靠的点火与稳定的燃烧。

Description

一种燃用低热值气体燃料的等离子点火与助燃燃烧室
技术领域
本发明涉及一种燃用低热值气体燃料的等离子点火与助燃燃烧室，具体地说是一种利用等离子进行点火和助燃方式，使燃气轮机燃烧室稳定、可靠的燃用低热值燃料。
背景技术
低热值气体燃料是指1Nm3燃气完全燃烧所放出的热量小于6.28MJ，高炉煤气即是低热值气体燃料的一种，高炉煤气是高炉炼铁生产中产生的伴生气，它的主要成分是CO、CO2、N2和H2等，CO约占22％～26％。CO2约占16％～19％。H2约占1％～4％，N2约占58％～60％，其中可燃气体成分含量极少导致燃烧时点火困难与燃烧不稳定，传统的燃用高热值气体燃料的燃气轮机燃烧室无法直接燃用低热值气体燃料，使用的火花塞点火器无法直接点燃低热值气体燃料。
传统的燃气轮机常用的解决以上问题的方法有三种：(1)燃烧高炉煤气等低热值燃料时，同时加入高热值燃料例如甲烷，以达到稳定燃烧的目的；(2)同时使用高炉煤气和燃油两种燃料，在低负荷时可随时切换燃油，以确保燃烧稳定；(3)通过提高燃烧区的温度以大幅降低CO的排放量。
然而这些方法存在一些问题：首先是在稳定点火和稳定燃烧时就需要耗费大量的高热值燃料例如焦炉煤气、天然气等，这样就达不到节能的要求；其次兼烧燃油和使燃烧区温度提高的方法都会使燃烧室排放的尾气中NOX的含量超过环保标准的要求，产生冒黑烟的现象，这样就达不到减排的要求。同时，这些措施不仅增加了燃气轮机系统的复杂性，也大幅增加了使用方在基础设施建设方面的投入。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种燃用低热值气体燃料的等离子点火与助燃燃烧室,该燃烧室利用等离子发生器进行点火与助燃，通过等离子所产生的活性粒子使燃气轮机燃烧室更可靠的点火与稳定的燃烧。
本发明的目的是这样实现的：包括燃气管、等离子发生器、旋流器、燃烧腔、机匣，机闸设置在燃烧腔外，机闸头部设置有燃气管接口、尾部设置有与燃烧腔连接的空气挡板，燃烧腔内的前部设置有旋流器固定支架，旋流器安装在旋流器固定支架上，燃气管的一端作为燃气管进口设置在燃气管接口上、另一端作为燃气管出口与旋流器的中心管路连接，等离子发生器从燃气管进口伸入且其头部固定在旋流器的中心管路出口，所述燃烧腔外表面设置有冷却孔，旋流器的中心管路上设置有掺混喷口和射流喷口，射流喷口位于中心管路的前端。
本发明还包括这样一些结构特征：
1.所述燃烧腔的前端还设置有空气导流器。
2.旋流器有两级，分别构成一级管路和二级管路。
3.工作过程是：空气分两部分从机匣的前部进入到燃烧腔，一部分进入到机匣与燃烧腔之间的间隙，并通过燃烧腔的冷却孔进入到燃烧腔，一部分通过旋流器的一级管路与二级管路进入燃烧腔，低热值气体燃料通过燃气管进口进入到旋流器的中心管路，低热值气体燃料可通过旋流器中心管路的射流喷孔直接进入燃烧腔或者通过等离子发生器的通气孔进入到燃烧腔，低热值气体燃料也可通过旋流器中心管路的掺混喷孔进入到旋流器一级管路，与空气进行掺混，形成混合气后进入到燃烧腔。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明涉及到的一种燃用低热值气体燃料的等离子点火与助燃燃烧室通过等离子发生器产生的活性粒子使低热值气体燃料的点火条件降低，从而使燃气轮机稳定可靠的点燃低热值燃料；燃气轮机稳定运行时，所述的等离子发生器产生的活性粒子则对低热值燃料的燃烧进行助燃，提高燃气轮机燃用低热值气体燃料的火焰稳定性。
本发明涉及到的一种燃用低热值气体燃料的等离子点火与助燃燃烧室对燃气轮机改动极小，可以在极短的时间内完成对燃气轮机的改造，避免了复杂耗时的改造过程，大大简化升级设备所需要的时间与基础建设，并且有效的提高了燃气轮机燃用低热值气体燃料的工作可靠性，具有较强的实用价值。
本发明可以可靠的点燃并稳定的燃用气体燃料小于6.28MJ的低热值气体燃料。
等离子发生器固定在旋流器中心管路的出口，燃气轮机燃烧室通过等离子发生器产生的活性粒子使低热值气体燃料的点火条件降低，从而使燃气轮机稳定可靠的点燃低热值燃料；燃气轮机稳定运行时，所述的等离子发生器产生的活性粒子则对低热值燃料的燃烧进行助燃，提高燃气轮机燃用低热值气体燃料的火焰稳定性。
旋流器中心管路的射流喷孔与旋流器中心管路的掺混喷孔结构可以使低热值气体燃料与空气掺混完全，从而稳定燃烧。
燃烧腔的冷却孔结构使空气进入到燃烧腔，从而冷却燃烧腔壁面温度，防止燃烧腔壁面温度过高而损坏，提高燃气轮机燃烧室的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的等离子燃烧室示意图；
图2为本发明的燃气管示意图；
图3为本发明的等离子发生器示意图；
图4为本发明的旋流器示意图；
图5为本发明的燃烧腔示意图；
图6为本发明的机匣示意图；
图7为本发明涉及到的低热值气体燃料燃烧室点火与助燃过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明是一种燃用低热值气体燃料的等离子点火与助燃燃烧室，包括燃气管、等离子发生器、旋流器、燃烧腔、机匣五部分。
所述的燃气管，一端燃气管出口与旋流器的中心管路直接连接，一端燃气管进口固定在机匣外，低热值气体燃料可通过燃气管进口进入到旋流器中心管路，再通过旋流器中心管路的射流喷孔直接进入燃烧腔进行燃烧，而且低热值气体燃料可以通过旋流器中心管路的掺混喷孔，进入到旋流器一级管路与空气进行掺混，使燃烧更充分。
所述的等离子发生器，从燃气管进口伸入，等离子发生器头部固定在旋流器中心管路出口；燃气轮机冷态启动时，所述的等离子发生器则直接进行低热值燃料的点火；燃气轮机稳定运行时，所述的等离子发生器则对低热值燃料的燃烧进行助燃。
所述的旋流器，固定在燃烧腔的前部，空气通过旋流器一级管路与二级管路进入燃烧腔，低热值燃料旋流器中心管路的掺混喷孔并与空气掺混进入到燃烧腔进行燃烧，所述的旋流器可以使低热值气体燃料与空气充分混合，使燃烧更充分与稳定。
所述的燃烧腔，可以使空气通过燃烧腔的冷却孔进入到燃烧腔，冷却燃烧腔壁面温度，防止燃烧腔壁面温度过高而损坏。
所述的机匣，其头部含有燃气管接口，尾部含有空气挡板直接与燃烧腔连接，使机匣与燃烧腔之间形成冷却空气空间，阻挡空气直接排放到外界，使冷却空气通过燃烧腔的冷却孔进入到燃烧腔，冷却燃烧腔壁面温度，防止燃烧腔壁面温度过高而损坏。
如图1-6所示，一种燃用低热值气体燃料的等离子点火与助燃燃烧室，包括燃气管1、等离子发生器2、旋流器3、燃烧腔4、机匣5五部分。所述的燃气管1，一端为燃气管进口21固定在机匣的燃气管接口61，一端燃气管出口22与旋流器的中心管路41直接连接；所述的等离子发生器2，包含中心电极32，凳子发生器通气孔31，从燃气管进口21伸入，等离子发生器头部33固定在旋流器中心管路41的出口处；所述的旋流器3，固定在燃烧腔的前部，空气可以通过旋流器3的一级管路44与二级管路45进入燃烧腔4，低热值气体燃料可以通过旋流器中心管路的射流喷孔42直接进入燃烧腔4，也可以通过旋流器中心管路的掺混喷孔43并进入到旋流器一级管路44。所述的燃烧腔4，前部含有空气导流器51，中部通过旋流器固定支架52与旋流器直接连接，尾部含有4圈燃烧腔的冷却孔53，可以使空气进入到燃烧腔，冷却燃烧腔壁面54的温度。所述的机匣5，其头部含有燃气管接口61，尾部含有空气挡板62直接与燃烧腔4连接。
如图7所示，为本发明涉及到的低热值气体燃料燃烧室点火与助燃过程示意图。空气71从机匣5的前部进入到燃烧腔，一部分进入到机匣5与燃烧腔4之间的间隙，并通过燃烧腔的冷却孔53进入到燃烧腔，冷却燃烧腔壁面温度，防止燃烧腔壁面温度过高而损坏，一部分通过旋流器3的一级管路44与二级管路45进入燃烧腔4，低热值气体燃料72通过燃气管进口21进入到旋流器的中心管路41，可以通过旋流器中心管路的射流喷孔42直接进入燃烧腔4，或者通过等离子发生器的通气孔31进入到燃烧腔4，也可以通过旋流器中心管路的掺混喷孔43并进入到旋流器一级管路44，与空气进行掺混，形成混合气73进入到燃烧腔4，形成回流区74，这使燃烧更加充分与稳定。燃气轮机冷态启动时，所述的等离子发生器产生等离子高温火核75则直接进行低热值燃料的点火；等离子发生器产生的活性粒子76进入到回流区74使低热值气体燃料72的点火条件降低，从而使燃气轮机稳定可靠的点燃低热值气体燃料72；燃气轮机稳定运行时，所述的等离子发生器产生的活性粒子76进入到回流区74则对低热值气体燃料的燃烧进行助燃，提高燃气轮机燃用低热值气体燃料72的火焰稳定性。
本发明的目的在于提供一种燃用低热值气体燃料的等离子点火与助燃燃烧室，利用等离子进行点火和助燃方式，使燃气轮机燃烧室稳定、可靠的燃用低热值燃料。传统的燃用高热值气体燃料的燃气轮机燃烧室无法直接燃用低热值气体燃料，使用的火花塞点火器无法直接点燃低热值气体燃料。本发明涉及到的一种燃用低热值气体燃料的等离子点火与助燃燃烧室可以通过等离子发生器产生的活性粒子使低热值气体燃料的点火条件降低，从而使燃气轮机稳定可靠的点燃低热值燃料；燃气轮机稳定运行时，所述的等离子发生器产生的活性粒子则对低热值燃料的燃烧进行助燃，提高燃气轮机燃用低热值气体燃料的火焰稳定性。同时本发明对燃气轮机改动极小，可以在极短的时间内完成对燃气轮机的改造，避免了复杂耗时的改造过程，大大简化升级设备所需要的时间与基础建设，并且有效的提高了燃气轮机燃用低热值气体燃料的工作可靠性，具有较强的实用价值。

Claims (1)

1.一种燃用低热值气体燃料的等离子点火与助燃燃烧室，其特征在于：包括燃气管、等离子发生器、旋流器、燃烧腔、机匣，机闸设置在燃烧腔外，机闸头部设置有燃气管接口、尾部设置有与燃烧腔连接的空气挡板，燃烧腔内的前部设置有旋流器固定支架，旋流器安装在旋流器固定支架上，燃气管的一端作为燃气管进口设置在燃气管接口上、另一端作为燃气管出口与旋流器的中心管路连接，等离子发生器从燃气管进口伸入且其头部固定在旋流器的中心管路出口，所述燃烧腔外表面设置有冷却孔，旋流器的中心管路上设置有掺混喷口和射流喷口，射流喷口位于中心管路的前端，旋流器有两级，分别构成一级管路和二级管路，工作过程是：空气分两部分从机匣的前部进入到燃烧腔，一部分进入到机匣与燃烧腔之间的间隙，并通过燃烧腔的冷却孔进入到燃烧腔，一部分通过旋流器的一级管路与二级管路进入燃烧腔，低热值气体燃料通过燃气管进口进入到旋流器的中心管路，低热值气体燃料可通过旋流器中心管路的射流喷孔直接进入燃烧腔或者通过等离子发生器的通气孔进入到燃烧腔，低热值气体燃料也可通过旋流器中心管路的掺混喷孔进入到旋流器一级管路，与空气进行掺混，形成混合气后进入到燃烧腔；所述燃烧腔的前端还设置有空气导流器；
燃气轮机冷态启动时，所述的等离子发生器产生等离子高温火核则直接进行低热值燃料的点火；等离子发生器产生的活性粒子进入到回流区使低热值气体燃料的点火条件降低，从而使燃气轮机稳定可靠的点燃低热值气体燃料；燃气轮机稳定运行时，所述的等离子发生器产生的活性粒子进入到回流区则对低热值气体燃料的燃烧进行助燃，提高燃气轮机燃用低热值气体燃料的火焰稳定性。
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