CN1514169A - 一种燃气轮机燃烧室 - Google Patents

Abstract

一种用于燃气轮机上的燃烧室，它是针对现有燃烧室在宽的工作范围内，在非额定状态下，NOx排放量增高和在过贫燃烧时出现燃烧状况不稳定、不充分的弊病，而公开一种在燃烧室内的每个燃烧室中分别设有燃料喷嘴，与其配套的燃料空气预混器，喷嘴中设有一条喷油管路，在各燃料空气预混器之间至下游燃烧区设有气膜壁，并在其后又设置了若干火焰稳定装置，此举相比现有技术在燃气轮机较宽的工作状态下具有燃烧稳定、效率高、NO_x、CO排放量低的优点。

Description

一种燃气轮机燃烧室

所属技术领域

本发明涉及一种燃气轮机的燃烧室，特别是实现低NO_X和CO的干排放，在低贫工况下应可提供一个稳定火源的燃烧室。

背景技术

燃气轮机燃烧室内包括多个沿圆周分布的分燃烧室。每个分燃烧室的头部中间有一个燃料空气预混器，和在周围布置有多个燃料空气预混器。

预混器包含有燃料喷嘴、涡旋叶片、燃料喷口，空气经过涡旋叶片获得涡旋力，以一定的轴向和周向速度从预混器流出，在下游形成迴流区，燃料空气混合气在迴流区里进行连续燃烧。预混器为双燃料预混器，在涡旋叶片的流道前或流道中或下游，气体或液体燃料从喷嘴口喷入。

由若干个分燃烧室组成的燃气轮机燃烧室，利用贫油燃烧和燃料空气预混技术，降低燃烧产物中的NO_X和CO含量。

由于贫油燃烧的稳定性相对于恰当化学当量比时要低，加上采用预混技术后，燃料在与空气预混的过程中同时蒸发，可燃混气中的燃料或以单相状态或基本接近单相状态进入燃烧区，对在不同油气比下的稳定燃烧有一定影响，当燃气轮机运行状态在较大范围内(这是用户所要求的)变化时，燃烧室内的燃料空气比也在很大范围内变化，这有可能引起某些状态下出现过贫燃烧而影响了燃烧稳定性和完全度，或有些状态贫度不够使排放的NO_X增加，因而使燃机不能在较宽的运行范围内都保持高效和稳定的燃烧和低NO_X排放。

发明内容

本发明的目的，是要提供一种燃气轮机燃烧室，该燃烧室由多个分燃烧室组成，在每个分燃烧室里，通过多个双燃料的燃料空气预混器，使无论是气体或液体燃料均能与空气完成充分的预混合。在分燃烧室的中心位置上设置一路占总供燃料量一小部分的燃料喷嘴，该喷嘴供出的燃料不与空气预混，因而能在燃烧室内形成一个局部接近恰当化学当量比的区域。同时将已预混燃料空气混合气分区分段地完成燃烧，这样就实现了燃气轮机在很宽的运行范围内都能保持供入分燃烧室内的燃料都能在一定的贫油范围内完成燃烧，从而保证燃气轮机不但在额定工作状态，而且在较宽的非额定状态的运行状态下，都能保持高的燃烧稳定性及燃烧效率和低的污染排放。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种由多个分燃烧室组成的燃气轮机燃烧室，在每个分燃烧室的头部中间位置设置一个燃烧喷咀及与它相匹配的燃料空气预混器，空气经预期混器的涡旋叶片获得涡旋力，以一定的轴向和周向速度流到分燃烧室的燃烧区，在空气进入预混器的涡旋叶片之前或在涡流叶片之间或在涡流叶片的出口处，燃料以垂直于气流的方向从喷嘴射入空气中，与空气预混后进入燃烧区。

一种由多个分燃烧室组成的燃气轮机燃烧室。在每个分燃烧室头部的中间，设置一个燃料喷嘴，在它的中心喷出一路燃料，它占分燃烧室燃料耗量的一小部分，且不与空气预混，这些燃料在分燃烧室的燃烧区内形成一个局部的接近恰当化学当量比的燃烧区，该局部燃烧区在各工作状态下成为一个稳定的“火源”。

在每个燃烧室头部中间位置设置的燃料空气预混器的周围设置多个燃料空气预混器，空气经预混器的涡旋叶片获得涡旋力，燃料经预混器与空气混合后喷入燃烧区。

在燃烧室头部设置气膜壁将燃料空气预混器及其下游的燃烧区分隔开，当燃机在小状态工作时，燃料耗量较小，为了使燃烧区里的贫油燃烧控制在设定的油气比范围内，以获得稳定的燃烧和低污染排放，只向某几个燃料空气预混器内供燃料，燃烧也只在它们下游的燃烧区内进行。燃料空气预混器下游形成的迴流区保持燃烧的连续进行。

为了保证燃料被完全燃烧，提高燃烧效率，在迴流区的下游设置了若干火焰稳定装置，在此装置后形成若干个迴流区，使未燃尽的燃料继续完成燃烧。

由于燃烧是分区分段完成的，在每个区、段内完成了部分燃料的燃烧，所以在每个区段内燃料释放的热量比集中一次迅速完成(不分区段)燃烧的相对较低，也就是燃烧区的温度也相对较低，因此有利于保证在燃烧完全的前提下获得较低的污染排放。

附图说明

图1是本发明燃气轮机燃烧室示意图；

图2是图1中分燃烧室头部结构示意图；

图3是图1中燃料空气预混器示意图；

图4是图1中分燃烧室结构示意图。

图中：1涡轮转子，2燃烧室，3分燃烧室，4燃烧室外壁，5燃料空气预混器，6分燃烧室外壁，7燃料喷嘴，8涡旋叶片，9气膜壁，10稳定装置，11中心燃料喷嘴，12～16分区段燃烧的各燃烧区。

具体实施方式

燃气轮机燃烧室它包含有多个沿圆周分布的分燃烧室(3)，每个分燃烧室头部中间的燃料空气预混器(5)，在其周围有多个燃料空气预混器，多个燃料空气预混器及其后形成的迴流区，用气膜壁结构(9)隔离成若干区，燃气轮机在各种状态下工作时，根据燃料消耗和设定的燃烧区的油气比范围，确定向某几个燃料空气预混器供入燃料，并在其后的迴流区进行贫油和稳定的燃烧过程。伴随着燃气轮机工作状态的改变，燃料供入部分或全部燃料空气预混器并在其后的迴流区内进行燃烧过程。为了实现低污染排放，必须控制燃烧区温度在一定范围内，为此，在要求涡轮前温度较高的情况下，对预混后的可燃气体采用分段完成燃烧过程的方法，本发明在分燃烧室的整个燃烧区内，除设置了燃料空气预混器及其后的迴流区，并用气膜壁将其分隔开外，还在其下游设置了若干稳定装置(10)在稳定装置后又形成若干迴流区，各迴流区的涡流强度决定着燃烧过程的进行，最终通过控制燃烧区的油气比和温度范围，完成燃烧过程，并实现于低污染排放，在置于中间位置的燃料空气预混器的中心，设置了一个燃料喷口(11)，从喷口(11)喷出的燃料占燃烧室燃料总耗量的一小部分，它不与空气预混，直接喷入燃料空气预混器下游形成的迴流区内进行燃烧，形成一个稳定的火源。

Claims (3)

1、一种燃气轮机的燃烧室，它包含有多个分燃烧室，在分燃烧室头部中间设置一个燃料空气混合器，在该燃料空气混合器的周围设置了多个燃料空气混合器，其特征是用气膜壁结构将燃料空气混合器及它们在下游形成的迴流区分隔开，形成多个燃烧区域。

2、根据权利要求1所述的燃烧室，其特征在于在这些燃烧区域的下游，设置多个火焰稳定装置，在这些火焰稳定装置的下游又形成多个迴流区，成为燃料继续完成燃烧过程的稳定的燃烧区。

3、根据权利要求1所述的燃烧室，其特征在于在中间的燃料空气混合器的中心，设置了一个中心燃料喷嘴，从该燃料喷口喷出的燃料只占分燃烧室全部燃料供给量的5～10％，这小部分燃料不与空气预混合，直接进入燃料空气混合器下游的燃烧区，以接近恰当化学当量比即余气系数α接近1的状态下，在燃烧区里形成一个稳定的火源，以保证燃烧区内预混气体在低贫状态下稳定燃烧。

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