[发明专利]一种燃气轮机轴向分级单管燃烧室

说明书

本发明涉及一种燃气轮机轴向分级单管燃烧室，采用单环腔结构，将燃烧室沿轴向分为值班级和主燃级，提高了燃烧室燃烧的稳定性和安全性，值班级单个预混模，主燃级采用多个预混模，有效的控制了值班燃烧区和主燃烧区的油气比，提高了油气的混合程度，降低了燃烧室不同工况下的污染排放水平，而且预混模采用合理的结构设计防止自燃、回火等问题的产生。

技术领域

本发明属于地面燃气轮机燃烧室领域，涉及一种燃气轮机轴向分级单管燃烧室，是一种采用多点喷射贫油预混预蒸发的轴向分级单管低污染燃烧室。

背景技术

近年来，由于燃气轮机单机功率大、参与联合循环的燃气轮机组使整个系统达到更高的热效率，因此燃气轮机在电力、石化、冶金等领域的应用越来越广泛。燃气轮机在工作中要产生大量的污染物，环境问题的日益严重使得对燃气轮机污染排放的要求越来越严格，对于天然气燃料来说，NOx排放小于25ppm，CO排放小于50ppm，对于柴油燃料来说，NOx排放小于65ppm，CO排放小于100ppm，低污染燃烧技术成为先进地面燃气轮机的发展趋势，但燃气轮机总体性能的提升对主燃绕室设计提出了更高的要求。

目前地面燃气轮机，常用的燃烧污染物控制技术主要包括向燃烧室喷水/喷蒸汽的“湿”低排放技术、“干”低NOx DLN排放技术、催化燃烧等。“湿”低排放技术由于喷水、喷蒸汽进一步降低NOx排放的方法会对燃机循环性能、部件寿命等产生影响，同时一氧化碳、未燃碳氢化合物的排放量也开始增加。目前应用较多、发展最为成熟的是“干”式低NOx燃烧技术，这是根据热力NOx的生成机理，通过将主燃烧区的火焰温度控制在1670-1900K之间来实现降低NOx的排放，采用预混预蒸发方式，燃料在进入燃烧区之前与空气混合形成均匀的油气混合物，通过调节油气比来达到控制燃烧温度，进而控制NOx的排放水平。RR公司的RB211工业燃气轮机采用的DLN燃烧室，包含9个径向安装的逆流单管燃烧室，每个火焰筒有一个2级燃烧室组件，在两极间的供油和供气是独立的，分级的目的是在部分负荷下维持高油气比和降低排放量；RR公司的Trent干低排放燃烧室包含串联的贫油预混燃油喷射系统，在不同的工况下不改变空气分配比，而是调节从一个区到另一个区的燃料分配，从而维持一个相对恒定的燃烧温度，以降低污染排放水平；GE公司的LM6000燃气轮机采用环形DLN燃烧室，通过燃料分级和超贫油火焰温度来降低污染排放，其中环包括30个预混燃烧器，在整个发动机工作范围内工作，内环和外环各有15个和30个预混燃烧器，实现可调，保证燃烧室在狭窄的温度范围内工作；PW公司发展的低排放燃烧室主要采用径向分级、分段燃烧、燃料预混和预燃来降低污染排放水平，比如E3发动机燃烧室、Vorbix燃烧室、FT8-2燃气轮机燃烧室等。

国内针对地面燃气轮机燃烧室也进行了相关的研究，南京航空航天大学的专利201610054669.8发明了一种地面燃机单管燃烧室，以天然气为燃料，带有旋转方向相反的双级斜切径向旋流器，加强空气和天然气的混合；西北工业大学的专利201610016396.8涉及一种地面燃机燃烧室结构及其分级燃烧组织方式，值班级燃烧区单独在前部采用末端带有收敛段的小火焰筒，后部主燃区采用带有火焰稳定器的大火焰筒，值班级形成稳定的点火源，主燃级预混合提高燃烧效率。

通过国内外研究现状可以看出，地面燃气轮机燃烧室既要保证稳定工作，又要保证在整个工作范围内有很低的污染排放水平。燃烧室的稳定工作包括拓宽贫油熄火边界、避免自燃、回火、燃烧不稳定性的产生；燃烧室低污染排放水平通过避免燃烧区以化学恰当比燃烧、消除局部高温区、控制燃烧区当量比、减小燃气在高温区的停留时间等方法来降低整个工作范围的污染排放。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种燃气轮机轴向分级单管燃烧室，提高了油气的混合程度，降低了燃烧室不同工况下的污染排放水平，而且预混模采用合理的结构设计防止自燃、回火等问题的产生。

技术方案