[发明专利]一种燃气轮机燃烧室及其使用方法

权利要求书

1.一种燃气轮机燃烧室，其特征在于，包括：

火焰筒，其具有圆筒形壁面；

至少一个初级燃料喷嘴，每个所述初级燃料喷嘴均与所述圆筒形壁面的前部相接，且配置成沿着所述圆筒形壁面的切线方向向所述火焰筒内喷射燃料，并使得所述燃料沿预设方向在所述火焰筒内从前往后地螺旋式推进；

至少一个初级空气喷嘴，每个所述初级空气喷嘴均与所述圆筒形壁面的前部相接，且配置成沿着所述圆筒形壁面的切线方向向所述火焰筒内喷射空气，并使得所述空气沿所述预设方向在所述火焰筒内从前往后地螺旋式推进；

其中，所述初级燃料喷嘴喷射的所述燃料与所述初级空气喷嘴喷射的所述空气在所述火焰筒内形成旋流，并在点燃后形成切向旋流火焰；

所述初级燃料喷嘴和所述初级空气喷嘴的数量均为多个，多个所述初级燃料喷嘴和多个所述初级空气喷嘴沿着所述圆筒形壁面的周向方向交替间隔布置；

次级喷嘴，其设置在所述火焰筒的前端，并沿着所述火焰筒的轴向方向布置，用于沿着所述轴向方向向所述火焰筒内喷射所述燃料和所述空气；

其中，由所述次级喷嘴喷射的所述燃料和所述空气在所述火焰筒内形成轴向气流，并在点燃后形成轴向火焰。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述切向旋流火焰位于所述轴向火焰的火焰面处，以向所述轴向火焰提供热源和自由基。

3.根据权利要求2所述的燃气轮机燃烧室，其特征在于，所述切向旋流火焰为三层火焰结构，所述三层火焰结构从内向外依次包括：

燃烧产物层，其由燃烧形成的反应产物组成；

火焰层；和

反应物层，其由未燃气体组成，所述反应物层围绕所述火焰筒的内壁形成一层气体薄膜，以阻断所述切向旋流火焰与所述内壁的接触。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的燃气轮机燃烧室，其特征在于，还包括：

燃料通道，其分别与所述初级燃料喷嘴和所述次级喷嘴相连通；

空气通道，其分别与所述初级空气喷嘴和所述次级喷嘴相连通；和

流量调节机构，用于调节所述初级燃料喷嘴和所述次级喷嘴喷射所述燃料的流量。

5.一种燃气轮机燃烧室的使用方法，其特征在于，所述燃气轮机燃烧室为权利要求1-4中任一项所述的燃烧室，所述使用方法包括启动和运行燃气轮机的操作，所述启动和运行燃气轮机的操作包括如下步骤：

分别通过初级燃料喷嘴和初级空气喷嘴向火焰筒内喷射燃料和空气，以使得由所述初级燃料喷嘴喷射的燃料和由所述初级空气喷嘴喷射的空气在火焰筒内进行混合，其中，所述燃料为中低热值燃料；

点燃由所述燃料和所述空气形成的混合气，以在所述火焰筒内形成切向旋流火焰，以启动燃气轮机；

通过次级喷嘴向所述火焰筒内喷射剩余的燃料和空气，使所述燃料处于燃烧状态；

调节所述初级燃料喷嘴和所述次级喷嘴的燃料流量，并提高所述燃气轮机的转速直至将所述燃气轮机加速到部分负载或满载状态，以运行所述燃气轮机。

6.根据权利要求5所述的燃气轮机燃烧室的使用方法，其特征在于，还包括燃气轮机停机的操作，所述燃气轮机停机的操作包括如下步骤：

逐渐减少由所述次级喷嘴喷出的燃料流量，以降低所述燃气轮机的负载和转速；

逐渐减少由所述初级燃料喷嘴喷出的燃料流量，并逐渐降低所述燃气轮机的转速，直至所述燃气轮机熄火停机。

7.根据权利要求6所述的燃气轮机燃烧室的使用方法，其特征在于，逐渐减少由所述初级燃料喷嘴喷出的燃料流量之前还包括如下步骤：

待所述燃气轮机的负载和转速降低至一预设程度时，关闭所述次级喷嘴。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的燃气轮机燃烧室的使用方法，其特征在于，还包括燃气轮机低负荷工况运行下稳定燃烧的操作，所述燃气轮机低负荷工况运行下稳定燃烧的方法包括如下步骤：

减少由所述次级喷嘴喷出的燃料流量，并使燃气轮机处于预混燃烧模式；

增加由所述初级燃料喷嘴喷出的燃料流量，并利用切向旋流火焰为轴向火焰提供热源和自由基，以减少所述轴向火焰的热量损失，从而稳定燃烧。