[发明专利]一种燃气轮机燃烧室及其使用方法

说明书

本发明提供了一种燃气轮机燃烧室及其使用方法。该燃气轮机燃烧室包括：火焰筒，具有圆筒形壁面；至少一个初级燃料喷嘴，每个初级燃料喷嘴均与圆筒形壁面前部相接，且配置成沿圆筒形壁面的切线方向向火焰筒内喷射燃料，并使燃料沿预设方向在火焰筒内从前往后地螺旋式推进；至少一个初级空气喷嘴，每个初级空气喷嘴均与圆筒形壁面前部相接，且配置成沿圆筒形壁面的切线方向向火焰筒内喷射空气，并使空气沿预设方向在火焰筒内从前往后地螺旋式推进；其中，初级燃料喷嘴喷射的燃料与初级空气喷嘴喷射的空气在火焰筒内形成旋流，在点燃后形成切向旋流火焰。切向旋流火焰可提高点火性能和火焰的稳定性。

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，特别是涉及一种燃气轮机燃烧室及其使用方法。

背景技术

燃气轮机是一种清洁、高效的动力与发电设备。一般地，燃气轮机通过燃烧燃料和空气的混合物来产生热能，形成高温气流，驱动涡轮旋转，从而带动发电机发电。目前，燃气轮机的两个重要发展趋势是拓宽可调比(即提高低负荷运行性能)和扩大燃料适应范围。

一方面，由于可再生能源的迅速发展，需要使用火电进行调峰，这就要求燃气轮机频繁变负荷运行，尤其是在部分负荷与低负荷工况下运行。在低负荷工况运行时，燃气轮机燃烧室火焰温度低，接近贫燃熄火边界，容易发生熄火和燃烧振荡。为了解决这一问题，现有技术中通常是使用值班火焰来稳定燃烧。但是，值班火焰一般是非预混燃烧，NO_x排放较高。

另一方面，虽然燃气轮机以天然气为主要燃料，但是由于天然气的缺乏，燃气轮机亟需扩大燃料适应范围，以利用丰富的非传统燃料资源，如煤气化合成气、生物质气化合成气、高炉煤气、焦炉煤气等。相对于天然气，这些非传统燃料资源的热值与组分变化大，对燃气轮机燃烧室的适应能力提出了很高的要求。其中，高炉煤气热值较低，导致点火困难，并且运行时易熄火。因此，为了解决这一问题，实际运行中，以高炉煤气为燃料的燃气轮机往往需要使用柴油、天然气或焦炉煤气等热值较高的燃料点火，待运行至部分负载时再切换到高炉煤气，并且，需要在运行时向高炉煤气中掺混一部分焦炉煤气来稳定燃烧，或者使用焦炉气值班火焰来稳定燃烧。这种方式，不仅导致燃气轮机启动系统复杂，还消耗了大量的高品位燃料。

因此，需要发展一种新型燃烧室以提高燃气轮机低负载运行性能，扩大其燃料适应范围，并能够使用非传统燃料点火启动燃气轮机。具体而言，需要解决的以下问题：1)低负载运行时燃烧室易熄火；2)低热值燃料点火困难；3)低热值燃料燃烧时易熄火；4)传统的值班火焰用于稳定燃烧时NO_x排放高。

发明内容

本发明的一个目的是要提高燃气轮机低负载运行性能。

本发明的一个进一步的目的是要扩大燃气轮机燃料适应范围。

本发明提供了一种燃气轮机燃烧室，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。

可选地，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。

可选地，所述燃气轮机燃烧室还包括：