[发明专利]一种燃气轮机的氢气喷射系统及稳焰方法

说明书

一种燃气轮机的氢气喷射系统，包括氢气储气罐，氢气储气罐连接氢气喷射器，向燃烧室内按设定流量直接喷射氢气，本发明氢气喷射器有两个，分别为喷口位于燃烧室侧壁下部位置的第一氢气喷射器和喷口位于燃烧室底部的第二氢气喷射器，本发明还提供了利用该系统的稳焰方法，将空气和燃料分别计量后混合送入燃烧室，之后将氢气计量，按设定流量从底部或者侧面直接喷射入燃烧室，点火燃烧，本发明以天然气和氢气为燃料，直接喷射的氢气占燃料总量的1％‑5％。本发明能够通过少量氢气喷射，在稳焰的同时，进一步拓展燃烧的稀燃极限，提高燃料点火性能、燃烧效率，降低燃烧过程中回火、自点火、热声振荡出现的风险以及限制氮氧化物等污染物的排放。

技术领域

本发明属于能源与动力技术领域，特别涉及一种燃气轮机的氢气喷射系统及稳焰方法。

背景技术

燃气轮机是最先进的热功转换装置，典型的发电重型燃气轮机以天然气为燃料，采用贫燃预混燃烧方式，具有较低的NOx排放。氢是优良的能源载体，绿色氢能(指可再生能源制备的氢能)可以有效消纳波动性的风能、光能、水能。将波动的可再生能源转化为氢气，再通过燃烧与燃料电池等方式转化为稳定的电、冷、热等输出，是可行的能源低碳和分布式综合利用方案。氢气相比于传统碳氢燃料具有点火能量小，火焰传播速度快，可燃界限范围宽，热效率高，只生成少量的NOx，无HC、CO和温室气体CO2且可再生等特点。将氢气和天然气混合后作为燃料，可以发挥两种燃料的优势，弥补不足，满足日益严格的排放性和经济性要求。相关研究表明，氢气掺混可以拓展燃烧的稀燃极限，有效的拓宽燃机的工作包线；同时，掺氢可以有效的提高燃料的点火性能，这对于极限工况下的燃机性能也十分有利；燃料中氢气比例的增加可以使火焰结构更加紧凑，进而燃烧过程会更加稳定；掺氢后碳氧化物排放的明显降低。

但由于氢气活跃的化学性质，富氢燃料的燃烧过程极易发生回火与自点火的现象；富氢燃料虽然在稀燃条件下具有较高的稳定性，但是掺氢比需要达到一定量才会有显著效果，掺氢燃料的燃烧过程中容易受到热声不稳定性的影响从而产生振荡；同时由于氢气具有较高的火焰温度，提高燃料掺氢比会非线性的增加NO_x排放。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种燃气轮机的氢气喷射系统及稳焰方法，通过少量氢气喷射，能够在稳焰的同时，进一步拓展燃烧的稀燃极限，提高燃料点火性能、燃烧效率，降低燃烧过程中回火、自点火、热声振荡出现的风险以及碳氧化物等污染物的排放。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种燃气轮机的氢气喷射系统，包括氢气储气罐9，所述氢气储气罐9通过带有气体质量流量计的管路连接氢气喷射器，向燃烧室23内按设定流量直接喷射氢气。

所述燃烧室23连接天然气储气罐10，以天然气和氢气为燃料，以体积百分比计，向燃烧室23内直接喷射的氢气占燃料总量的1％-5％。

所述天然气储气罐10的出口通过依次带有第二减压阀12、第一球阀13、第一气体质量流量计14、第六球阀33、防回火器32的管路连接第三三通接头31的接口一，第三三通接头31的接口二连接空气供应系统，接口三连接第二三通接头29的接口一，第二三通接头29的接口二和接口三均连接燃气喷嘴27。

所述空气供应系统包括压气机1，压气机1的出口通过依次带有前置稳压罐2、前置过滤器3、冷冻干燥机4、精密过滤器5、超精密过滤器6、后置稳压罐7、第七球阀34、第四气体质量流量计36和第八球阀35的管路与第三三通接头31的接口二连接。

所述燃气喷嘴27设置于燃烧室23的底部，且第二氢气喷射器28的喷口与燃气喷嘴27的喷口靠近。