一種燃氣輪機燃燒室的製作方法

2023-05-26 06:46:26

專利名稱：一種燃氣輪機燃燒室的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種燃氣輪機的燃燒室，特別是實現低NOX和CO的幹排放，在低貧工況下應可提供一個穩定火源的燃燒室。
背景技術：
燃氣輪機燃燒室內包括多個沿圓周分布的分燃燒室。每個分燃燒室的頭部中間有一個燃料空氣預混器，和在周圍布置有多個燃料空氣預混器。
預混器包含有燃料噴嘴、渦旋葉片、燃料噴口，空氣經過渦旋葉片獲得渦旋力，以一定的軸向和周向速度從預混器流出，在下遊形成迴流區，燃料空氣混合氣在迴流區裡進行連續燃燒。預混器為雙燃料預混器，在渦旋葉片的流道前或流道中或下遊，氣體或液體燃料從噴嘴口噴入。
由若干個分燃燒室組成的燃氣輪機燃燒室，利用貧油燃燒和燃料空氣預混技術，降低燃燒產物中的NOX和CO含量。
由於貧油燃燒的穩定性相對於恰當化學當量比時要低，加上採用預混技術後，燃料在與空氣預混的過程中同時蒸發，可燃混氣中的燃料或以單相狀態或基本接近單相狀態進入燃燒區，對在不同油氣比下的穩定燃燒有一定影響，當燃氣輪機運行狀態在較大範圍內(這是用戶所要求的)變化時，燃燒室內的燃料空氣比也在很大範圍內變化，這有可能引起某些狀態下出現過貧燃燒而影響了燃燒穩定性和完全度，或有些狀態貧度不夠使排放的NOX增加，因而使燃機不能在較寬的運行範圍內都保持高效和穩定的燃燒和低NOX排放。

發明內容
本發明的目的，是要提供一種燃氣輪機燃燒室，該燃燒室由多個分燃燒室組成，在每個分燃燒室裡，通過多個雙燃料的燃料空氣預混器，使無論是氣體或液體燃料均能與空氣完成充分的預混合。在分燃燒室的中心位置上設置一路佔總供燃料量一小部分的燃料噴嘴，該噴嘴供出的燃料不與空氣預混，因而能在燃燒室內形成一個局部接近恰當化學當量比的區域。同時將已預混燃料空氣混合氣分區分段地完成燃燒，這樣就實現了燃氣輪機在很寬的運行範圍內都能保持供入分燃燒室內的燃料都能在一定的貧油範圍內完成燃燒，從而保證燃氣輪機不但在額定工作狀態，而且在較寬的非額定狀態的運行狀態下，都能保持高的燃燒穩定性及燃燒效率和低的汙染排放。
為了實現上述目的，本發明所採用的技術方案是一種由多個分燃燒室組成的燃氣輪機燃燒室，在每個分燃燒室的頭部中間位置設置一個燃燒噴咀及與它相匹配的燃料空氣預混器，空氣經預期混器的渦旋葉片獲得渦旋力，以一定的軸向和周向速度流到分燃燒室的燃燒區，在空氣進入預混器的渦旋葉片之前或在渦流葉片之間或在渦流葉片的出口處，燃料以垂直於氣流的方向從噴嘴射入空氣中，與空氣預混後進入燃燒區。
一種由多個分燃燒室組成的燃氣輪機燃燒室。在每個分燃燒室頭部的中間，設置一個燃料噴嘴，在它的中心噴出一路燃料，它佔分燃燒室燃料耗量的一小部分，且不與空氣預混，這些燃料在分燃燒室的燃燒區內形成一個局部的接近恰當化學當量比的燃燒區，該局部燃燒區在各工作狀態下成為一個穩定的「火源」。
在每個燃燒室頭部中間位置設置的燃料空氣預混器的周圍設置多個燃料空氣預混器，空氣經預混器的渦旋葉片獲得渦旋力，燃料經預混器與空氣混合後噴入燃燒區。
在燃燒室頭部設置氣膜壁將燃料空氣預混器及其下遊的燃燒區分隔開，當燃機在小狀態工作時，燃料耗量較小，為了使燃燒區裡的貧油燃燒控制在設定的油氣比範圍內，以獲得穩定的燃燒和低汙染排放，只向某幾個燃料空氣預混器內供燃料，燃燒也只在它們下遊的燃燒區內進行。燃料空氣預混器下遊形成的迴流區保持燃燒的連續進行。
為了保證燃料被完全燃燒，提高燃燒效率，在迴流區的下遊設置了若干火焰穩定裝置，在此裝置後形成若干個迴流區，使未燃盡的燃料繼續完成燃燒。
由於燃燒是分區分段完成的，在每個區、段內完成了部分燃料的燃燒，所以在每個區段內燃料釋放的熱量比集中一次迅速完成(不分區段)燃燒的相對較低，也就是燃燒區的溫度也相對較低，因此有利於保證在燃燒完全的前提下獲得較低的汙染排放。


圖1是本發明燃氣輪機燃燒室示意圖；圖2是圖1中分燃燒室頭部結構示意圖；圖3是圖1中燃料空氣預混器示意圖；圖4是圖1中分燃燒室結構示意圖。
圖中1渦輪轉子，2燃燒室，3分燃燒室，4燃燒室外壁，5燃料空氣預混器，6分燃燒室外壁，7燃料噴嘴，8渦旋葉片，9氣膜壁，10穩定裝置，11中心燃料噴嘴，12～16分區段燃燒的各燃燒區。
具體實施例方式
燃氣輪機燃燒室它包含有多個沿圓周分布的分燃燒室(3)，每個分燃燒室頭部中間的燃料空氣預混器(5)，在其周圍有多個燃料空氣預混器，多個燃料空氣預混器及其後形成的迴流區，用氣膜壁結構(9)隔離成若干區，燃氣輪機在各種狀態下工作時，根據燃料消耗和設定的燃燒區的油氣比範圍，確定向某幾個燃料空氣預混器供入燃料，並在其後的迴流區進行貧油和穩定的燃燒過程。伴隨著燃氣輪機工作狀態的改變，燃料供入部分或全部燃料空氣預混器並在其後的迴流區內進行燃燒過程。為了實現低汙染排放，必須控制燃燒區溫度在一定範圍內，為此，在要求渦輪前溫度較高的情況下，對預混後的可燃氣體採用分段完成燃燒過程的方法，本發明在分燃燒室的整個燃燒區內，除設置了燃料空氣預混器及其後的迴流區，並用氣膜壁將其分隔開外，還在其下遊設置了若干穩定裝置(10)在穩定裝置後又形成若干迴流區，各迴流區的渦流強度決定著燃燒過程的進行，最終通過控制燃燒區的油氣比和溫度範圍，完成燃燒過程，並實現於低汙染排放，在置於中間位置的燃料空氣預混器的中心，設置了一個燃料噴口(11)，從噴口(11)噴出的燃料佔燃燒室燃料總耗量的一小部分，它不與空氣預混，直接噴入燃料空氣預混器下遊形成的迴流區內進行燃燒，形成一個穩定的火源。
權利要求
1.一種燃氣輪機的燃燒室，它包含有多個分燃燒室，在分燃燒室頭部中間設置一個燃料空氣混合器，在該燃料空氣混合器的周圍設置了多個燃料空氣混合器，其特徵是用氣膜壁結構將燃料空氣混合器及它們在下遊形成的迴流區分隔開，形成多個燃燒區域。
2.根據權利要求1所述的燃燒室，其特徵在於在這些燃燒區域的下遊，設置多個火焰穩定裝置，在這些火焰穩定裝置的下遊又形成多個迴流區，成為燃料繼續完成燃燒過程的穩定的燃燒區。
3.根據權利要求1所述的燃燒室，其特徵在於在中間的燃料空氣混合器的中心，設置了一個中心燃料噴嘴，從該燃料噴口噴出的燃料只佔分燃燒室全部燃料供給量的5～10％，這小部分燃料不與空氣預混合，直接進入燃料空氣混合器下遊的燃燒區，以接近恰當化學當量比即餘氣係數α接近1的狀態下，在燃燒區裡形成一個穩定的火源，以保證燃燒區內預混氣體在低貧狀態下穩定燃燒。
全文摘要
一種用於燃氣輪機上的燃燒室，它是針對現有燃燒室在寬的工作範圍內，在非額定狀態下，NOx排放量增高和在過貧燃燒時出現燃燒狀況不穩定、不充分的弊病，而公開一種在燃燒室內的每個燃燒室中分別設有燃料噴嘴，與其配套的燃料空氣預混器，噴嘴中設有一條噴油管路，在各燃料空氣預混器之間至下遊燃燒區設有氣膜壁，並在其後又設置了若干火焰穩定裝置，此舉相比現有技術在燃氣輪機較寬的工作狀態下具有燃燒穩定、效率高、NO
文檔編號F23R3/00GK1514169SQ0313374
公開日2004年7月21日 申請日期2003年7月16日 優先權日2003年7月16日
發明者徐義坤, 崔榮繁, 陳克傑, 衛寶華, 張國華, 楊茂林, 趙光武 申請人:瀋陽黎明航空發動機(集團)有限責任公司, 瀋陽黎明航空發動機(集團)有限責任