燃气轮机合成气稀释扩散燃烧多喷嘴制造技术

本发明专利技术一种低污染物排放、低噪声的适用于合成气的多喷嘴稀释扩散燃烧系统。采用一个液体燃料喷雾燃烧喷嘴、五个旋向相同的合成气喷嘴的布置方式，可以进行稀释扩散燃烧。燃料旋流器和空气旋流器分别采用切向孔的形式和叶片式径向旋流器，两者之间的旋向相反。叶片选用背面开槽和开切向孔式的两种特殊结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃气轮机燃烧室
，特别是以合成气为燃料的燃 气轮机燃烧室领域。
技术介绍
随着我国经济的快速发展，能源和环境压力日益紧迫。石油和天然 气储量的相对有限和煤炭资源的相对充足决定了我国以煤为主的能源结 构，但煤在传统的发电利用过程中容易产生大量的污染物，是我国环境污染的主要来源。其中IGCC为煤的清洁利用开辟新的途径，为清洁高 效的发电系统。IGCC首先将煤气化为合成气，合成气净化以后通入燃气 轮机燃烧室燃烧后，推动透平做功发电。但是传统燃气轮机燃烧室主要 分为贫预混燃烧和扩散燃烧两种方式，但是现在的两种方式都不适合合 成气燃烧。由于合成气的特点(含氢气、 一氧化碳多)，因此如果采用贫 预混燃烧方式会产生燃烧不稳定、回火和热声振荡等问题；而且燃烧中 低热值合成气，绝热火焰温度高，若采用扩散燃烧会产生大量的NOx， 而且氢气含量高会导致燃烧噪声大。因此有必要开发适合于燃烧合成气 的，低污染物排放，低噪声的燃气轮机燃烧系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种燃气轮机合成气稀释扩散燃烧多喷嘴， 用于适合合成气特点的低NOy排放、低噪声的多喷嘴扩散燃烧系统。由 于采用了扩散燃烧技术，因此不存在贫预混燃烧中的燃烧不稳定、回火 和热声振荡等问题。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是 一种燃气轮机合成 气稀释扩散燃烧多喷嘴，适用于低污染物排放、低噪声的合成气燃烧系 统；其采用多喷嘴结构；采用燃料稀释或空气稀释的扩散燃烧方式；采用径向叶片式空气旋流器，切向孔式燃料旋流器。所述的合成气稀释扩散燃烧多喷嘴，在液体燃料喷雾喷嘴的周向上 为多数个合成气喷嘴，各个合成气喷嘴的旋向相同，从而形成适合合成 气燃烧的回流区。所述的合成气稀释扩散燃烧多喷嘴，其所述空气旋流器和燃料旋流 器的旋向相反。所述的合成气稀释扩散燃烧多喷嘴，其采用稀释剂稀释燃料或空气，或同时稀释燃料和空气，来达到低NOx排放。所述的合成气稀释扩散燃烧多喷嘴，其所述稀释剂为水蒸汽、氮气 或二氧化碳。所述的合成气稀释扩散燃烧多喷嘴，其适用于燃烧不同组分、不同 热值的合成气。所述的合成气稀释扩散燃烧多喷嘴，其所述空气旋流器采用开槽式 或开切向孔式两种特殊加工的叶片结构形式，以改善燃烧室温度场分布。所述的合成气稀释扩散燃烧多喷嘴，其所述多数个合成气喷嘴的布 置方式是中间为一个液体燃料喷雾燃烧喷嘴。所述的合成气稀释扩散燃烧多喷嘴，其所述的液体燃料喷雾燃烧喷 嘴的燃料，为液体燃料甲醇或柴油。所述的合成气稀释扩散燃烧多喷嘴，其所述多数个合成气喷嘴，为 五个。本专利技术的效果是，实现一套多喷嘴系统，使得合成气燃烧稳定、高 效的同时，达到低污染物排放、低噪声的目标。附图说明图1是本专利技术的喷嘴布置示意图2是单个合成气喷嘴的结构示意图3是开槽式叶片的结构示意图，其中图3a是正视图；图3b是 后视图；图3c是左视图4是开切向孔式叶片的结构示意图，其中图4a是正视图；图4b 是后视图；图4c是左视图。 具体实施例方式为了解决燃烧室噪声问题，本专利技术釆用多燃料喷嘴燃烧系统，其优 点是除了能显著降低燃烧室的噪音以外，还可以降低燃烧室的磨损、减 少运行费用。根据喷嘴的布置，选取多喷嘴形式为中间一个液体燃料喷 雾燃烧喷嘴，周向五个合成气喷嘴。这样的喷嘴布置方式既可以最大程 度的利用火焰筒端盖的面积，也可以最大限度地避免各喷嘴火焰之间的 相互干涉。鉴于贫预混燃烧室用于燃烧含氢气多的合成气存在很大的困难，本专利技术采用扩散燃烧方式。由于合成气的绝热火焰温度高，造成了 NO,排放高。本专利技术采用稀释燃烧的方式用来降低燃烧过程中的NO,排放。其手 段是向燃料或空气中注入氮气、二氧化碳或水蒸汽+。对于多喷嘴燃烧系 统，稀释燃烧可以显著地降低NOx排放，而且并不明显增加燃烧室噪声 水平。合成气稀释后变成了低热值合成气，会存在燃烧稳定性问题，所以 本专利技术采用了以下手段来增大回流区，强化掺混，以达到稳定、高效地 燃烧稀释合成气的目的。空气旋流器采用叶片式径向旋流器，燃料旋流器采用切向孔式旋流 器。径向旋流器较适合于逆流式燃烧室中，可以在较小压损情况下实现 高旋流数。燃料和空气旋流方向相反，可以产生比同向旋流更大的回流 区，其主要原因是由于内外旋流边界上强烈的剪切导致了内圈旋流的扩 散和耗散，从而导致了更强的逆向压力梯度，因此回流增强。这样可以 在较小旋流数下实现更好的惨混和大的回流区。各个喷嘴旋向相同，这 是由于相邻两个喷嘴的切向速度相反，可以增加回流区尺寸，有利于火 焰的稳定及燃烧完全。喷嘴出口添加扩张型延伸段，这样可以产生使轴 向和切向速度峰值之间径向隔开距离加大，并使反向质量流量加大的综 合影响。径向空气旋流器的叶片采用叶片背面开槽或开切向孔的两种结构方 式。这样的叶片结构通过产生小尺度湍流结构，增加旋流叶片出口处的湍流强度，可以使得燃料和空气快速均匀混合，有利于燃烧更加完全和降低局部火焰温度，因此有利于降低CO、 NOx的排放，改善火焰筒出口的温度场分布。下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。在图1所示的喷嘴布置示意图中，在端盖1的中心位置处布置一个液体燃料喷雾燃烧喷嘴11，在其周围均匀分布五个合成气喷嘴12，每个 合成气喷嘴12的旋向相同。在图2所示的单个合成气喷嘴12的结构示意图中，燃料旋流器3采 用切向孔式旋流器，空气旋流器4采用叶片式径向旋流器，燃料旋流器 3和空气旋流器4的旋转方向相反。在燃料旋流器3出口装有扩张型延 伸段5。在图2所示的单个合成气喷嘴12的结构示意图中，当进行稀释扩散 燃烧时，事先向空气或者燃料中注入稀释剂(氮气、二氧化碳或水蒸气)， 空气或者燃料与稀释剂均匀混合后分别进入空气旋流器4或燃料旋流器 3喷出进行燃烧，其燃烧示意图为图1中2所示。空气旋流器4采用叶片式径向旋流器，其叶片结构采用背面开槽式 和开切向孔式两种结构，分别如图3和4所示，其中，图3a、图4a是正 视图，图3b、图4b是后视图，图3c、图4c是左视图。对于背面开槽式 叶片13，每个三角槽均相同，三角槽采用的锥角范围为30G 120G，锥谷 深度为叶片顶部厚度的1/3 1/2。对于背面开槽式叶片13，空气从叶片 13顶部流入，流经高低交错排列的三角槽从叶片13底部流出；对于开 切向孔式叶片14，其侧面开有数个等面积的圆孔，圆孔的数量为4 6 个，在叶片背面开有数个切向孔与圆孔贯穿，进行燃烧时部分空气从叶 片14顶部流入，沿叶片14背面流出，部分空气从叶片14侧面的圆孔进 入，从叶片14背面排列的切向孔流出。权利要求1.一种燃气轮机合成气稀释扩散燃烧多喷嘴，适用于低污染物排放、低噪声的合成气燃烧系统；其特征是采用多喷嘴结构；采用燃料稀释或空气稀释的扩散燃烧方式采用径向叶片式空气旋流器，切向孔式燃料旋流器。2. 根据权利要求1所述的合成气稀释扩散燃烧多喷嘴，其特征是 所述多喷嘴结构，是在液体燃料喷雾喷嘴的周向上为多数个合成气喷嘴， 各个合成气喷嘴的旋向相同，从而形成适合合成气燃烧的回流区。3. 根据权利要求1所述的合成气稀释扩散燃烧多喷嘴，其特征是-所述空气旋流器和燃料旋流器的旋向相反。4. 根据权利要求1所述的合成气稀释扩散燃烧多喷嘴，其特征是 所述燃料稀释或空气稀释，是采用稀释剂稀释燃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气轮机合成气稀释扩散燃烧多喷嘴，适用于低污染物排放、低噪声的合成气燃烧系统；其特征是：采用多喷嘴结构；采用燃料稀释或空气稀释的扩散燃烧方式；采用径向叶片式空气旋流器，切向孔式燃料旋流器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖云汉，张哲巅，穆克进，王岳，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]