应用于湿空气循环的天然气燃气轮机微预混燃烧室制造技术

一种应用于湿空气循环的天然气燃气轮机微预混燃烧室，包括燃烧器主体、火焰筒和燃烧室机匣，其中，所述燃烧器主体设置于燃烧室头部；所述火焰筒设置于所述燃烧室机匣内，是包裹燃烧室的柱形壁面，壁面内侧即为燃烧室燃烧区；所述燃烧器主体前端设有主燃料进口和值班燃料进口，所述主燃料进口用于向燃烧器主喷嘴内输入燃料；所述值班燃料进口用于向燃烧器值班喷嘴内输入燃料；所述燃烧室底部设有空气室，所述空气室被燃气轮机机匣包裹，与燃烧室衬套和火焰筒所形成的间隙相连通，将来源于上游压气机出口的空气通过该间隙送入燃烧器空气仓。

【技术实现步骤摘要】
应用于湿空气循环的天然气燃气轮机微预混燃烧室
本公开涉及燃气轮机燃烧室
，尤其涉及一种应用于湿空气循环的天然气燃气轮机微预混燃烧器。
技术介绍
随着燃气轮机技术的持续发展、能源结构的日益变化以及对环保要求的不断提高，燃气轮机将向安全、高效、清洁、灵活的方向发展。当前发电用燃气轮机主要采用布雷登-朗肯联合循环，通过不断提高总压比、透平前温提高循环性能，但受到材料等影响其潜力逐步受限，因此，开发基于燃气轮机的新型热力循环成为一种选择，其中湿化燃气轮机循环是代表之一。为实现燃气轮机高效低污染稳定燃烧，湿空气透平(Humidairturbine,HAT)循环、先进湿空气透平循环(AHAT)、整体煤气化湿空气透平循环(IGHAT)、注蒸汽燃气轮机循环(STIG)及整体煤气化联合循环(IGCC)等以燃气轮机为基础的先进热力循环逐渐发展起来。其中HAT循环由于部件紧凑，可在较宽的压比范围内实现高效率，且在相当大的容量范围内具有最高发电效率的潜力，在各种新型燃气轮机循环中发展前景最为广阔。空气加湿可抑制NOx生成，但对火焰稳定、CO燃尽等带来影响，因此湿空气燃烧是HAT循环关键技术之一。湿空气循环下压缩机出口空气经过湿化器、回热器等部件后，使得燃烧室进口空气具有高温(最高近650℃)、高含湿量(最高达0.3kg/kg)的特点，为达到热电比连续可调，导致燃烧室进口空气温度、含湿量呈大幅度变化，对实现稳定低排放燃烧带来挑战。湿空气循环下的高进口空气温度有利于保持火焰稳定，但同时会带来NOx排放增加、易发生自燃的风险；进口空气含湿量高会使得火焰温度降低，这有利于降低污染物排放，但同时不利于维持火焰稳定且会增加CO排放量。若采用常规预混燃烧方式，则存在回火、自点火、热声振荡等风险。这些性质对湿空气循环下的宽负荷稳定低排放燃烧技术和燃烧器的开发提出了挑战。故亟需提出一种抑制燃烧振荡，降低氮氧化物排放的微预混燃烧室。
技术实现思路
有鉴于此，本公开的主要目的在于提供一种应用于湿空气循环的天然气燃气轮机微预混燃烧室，以期部分地解决上述技术问题中的至少之一。为了实现上述目的，作为本公开的一方面，提供了一种应用于湿空气循环的天然气燃气轮机微预混燃烧室，包括燃烧器主体、火焰筒和燃烧室机匣，其中，所述燃烧器主体设置于燃烧室头部；所述火焰筒设置于所述燃烧室机匣内，是包裹燃烧室的柱形壁面，壁面内侧即为燃烧室燃烧区；所述燃烧器主体前端设有主燃料进口和值班燃料进口，所述主燃料进口用于向燃烧器主喷嘴内输入燃料；所述值班燃料进口用于向燃烧器值班喷嘴内输入燃料；所述燃烧室底部设有空气室，所述空气室被燃气轮机机匣包裹，与燃烧室衬套和火焰筒所形成的间隙相连通，将来源于上游压气机出口的空气通过该间隙送入燃烧器空气仓。其中，所述燃烧器主体包括主喷嘴微预混管束和值班喷嘴微预混管束。其中，所述主喷嘴微预混管束包括M个主喷嘴微预混管，层数为3～8层；所述值班喷嘴微预管束包括N个值班喷嘴微预混管，层数为1～2层。其中，所述M个主喷嘴微预混管围绕在所述N个值班喷嘴微预混管周围，进行360°包围；主喷嘴微预混管和值班喷嘴微预混管内径d为5～12mm，长为15～120mm，微预混管之间的间距为1.2～4d。其中，所述值班喷嘴微预混管设有不同周向及轴向角度，周向角度为10°～45°，轴向角度为10°～45°。其中，所述主喷嘴微预混管和所述值班喷嘴微预混管均设有燃料进气孔和空气进气孔。其中，所述燃料进气孔和空气进气孔，所述燃料进气孔形状为圆形或椭圆形孔，孔径为0.25～2.5mm，设置数量为2～8个，打孔方式为斜孔或直孔，斜孔角度为0～60°；所述空气进气孔形状为长条状孔，孔宽0.5～6mm，长2.5～36mm，设置数量为2～8个，采用直喷进气方式或旋流进气方式设置；所述每根主喷嘴微预混管和值班喷嘴微预混管上的燃料进气孔和空气进气孔之间的轴向距离均不同，为5～60mm。其中，所述燃烧器主体还设有空气仓和燃料仓阻隔板、多孔板及燃烧器出口端盖。其中，所述空气仓和燃料仓阻隔板将空气仓与燃料仓隔开，所述燃料仓位于所述燃烧器主体前端，所述空气仓位于所述燃烧器出口。其中，所述燃烧器出口端盖的壁面为凸面或凹面。基于上述技术方案可知，本公开的应用于湿空气循环的天然气燃气轮机微预混燃烧室相对于现有技术至少具有如下有益效果之一或其中的一部分：(1)相比传统燃烧器，该燃烧器主喷嘴各个微预混管相对独立，根据负荷需求进行模块化阵列扩展，因此有较好的扩展性。(2)燃料进气孔和空气进气孔均毫米级设置，通过将燃料和空气在毫米尺度混合，有效地提高燃料-空气的掺混均匀性。(3)相对传统旋流预混燃烧器，该燃烧器单元喷嘴内燃料和空气混合更均匀，因此能够降低燃烧过程中的峰值火焰温度，降低高温烟气停留时间，从而实现相比传统干式低氮氧化物贫预混喷嘴降低氮氧化物排放的效果。(4)由于多个微预混管以阵列形式分布，因此喷出的火焰在径向相对分散，放热相对均匀，同时值班喷嘴内外圈燃料输运管长度不同，各主喷嘴微混管可采用不同结构方案，实现固有频率差异，减小了热声耦合几率，可有效避免燃烧不稳定问题。(5)值班喷嘴的旋流结构有利于拓宽燃烧器的火焰稳定性，提高值班喷嘴的点火和传焰性能。(6)值班喷嘴微混管混合长度较短，同时值班喷嘴微混管和主喷嘴微混管内流速较高，可有效避免回火问题。(7)由于微混管所形成火焰较为短小，且温度分布均匀，因此可大大缩短燃烧室火焰筒长度。附图说明图1为本公开应用于湿空气循环的天然气燃气轮机微预混燃烧室的布局示意图；图2为燃烧器主体三维结构示意图；图3为燃烧器主体剖面示意图；图4为燃烧器主体值班喷嘴单微混管三维示意图；图5为燃烧器主体主喷嘴单微混管三维示意图；图6为燃烧器主体方案二剖面示意图；图7为燃烧器主体方案三剖面示意图；图8为燃烧器主体方案四剖面示意图；图9为燃烧器主体出口面俯视图。上述附图中，附图标记含义如下：10-燃烧室11-燃烧室头部；12-燃烧区；20-空气室；21-空气入口；22-压缩湿空气；23-空气流向；24-燃烧室衬套和火焰筒所形成的间隙；25-燃烧器空气仓；30-燃烧器燃料仓；31-燃烧器主燃料进口；32-燃烧器值班燃料进口；33-燃料流向；40-燃烧室机匣；41-燃烧室衬套；42-火焰筒；50-燃烧器主体；51-主喷嘴微预混管束；52-值班喷嘴微预混管束；53-空气仓和燃料仓阻隔板；54-多孔板；55-燃烧器出口端盖；60-主喷嘴微预混管；61-主喷嘴微预混管燃料进气孔；62-主喷嘴微预混管空气进气孔；63-主喷嘴微预混管燃料孔与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于湿空气循环的天然气燃气轮机微预混燃烧室，其特征在于，包括燃烧器主体、火焰筒和燃烧室机匣，其中，/n所述燃烧器主体设置于燃烧室头部；所述火焰筒设置于所述燃烧室机匣内，是包裹燃烧室的柱形壁面，壁面内侧即为燃烧室燃烧区；/n所述燃烧器主体前端设有主燃料进口和值班燃料进口，所述主燃料进口用于向燃烧器主喷嘴内输入燃料；所述值班燃料进口用于向燃烧器值班喷嘴内输入燃料；/n所述燃烧室底部设有空气室，所述空气室被燃气轮机机匣包裹，与燃烧室衬套和火焰筒所形成的间隙相连通，将来源于上游压气机出口的空气通过该间隙送入燃烧器空气仓。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于湿空气循环的天然气燃气轮机微预混燃烧室，其特征在于，包括燃烧器主体、火焰筒和燃烧室机匣，其中，
所述燃烧器主体设置于燃烧室头部；所述火焰筒设置于所述燃烧室机匣内，是包裹燃烧室的柱形壁面，壁面内侧即为燃烧室燃烧区；
所述燃烧器主体前端设有主燃料进口和值班燃料进口，所述主燃料进口用于向燃烧器主喷嘴内输入燃料；所述值班燃料进口用于向燃烧器值班喷嘴内输入燃料；
所述燃烧室底部设有空气室，所述空气室被燃气轮机机匣包裹，与燃烧室衬套和火焰筒所形成的间隙相连通，将来源于上游压气机出口的空气通过该间隙送入燃烧器空气仓。


2.根据权利要求1所述的应用于湿空气循环的天然气燃气轮机微预混燃烧室，其特征在于，所述燃烧器主体包括主喷嘴微预混管束和值班喷嘴微预混管束。


3.根据权利要求2所述的应用于湿空气循环的天然气燃气轮机微预混燃烧室，其特征在于，所述主喷嘴微预混管束包括M个主喷嘴微预混管，层数为3～8层；所述值班喷嘴微预管束包括N个值班喷嘴微预混管，层数为1～2层。


4.根据权利要求3所述的应用于湿空气循环的天然气燃气轮机微预混燃烧室，其特征在于，所述M个主喷嘴微预混管围绕在所述N个值班喷嘴微预混管周围，进行360°包围；主喷嘴微预混管和值班喷嘴微预混管内径d为5～12mm，长为15～120mm，微预混管之间的间距为1.2～4d。


5.根据权利要求3所述的应用于湿空气循环的天然气燃气轮机微预混燃烧室，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵卫卫，刘策，刘勋伟，张哲巅，肖云汉，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11