一种防回火燃气轮机燃烧室的制作方法

本发明涉及燃气轮机，特别是一种防回火燃气轮机燃烧室。

背景技术：

1、近年来，随着环境污染问题日益严重，世界各国均制定了电厂污染物排放标准，对燃烧提出了更高的要求。重型燃气轮机在发电领域有着重要支撑作用，目前大多数燃气轮机采用干式贫燃预混燃烧技术来降低污染物排放，燃料和氧化剂在进入火焰筒之前已充分混合，通过控制燃料和氧化剂的掺混比来降低火焰温度，达到减少污染物排放的目的。虽然贫燃预混燃烧技术有上述优势，但也带来了回火风险，回火是指火焰向上游传播，沿火焰筒进入到喷嘴的一种燃烧不稳定现象，严重时将烧损燃烧室部件，影响燃机正常运行。

2、为了进一步降低碳排放，各大燃气轮机供应商相继开展天然气掺氢燃烧技术，并同期研发能够以纯氢为燃料的燃气轮机燃烧室，旨在未来完全替代天然气等不可再生能源，最大程度地保护环境。氢气预混燃烧时火焰传播速度快，约275cm/s，回火风险更高，贫燃预混燃烧室已无法安全、稳定地燃烧氢气，若采用扩散燃烧，则火焰面温度过高且不可控，将显著增加热力型氮氧化物的排放，因此氢气回火问题对未来的燃氢燃气轮机燃烧室提出了更严格的要求。

3、为了解决上述问题，本发明基于燃气轮机燃烧室的气流组织和燃料分配，结合合理的燃烧控制方法，无论燃烧何种气态燃料均能够有效避免回火，同时保证污染物排放达标，消除上述缺陷，使燃气轮机安全、稳定运行。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术中存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明所要解决的问题在于如何有效地防止燃气轮机燃烧室发生回火的同时降低污染物排放。

3、为解决上述技术问题，本发明提供一种防回火燃气轮机燃烧室，其包括，主燃喷嘴，至少设置有三个且呈环形均匀分布，并与火焰筒连通；值班喷嘴，其数量与所述主燃喷嘴的数量一一对应，呈环形均匀分布并与所述主燃喷嘴相切，且与所述火焰筒连通；所述主燃喷嘴包括至少一个高速燃料通道和至少两个主燃子喷嘴，所述主燃子喷嘴由主燃喷嘴空气通道和主燃喷嘴预混通道组成；所述值班喷嘴包括至少一个值班喷嘴扩散燃料通道和至少两个值班子喷嘴，所述值班子喷嘴由值班喷嘴空气通道和值班喷嘴预混通道组成。

4、作为本发明所述防回火燃气轮机燃烧室的一种优选方案，其中：所述主燃喷嘴还包括至少一个主燃喷嘴隔断，所述主燃喷嘴隔断用于分隔不同的所述主燃子喷嘴，所述主燃喷嘴隔断上设置有高速燃料喷射孔，所述高速燃料喷射孔用于连通所述高速燃料通道和所述火焰筒。

5、作为本发明所述防回火燃气轮机燃烧室的一种优选方案，其中：在每一个所述主燃喷嘴空气通道内均分别设置有主燃喷嘴旋流器，所述主燃喷嘴旋流器使得经过所述主燃喷嘴空气通道的气体发生旋流。

6、作为本发明所述防回火燃气轮机燃烧室的一种优选方案，其中：所述主燃子喷嘴还包括主燃子喷嘴预混喷射孔，所述主燃子喷嘴预混喷射孔用于连通所述主燃喷嘴预混通道和所述主燃喷嘴空气通道。

7、作为本发明所述防回火燃气轮机燃烧室的一种优选方案，其中：所述值班喷嘴包括至少一个值班喷嘴隔断，所述值班喷嘴隔断用于分隔不同的所述值班子喷嘴；

8、所述值班子喷嘴还包括值班子喷嘴预混燃料喷射孔，所述值班子喷嘴预混燃料喷射孔用于连通所述值班喷嘴预混通道和所述值班喷嘴空气通道。

9、作为本发明所述防回火燃气轮机燃烧室的一种优选方案，其中：所述值班喷嘴还包括值班喷嘴扩散燃料掺混孔和值班喷嘴扩散燃料直射孔，所述值班喷嘴扩散燃料掺混孔和所述值班喷嘴扩散燃料直射孔均用于连通所述值班喷嘴扩散燃料通道和所述火焰筒，所述值班喷嘴扩散燃料掺混孔与所述值班喷嘴扩散燃料通道的轴线具有夹角。

10、作为本发明所述防回火燃气轮机燃烧室的一种优选方案，其中：在每一个所述值班喷嘴空气通道内均分别设置有值班喷嘴旋流器，所述值班喷嘴旋流器使得经过所述值班喷嘴空气通道的气体发生旋流。

11、作为本发明所述防回火燃气轮机燃烧室的一种优选方案，其中：在所述火焰筒的外壁上设置有火焰筒气膜冷却孔及掺混孔，在所述火焰筒的内部还设置有端盖，所述端盖用于定位及固定所述主燃喷嘴和所述值班喷嘴。

12、作为本发明所述防回火燃气轮机燃烧室的一种优选方案，其中：相邻的两个所述主燃子喷嘴通入的预混气空燃比不同，其中一个的预混气空燃比低于着火浓度极限的下限，另一个的预混气空燃比高于着火浓度极限的上限；相邻的两个所述值班子喷嘴通入的预混气空燃比不同，其中一个的预混气空燃比低于着火浓度极限的下限，另一个的预混气空燃比高于着火浓度极限的上限。

13、作为本发明所述防回火燃气轮机燃烧室的一种优选方案，其中：在所述燃气轮机初始升速阶段，向所述值班喷嘴扩散燃料通道通入燃料；当所述燃气轮机转速或负荷达到设定值后，逐渐降低进入到所述值班喷嘴扩散燃料通道的燃料流量的同时并向所述值班子喷嘴通入燃料，直至停止向所述值班喷嘴扩散燃料通道通入燃料。

14、本发明有益效果为：本发明能够在燃烧室的不同工作阶段灵活切换值班喷嘴的燃烧方法，优化燃烧稳定性及污染物排放，同时能够保证在预混燃烧时不会发生回火现象，保护燃机部件，提高燃机运行时的安全性、稳定性。

技术特征：

1.一种防回火燃气轮机燃烧室，其特征在于：包括，

2.如权利要求1所述的防回火燃气轮机燃烧室，其特征在于：所述主燃喷嘴(100)还包括至少一个主燃喷嘴隔断(103)，所述主燃喷嘴隔断(103)用于分隔不同的所述主燃子喷嘴(102)，所述主燃喷嘴隔断(103)上设置有高速燃料喷射孔(103a)，所述高速燃料喷射孔(103a)用于连通所述高速燃料通道(101)和所述火焰筒(300)。

3.如权利要求1或2所述的防回火燃气轮机燃烧室，其特征在于：在每一个所述主燃喷嘴空气通道(102a)内均分别设置有主燃喷嘴旋流器(104)，所述主燃喷嘴旋流器(104)使得经过所述主燃喷嘴空气通道(102a)的气体发生旋流。

4.如权利要求1所述的防回火燃气轮机燃烧室，其特征在于：所述主燃子喷嘴(102)还包括主燃子喷嘴预混喷射孔(102c)，所述主燃子喷嘴预混喷射孔(102c)用于连通所述主燃喷嘴预混通道(102b)和所述主燃喷嘴空气通道(102a)。

5.如权利要求1、2或4任一项所述的防回火燃气轮机燃烧室，其特征在于：所述值班喷嘴(200)包括至少一个值班喷嘴隔断，所述值班喷嘴隔断用于分隔不同的所述值班子喷嘴(202)；

6.如权利要求1所述的防回火燃气轮机燃烧室，其特征在于：所述值班喷嘴(200)还包括值班喷嘴扩散燃料掺混孔(201a)和值班喷嘴扩散燃料直射孔(201b)，所述值班喷嘴扩散燃料掺混孔(201a)和所述值班喷嘴扩散燃料直射孔(201b)均用于连通所述值班喷嘴扩散燃料通道(201)和所述火焰筒(300)，所述值班喷嘴扩散燃料掺混孔(201a)与所述值班喷嘴扩散燃料通道(201)的轴线具有夹角。

7.如权利要求1、2、4或6任一项所述的防回火燃气轮机燃烧室，其特征在于：在每一个所述值班喷嘴空气通道(202a)内均分别设置有值班喷嘴旋流器(203)，所述值班喷嘴旋流器(203)使得经过所述值班喷嘴空气通道(202a)的气体发生旋流。

8.如权利要求1所述的防回火燃气轮机燃烧室，其特征在于：在所述火焰筒(300)的外壁上设置有火焰筒气膜冷却孔(301)及掺混孔(302)，在所述火焰筒(300)的内部还设置有端盖(303)，所述端盖(303)用于定位及固定所述主燃喷嘴(100)和所述值班喷嘴(200)。

9.如权利要求1、2、4、6或8任一项所述的防回火燃气轮机燃烧室，其特征在于：相邻的两个所述主燃子喷嘴(102)通入的预混气空燃比不同，其中一个的预混气空燃比低于着火浓度极限的下限，另一个的预混气空燃比高于着火浓度极限的上限；

10.如权利要求1所述的防回火燃气轮机燃烧室，其特征在于：在所述燃气轮机初始升速阶段，向所述值班喷嘴扩散燃料通道(201)通入燃料；

技术总结本发明公开了一种防回火燃气轮机燃烧室，涉及燃气轮机领域，防回火燃气轮机燃烧室包括主燃喷嘴，至少设置有三个且呈环形均匀分布，并与火焰筒连通；值班喷嘴，其数量与主燃喷嘴的数量一一对应，呈环形均匀分布并与主燃喷嘴相切，且与火焰筒连通；主燃喷嘴包括至少一个高速燃料通道和至少两个主燃子喷嘴，主燃子喷嘴由主燃喷嘴空气通道和主燃喷嘴预混通道组成；值班喷嘴包括至少一个值班喷嘴扩散燃料通道和至少两个值班子喷嘴，值班子喷嘴由值班喷嘴空气通道和值班喷嘴预混通道组成。本发明能够在燃烧室的不同工作阶段灵活切换值班喷嘴的燃烧方法，优化燃烧稳定性及污染物排放，同时能够保证不会发生回火现象，提高燃机运行时的安全性、稳定性。技术研发人员：夏家兴,肖俊峰,高松,王玮,王峰,李晓丰,李乐,李丹,郭菡,于倩倩受保护的技术使用者：西安热工研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/18