CN111322636B - 一种隔离扩散燃烧火焰面的干式低氮分级燃烧*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种隔离扩散燃烧火焰面的干式低氮分级燃烧***，包括燃烧室，以及与燃烧室连通的由内至外依次设置的吹扫气体通道、扩散燃烧燃料通道、扩散燃烧隔离气体总通道、预混燃烧燃料通道和预混燃烧空气通道；其中，预混燃烧空气通道内设置有预混通道旋流器；预混燃烧燃料通道通过预混通道旋流器与预混腔连通；扩散燃烧隔离气体总通道在预混燃烧燃料通道截止隔板下游分为两路，一路为扩散燃烧隔离气体主通道，另一路为通过开孔与其连通的扩散燃烧隔离气体次通道；扩散燃烧燃料通道的末端设置有扩散燃烧燃料旋流器。本发明可将预混燃烧空气中的N2与扩散燃烧火焰面隔开，降低NOx排放，解决现有燃气轮机贫燃预混燃烧易发生燃烧不稳定的问题。

Description

一种隔离扩散燃烧火焰面的干式低氮分级燃烧***
技术领域
本发明涉及一种干式低氮分级燃烧***，尤其涉及一种隔离扩散燃烧火焰面的干式低氮分级燃烧***。
背景技术
扩散燃烧和预混燃烧是燃气轮机气态燃料的两种常用燃烧方式。扩散燃烧是指混合扩散因素起控制作用的燃烧，燃料与空气分别进入燃烧室，边掺混、边燃烧，其特点是燃烧火焰面温度高，火焰稳定性好，但NOx排放高。预混燃烧是指在燃料燃烧前，燃料与空气在喷嘴预混器内充分混合成可燃混合气，然后再在燃烧室内着火燃烧，其优点是可通过控制掺混比使燃烧温度低于理论燃烧温度，从而降低热力型NOx的生成量，但缺点是可供稳定燃烧的燃料空气比受限，容易发生火焰吹熄、回火与振荡燃烧等燃烧不稳定现象。
早期燃气轮机的燃烧方式主要是扩散燃烧，受限于日益严苛的污染物排放法规，逐渐出现了往高温扩散燃烧区注水或蒸汽的方式，即所谓的湿式低氮燃烧技术，降低燃烧温度，减小热力型NOx生成。通过注水或蒸汽的方法可以降低NOx排放，但是对燃气轮机循环性能、部件寿命以及检修周期等会产生有害影响，同时，也会增加CO、未燃碳氢等污染物的排放。针对这一问题，学者和燃气轮机制造商研发了干式低氮燃烧技术，即采用贫燃预混分级燃烧方法，对燃料实施分级燃烧控制，其中占比较大的主燃料采用预混燃烧方式，而占比较小的值班燃料则采用扩散燃烧方式，通过调整燃料空气比使燃烧在偏离理论空气量的贫燃料状态下进行，从而控制燃烧温度，降低NOx排放。尽管贫燃预混燃烧方法具有降低了NOx排放的优势，且在重型燃气轮机上得到了工程应用，但由于其燃料空气比接近贫燃熄火极限，且参与扩散燃烧的燃料比例较小，在燃气轮机燃烧室中易发生燃烧不稳定现象，严重时会引起燃烧室腔体结构产生横向和纵向振动，损坏燃烧室、透平等热通道部件，影响燃气轮机的安全稳定运行。
发明内容
为了提高采用贫燃预混燃烧方式的燃气轮机的运行安全性，解决贫燃预混燃烧易发生燃烧不稳定的问题，本发明提供了一种隔离扩散燃烧火焰面的干式低氮分级燃烧***。本发明结合扩散燃烧和预混燃烧各自的优点，通过提高燃烧室中参与扩散燃烧的燃料比例，采用隔离扩散燃烧火焰面的方法，降低NOx排放，提高燃烧稳定性。本发明的核心思想是利用隔离气体(O2或O2与CO2的混合气)将空气中的N2分子与高温扩散燃烧火焰面隔开，减小热力型NOx生成化学反应的反应物浓度，降低燃烧室内NOx生成。本发明在采用隔离扩散燃烧火焰面的方法确保低NOx排放的同时，结合扩散燃烧具有燃烧稳定性好的优势，提高分级燃烧中参与扩散燃烧的燃料比例，增强燃烧室的燃烧稳定性。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种隔离扩散燃烧火焰面的干式低氮分级燃烧***，包括燃烧室，以及与燃烧室连通的由内至外依次设置的吹扫气体通道、扩散燃烧燃料通道、扩散燃烧隔离气体总通道、预混燃烧燃料通道和预混燃烧空气通道；其中，
预混燃烧空气通道内设置有预混通道旋流器，使得预混燃烧空气通道被分为下游的预混腔，预混燃烧燃料通道内在与预混通道旋流器同一截面上设置有预混燃烧燃料通道截止隔板，使得预混燃烧燃料通道被分为下游的扩散燃烧隔离气体次通道，预混燃烧燃料通道通过预混通道旋流器与预混腔连通；
扩散燃烧隔离气体总通道在预混燃烧燃料通道截止隔板下游分为两路，一路为扩散燃烧隔离气体主通道，另一路为通过开孔与其连通的扩散燃烧隔离气体次通道；
扩散燃烧隔离气体次通道的末端为燃料喷嘴末端面，扩散燃烧燃料通道的末端设置有扩散燃烧燃料旋流器。
本发明进一步的改进在于，预混燃烧空气通道为预混燃烧空气通道外壁和预混燃烧空气通道内壁构成的环形腔体，是预混燃烧所需空气的流经通道，位于预混通道旋流器的上游，预混燃烧空气通道外壁和预混燃烧空气通道内壁均为圆筒形薄壁结构，且同轴布置。
本发明进一步的改进在于，预混燃烧燃料通道为预混燃烧空气通道内壁和预混燃烧燃料通道内壁构成的环形腔体，是预混燃烧燃料的流经通道，位于预混燃烧燃料通道截止隔板的上游，预混燃烧空气通道内壁和预混燃烧燃料通道内壁均为圆筒形薄壁结构，且同轴布置。
本发明进一步的改进在于，预混通道旋流器由一组空心旋流叶片组成，每个旋流叶片的叶盆和叶背均开设有预混燃料喷射孔，所有旋流叶片呈周向均匀布置在预混燃烧空气通道内壁上，其能够改变流经气体的速度方向，引导气体产生旋转运动，进而在燃烧室内产生高温燃气回流区。
本发明进一步的改进在于，高温燃气回流区位于燃料喷嘴的下游中心位置，区域内填充着燃料燃烧后的高温燃气，具有点燃不断从燃料喷嘴喷入燃烧室的新鲜燃料的作用。
本发明进一步的改进在于，位于燃料喷嘴末端***且在燃烧室突扩截面附近的区域为驻涡回流区，一部分预混燃料在此区域燃烧；位于高温燃气回流区的***区域为扩散火焰面隔离区，区域内填充着隔离气体，具有为扩散燃料燃烧提供氧化剂和将预混燃烧空气中N2与高温扩散燃烧火焰面隔离的双重作用，是降低燃烧室内NOx生成的关键作用区域。
本发明进一步的改进在于，预混腔为预混燃烧空气通道外壁和预混燃烧空气通道内壁构成的环形腔体，是预混燃烧空气和预混燃烧燃料掺混的空间，位于预混通道旋流器的下游，预混燃烧空气通道外壁和预混燃烧空气通道内壁均为圆筒形薄壁结构，且同轴布置。
本发明进一步的改进在于，扩散燃烧隔离气体总通道为预混燃烧燃料通道内壁和扩散燃烧隔离气体通道内壁构成的环形腔体，是隔离扩散燃烧火焰面用隔离气体的流经通道，预混燃烧燃料通道内壁和扩散燃烧隔离气体通道内壁均为圆筒形薄壁结构，且同轴布置。
本发明进一步的改进在于，扩散燃烧燃料通道为扩散燃烧隔离气体通道内壁和扩散燃烧燃料通道内壁构成的环形腔体，是扩散燃烧燃料的流经通道，扩散燃烧隔离气体通道内壁和扩散燃烧燃料通道内壁均为圆筒形薄壁结构，且同轴布置。
本发明进一步的改进在于，扩散燃烧燃料旋流器由一组旋流叶片组成，所有旋流叶片呈周向均匀布置在扩散燃烧燃料通道内壁的末端，能够通过改变扩散燃烧燃料的速度方向，使扩散燃烧燃料以旋转射流的方式喷入燃烧室。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
本发明提供的一种隔离扩散燃烧火焰面的干式低氮分级燃烧***，采用隔离气体(O2或O2与CO2的混合气)将燃烧用空气中的N2与高温扩散燃烧火焰面相隔离的新型分级燃烧方法，可减小热力型NOx的生成；此外本发明也结合了扩散燃烧火焰面温度高，燃烧稳定性好的优势，在保证燃烧室低NOx排放的同时，提高分级燃烧中参与扩散燃烧的燃料比例，可提高贫燃预混分级燃烧的稳定性，解决现有燃气轮机贫燃预混燃烧易发生燃烧不稳定的问题。
附图说明
图1是本发明一种隔离扩散燃烧火焰面的干式低氮分级燃烧***的结构示意图。
附图标记说明：
1、预混燃烧空气通道外壁；2、预混燃烧空气通道内壁；3、预混燃烧空气通道；4、预混通道旋流器；5、预混燃料喷射孔；6、预混腔；7、预混燃烧燃料通道内壁；8、扩散燃烧隔离气体通道内壁；9、预混燃烧燃料通道；10、预混燃烧燃料通道截止隔板；11、扩散燃烧燃料通道内壁；12、燃料喷嘴末端面；13、扩散燃烧燃料旋流器；14、扩散燃烧燃料通道；15、扩散燃烧隔离气体主通道；16、扩散燃烧隔离气体次通道；17、扩散燃烧隔离气体总通道；18、吹扫气体通道；19、燃烧室；20、高温燃气回流区；21、扩散火焰面隔离区；22、驻涡回流区。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
请参阅图1，本发明提供的一种隔离扩散燃烧火焰面的干式低氮分级燃烧***，包括预混燃烧空气通道3、预混燃烧燃料通道9、预混通道旋流器4、预混腔6、扩散燃烧隔离气体总通道17、扩散燃烧燃料通道14、扩散燃烧燃料旋流器13、高温燃气回流区20、驻涡回流区22和扩散火焰面隔离区21。
请参阅图1，本实施例中预混燃烧空气通道外壁1长400mm，外径60mm，内径57mm，预混燃烧空气通道内壁2长400mm，外径40mm，内径37mm，预混燃烧空气通道外壁1与预混燃烧空气通道内壁2呈同轴心布置；预混通道旋流器4布置在预混燃烧空气通道外壁1与预混燃烧空气通道内壁2构成的环形通道内，位置距燃料喷嘴左端面260mm，预混通道旋流器4的每个旋流叶片的叶盆和叶背上均开设有3个直径为2mm的燃料喷射孔，预混通道旋流器4将预混燃烧空气通道外壁1与预混燃烧空气通道内壁2构成的环形通道分成两部分，一是位于预混通道旋流器4上游的预混燃烧空气通道3，二是位于预混通道旋流器4下游的预混腔6；预混燃烧燃料通道内壁7长400mm，外径34mm，内径32mm，在距燃料喷嘴左端面275mm周向均匀开设有20个孔径为2mm的隔离气体喷射孔，预混燃烧燃料通道内壁7与预混燃烧空气通道内壁2呈同轴心布置；预混燃烧燃料通道截止隔板10布置在预混燃烧燃料通道内壁7与预混燃烧空气通道内壁2构成的环形通道内，位置距燃料喷嘴左端面270mm，预混燃烧燃料通道截止隔板10将预混燃烧燃料通道内壁7与预混燃烧空气通道内壁2构成的环形通道分成两部分，一是位于预混燃烧燃料通道截止隔板10上游的预混燃烧燃料通道9，二是位于预混燃烧燃料通道截止隔板10下游的扩散燃烧隔离气体次通道16；燃料喷嘴末端面12将预混燃烧燃料通道内壁7与预混燃烧空气通道内壁2的末端面连接起来，燃料喷嘴末端面12上开设有气膜冷却孔；扩散燃烧隔离气体通道内壁8长400mm，外径30mm，内径28mm，扩散燃烧隔离气体通道内壁8与预混燃烧燃料通道内壁7呈同轴心布置；扩散燃烧燃料通道内壁11长400mm，外径14mm，内径10mm，扩散燃烧燃料通道内壁11与扩散燃烧隔离气体通道内壁8呈同轴心布置，扩散燃烧燃料通道内壁11与扩散燃烧隔离气体通道内壁8构成的环形通道是扩散燃烧燃料通道14，扩散燃烧燃料通道内壁11构成的圆形通道是吹扫气体通道18，扩散燃烧燃料旋流器13安装在扩散燃烧燃料通道14的末端。
本实施例一种隔离扩散燃烧火焰面的干式低氮分级燃烧***的具体工作方式如下：
参与预混燃烧所需的空气由预混燃烧空气通道3进入燃料喷嘴，在预混通道旋流器4的导向作用，空气的流动方向从轴向运动变为旋转运动；参与预混燃烧的燃料由预混燃烧燃料通道9进入燃料喷嘴，从预混通道旋流器4旋流叶片上的燃料喷射孔进入预混腔6，在预混腔6内，预混燃烧燃料与旋转运动的空气完成掺混，形成可燃混合气，最终以旋转射流分方式喷入燃烧室；隔离气体O2由扩散燃烧隔离气体总通道17进入燃料喷嘴，在燃料喷嘴下游，一部分隔离气体经隔离气体喷射孔进入扩散燃烧隔离气体次通道16，最终由燃料喷嘴末端面12上的气膜冷却孔进入燃烧室，这部分隔离气体具有隔离高温扩散燃烧火焰面、冷却燃料喷嘴末端面12和参与扩散燃烧的三重作用，另一部分隔离气体经扩散燃烧隔离气体主通道15直接进入燃烧室，这部分气体主要用来隔离高温扩散燃烧火焰面和为扩散燃烧提供氧化剂；参与扩散燃烧的燃料由扩散燃烧燃料通道14进入燃料喷嘴，最终经扩散燃烧燃料旋流器13以旋转射流的方式喷入燃烧室；吹扫气体由吹扫气体通道18经燃料喷嘴后喷入燃烧室，防止燃烧回火烧蚀燃料喷嘴。
燃烧室工作时，参与预混燃烧的可燃混合气以旋转射流的方式喷入燃烧室，在燃烧室内形成高温燃气回流区20和驻涡回流区22；扩散燃烧燃料经扩散燃烧燃料旋流器13也以旋转射流的方式喷入燃烧室，分布在高温燃气回流区20的***；隔离气体经扩散燃烧隔离气体主通道15和燃料喷嘴末端面12进入燃烧室，在气体粘性力的作用下，跟随扩散燃烧燃料作旋转运动，并完全包裹扩散燃烧燃料；扩散燃烧燃料在高温燃气回流区20高温的作用下，与隔离气体发生燃烧化学反应，在高温燃气回流区20***形成扩散燃烧火焰面，多余的隔离气体将扩散燃烧火焰面与***预混可燃混气中的N2隔开，减小热力型NOx生成；可燃混气被高温燃气回流区20后部的燃气点燃，在燃烧室***和驻涡回流区内完全燃烧。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.一种隔离扩散燃烧火焰面的干式低氮分级燃烧***，其特征在于，包括燃烧室(19)，以及与燃烧室(19)连通的由内至外依次设置的吹扫气体通道(18)、扩散燃烧燃料通道(14)、扩散燃烧隔离气体总通道(17)、预混燃烧燃料通道(9)和预混燃烧空气通道(3)；其中，
预混燃烧空气通道(3)内设置有预混通道旋流器(4)，使得预混燃烧空气通道(3)被分为下游的预混腔(6)，预混燃烧燃料通道(9)内在与预混通道旋流器(4)同一截面上设置有预混燃烧燃料通道截止隔板(10)，使得预混燃烧燃料通道(9)被分为下游的扩散燃烧隔离气体次通道(16)，预混燃烧燃料通道(9)通过预混通道旋流器(4)与预混腔(6)连通；
扩散燃烧隔离气体总通道(17)在预混燃烧燃料通道截止隔板(10)下游分为两路，一路为扩散燃烧隔离气体主通道(15)，另一路为通过开孔与其连通的扩散燃烧隔离气体次通道(16)；
扩散燃烧隔离气体次通道(16)的末端为燃料喷嘴末端面(12)，扩散燃烧燃料通道(14)的末端设置有扩散燃烧燃料旋流器(13)。
2.根据权利要求1所述的一种隔离扩散燃烧火焰面的干式低氮分级燃烧***，其特征在于，预混燃烧空气通道(3)为预混燃烧空气通道外壁(1)和预混燃烧空气通道内壁(2)构成的环形腔体，是预混燃烧所需空气的流经通道，位于预混通道旋流器(4)的上游，预混燃烧空气通道外壁(1)和预混燃烧空气通道内壁(2)均为圆筒形薄壁结构，且同轴布置。
3.根据权利要求1所述的一种隔离扩散燃烧火焰面的干式低氮分级燃烧***，其特征在于，预混燃烧燃料通道(9)为预混燃烧空气通道内壁(2)和预混燃烧燃料通道内壁(7)构成的环形腔体，是预混燃烧燃料的流经通道，位于预混燃烧燃料通道截止隔板(10)的上游，预混燃烧空气通道内壁(2)和预混燃烧燃料通道内壁(7)均为圆筒形薄壁结构，且同轴布置。
4.根据权利要求1所述的一种隔离扩散燃烧火焰面的干式低氮分级燃烧***，其特征在于，预混通道旋流器(4)由一组空心旋流叶片组成，每个旋流叶片的叶盆和叶背均开设有预混燃料喷射孔(5)，所有旋流叶片呈周向均匀布置在预混燃烧空气通道内壁(2)上，其能够改变流经气体的速度方向，引导气体产生旋转运动，进而在燃烧室(19)内产生高温燃气回流区(20)。
5.根据权利要求4所述的一种隔离扩散燃烧火焰面的干式低氮分级燃烧***，其特征在于，高温燃气回流区(20)位于燃料喷嘴的下游中心位置，区域内填充着燃料燃烧后的高温燃气，具有点燃不断从燃料喷嘴喷入燃烧室(19)的新鲜燃料的作用。
6.根据权利要求5所述的一种隔离扩散燃烧火焰面的干式低氮分级燃烧***，其特征在于，位于燃料喷嘴末端***且在燃烧室(19)突扩截面附近的区域为驻涡回流区(22)，一部分预混燃料在此区域燃烧；位于高温燃气回流区(20)的***区域为扩散火焰面隔离区(21)，区域内填充着隔离气体，具有为扩散燃料燃烧提供氧化剂和将预混燃烧空气中N2与高温扩散燃烧火焰面隔离的双重作用，是降低燃烧室(19)内NOx生成的关键作用区域。
7.根据权利要求1所述的一种隔离扩散燃烧火焰面的干式低氮分级燃烧***，其特征在于，预混腔(6)为预混燃烧空气通道外壁(1)和预混燃烧空气通道内壁(2)构成的环形腔体，是预混燃烧空气和预混燃烧燃料掺混的空间，位于预混通道旋流器(4)的下游，预混燃烧空气通道外壁(1)和预混燃烧空气通道内壁(2)均为圆筒形薄壁结构，且同轴布置。
8.根据权利要求1所述的一种隔离扩散燃烧火焰面的干式低氮分级燃烧***，其特征在于，扩散燃烧隔离气体总通道(17)为预混燃烧燃料通道内壁(7)和扩散燃烧隔离气体通道内壁(8)构成的环形腔体，是隔离扩散燃烧火焰面用隔离气体的流经通道，预混燃烧燃料通道内壁(7)和扩散燃烧隔离气体通道内壁(8)均为圆筒形薄壁结构，且同轴布置。
9.根据权利要求1所述的一种隔离扩散燃烧火焰面的干式低氮分级燃烧***，其特征在于，扩散燃烧燃料通道(14)为扩散燃烧隔离气体通道内壁(8)和扩散燃烧燃料通道内壁(11)构成的环形腔体，是扩散燃烧燃料的流经通道，扩散燃烧隔离气体通道内壁(8)和扩散燃烧燃料通道内壁(11)均为圆筒形薄壁结构，且同轴布置。
10.根据权利要求1所述的一种隔离扩散燃烧火焰面的干式低氮分级燃烧***，其特征在于，扩散燃烧燃料旋流器(13)由一组旋流叶片组成，所有旋流叶片呈周向均匀布置在扩散燃烧燃料通道内壁(11)的末端，能够通过改变扩散燃烧燃料的速度方向，使扩散燃烧燃料以旋转射流的方式喷入燃烧室(19)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111322636B (zh) * 2020-04-07 2023-05-16 西安热工研究院有限公司 一种隔离扩散燃烧火焰面的干式低氮分级燃烧***
CN114234177B (zh) * 2021-12-17 2024-04-12 深圳市佳运通电子有限公司 超低氮燃烧***及其工作方法
CN115654536A (zh) * 2022-10-28 2023-01-31 西安现代控制技术研究所 薄壁燃气隔离掺混装置
CN117570472A (zh) * 2023-11-30 2024-02-20 清华大学 火焰稳定器、燃烧室及火焰稳定方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5193346A (en) * 1986-11-25 1993-03-16 General Electric Company Premixed secondary fuel nozzle with integral swirler
GB8824575D0 (en) * 1988-10-20 1988-11-23 Airoil Flaregas Ltd Improvements in burner assemblies
US7007477B2 (en) * 2004-06-03 2006-03-07 General Electric Company Premixing burner with impingement cooled centerbody and method of cooling centerbody
US20080276622A1 (en) * 2007-05-07 2008-11-13 Thomas Edward Johnson Fuel nozzle and method of fabricating the same
CN101713546B (zh) * 2008-10-08 2013-06-26 中国航空工业第一集团公司沈阳发动机设计研究所 适用于多种燃料的低污染燃烧器
US20110005189A1 (en) * 2009-07-08 2011-01-13 General Electric Company Active Control of Flame Holding and Flashback in Turbine Combustor Fuel Nozzle
US20120125004A1 (en) * 2010-11-19 2012-05-24 General Electric Company Combustor premixer
US10215412B2 (en) * 2012-11-02 2019-02-26 General Electric Company System and method for load control with diffusion combustion in a stoichiometric exhaust gas recirculation gas turbine system
KR101586156B1 (ko) * 2014-12-22 2016-01-18 최영환 배풍 타입 질소산화물 저감형 가스버너 및 그를 포함한 보일러
US10228140B2 (en) * 2016-02-18 2019-03-12 General Electric Company Gas-only cartridge for a premix fuel nozzle
CN108332234B (zh) * 2018-01-24 2019-12-20 中国航发湖南动力机械研究所 适应多燃料的燃烧室及多级燃料供给预混与控制方法
CN111322636B (zh) * 2020-04-07 2023-05-16 西安热工研究院有限公司 一种隔离扩散燃烧火焰面的干式低氮分级燃烧***
CN212005770U (zh) * 2020-04-07 2020-11-24 西安热工研究院有限公司 一种增强燃烧稳定性的干式低氮分级燃烧***

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