專利名稱：燃氣輪機合成氣稀釋擴散燃燒多噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃氣輪機燃燒室技術(shù)領(lǐng)域，特別是以合成氣為燃料的燃 氣輪機燃燒室領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源和環(huán)境壓力日益緊迫。石油和天然 氣儲量的相對有限和煤炭資源的相對充足決定了我國以煤為主的能源結(jié) 構(gòu)，但煤在傳統(tǒng)的發(fā)電利用過程中容易產(chǎn)生大量的污染物，是我國環(huán)境
污染的主要來源。其中IGCC為煤的清潔利用開辟新的途徑，為清潔高 效的發(fā)電系統(tǒng)。IGCC首先將煤氣化為合成氣，合成氣凈化以后通入燃氣 輪機燃燒室燃燒后，推動透平做功發(fā)電。但是傳統(tǒng)燃氣輪機燃燒室主要 分為貧預(yù)混燃燒和擴散燃燒兩種方式，但是現(xiàn)在的兩種方式都不適合合 成氣燃燒。由于合成氣的特點(含氫氣、 一氧化碳多)，因此如果采用貧 預(yù)混燃燒方式會產(chǎn)生燃燒不穩(wěn)定、回火和熱聲振蕩等問題；而且燃燒中 低熱值合成氣，絕熱火焰溫度高，若采用擴散燃燒會產(chǎn)生大量的NOx， 而且氫氣含量高會導(dǎo)致燃燒噪聲大。因此有必要開發(fā)適合于燃燒合成氣 的，低污染物排放，低噪聲的燃氣輪機燃燒系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種燃氣輪機合成氣稀釋擴散燃燒多噴嘴， 用于適合合成氣特點的低NOy排放、低噪聲的多噴嘴擴散燃燒系統(tǒng)。由 于采用了擴散燃燒技術(shù)，因此不存在貧預(yù)混燃燒中的燃燒不穩(wěn)定、回火 和熱聲振蕩等問題。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 一種燃氣輪機合成 氣稀釋擴散燃燒多噴嘴，適用于低污染物排放、低噪聲的合成氣燃燒系 統(tǒng)；其采用多噴嘴結(jié)構(gòu)；采用燃料稀釋或空氣稀釋的擴散燃燒方式；采
用徑向葉片式空氣旋流器，切向孔式燃料旋流器。
所述的合成氣稀釋擴散燃燒多噴嘴，在液體燃料噴霧噴嘴的周向上 為多數(shù)個合成氣噴嘴，各個合成氣噴嘴的旋向相同，從而形成適合合成 氣燃燒的回流區(qū)。
所述的合成氣稀釋擴散燃燒多噴嘴，其所述空氣旋流器和燃料旋流 器的旋向相反。
所述的合成氣稀釋擴散燃燒多噴嘴，其采用稀釋劑稀釋燃料或空氣，
或同時稀釋燃料和空氣，來達到低NOx排放。
所述的合成氣稀釋擴散燃燒多噴嘴，其所述稀釋劑為水蒸汽、氮氣 或二氧化碳。
所述的合成氣稀釋擴散燃燒多噴嘴，其適用于燃燒不同組分、不同 熱值的合成氣。
所述的合成氣稀釋擴散燃燒多噴嘴，其所述空氣旋流器采用開槽式 或開切向孔式兩種特殊加工的葉片結(jié)構(gòu)形式，以改善燃燒室溫度場分布。
所述的合成氣稀釋擴散燃燒多噴嘴，其所述多數(shù)個合成氣噴嘴的布 置方式是中間為一個液體燃料噴霧燃燒噴嘴。
所述的合成氣稀釋擴散燃燒多噴嘴，其所述的液體燃料噴霧燃燒噴 嘴的燃料，為液體燃料甲醇或柴油。
所述的合成氣稀釋擴散燃燒多噴嘴，其所述多數(shù)個合成氣噴嘴，為 五個。
本發(fā)明的效果是，實現(xiàn)一套多噴嘴系統(tǒng)，使得合成氣燃燒穩(wěn)定、高 效的同時，達到低污染物排放、低噪聲的目標。


圖1是本發(fā)明的噴嘴布置示意圖2是單個合成氣噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖3是開槽式葉片的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖3a是正視圖；圖3b是 后視圖；圖3c是左視圖4是開切向孔式葉片的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖4a是正視圖；圖4b 是后視圖；圖4c是左視圖。
具體實施例方式
為了解決燃燒室噪聲問題，本發(fā)明釆用多燃料噴嘴燃燒系統(tǒng)，其優(yōu) 點是除了能顯著降低燃燒室的噪音以外，還可以降低燃燒室的磨損、減 少運行費用。根據(jù)噴嘴的布置，選取多噴嘴形式為中間一個液體燃料噴 霧燃燒噴嘴，周向五個合成氣噴嘴。這樣的噴嘴布置方式既可以最大程 度的利用火焰筒端蓋的面積，也可以最大限度地避免各噴嘴火焰之間的 相互干涉。
鑒于貧預(yù)混燃燒室用于燃燒含氫氣多的合成氣存在很大的困難，本
發(fā)明采用擴散燃燒方式。由于合成氣的絕熱火焰溫度高，造成了 NO,排放高。
本發(fā)明采用稀釋燃燒的方式用來降低燃燒過程中的NO,排放。其手 段是向燃料或空氣中注入氮氣、二氧化碳或水蒸汽+。對于多噴嘴燃燒系 統(tǒng)，稀釋燃燒可以顯著地降低NOx排放，而且并不明顯增加燃燒室噪聲 水平。
合成氣稀釋后變成了低熱值合成氣，會存在燃燒穩(wěn)定性問題，所以 本發(fā)明采用了以下手段來增大回流區(qū)，強化摻混，以達到穩(wěn)定、高效地 燃燒稀釋合成氣的目的。
空氣旋流器采用葉片式徑向旋流器，燃料旋流器采用切向孔式旋流 器。徑向旋流器較適合于逆流式燃燒室中，可以在較小壓損情況下實現(xiàn) 高旋流數(shù)。燃料和空氣旋流方向相反，可以產(chǎn)生比同向旋流更大的回流 區(qū)，其主要原因是由于內(nèi)外旋流邊界上強烈的剪切導(dǎo)致了內(nèi)圈旋流的擴 散和耗散，從而導(dǎo)致了更強的逆向壓力梯度，因此回流增強。這樣可以 在較小旋流數(shù)下實現(xiàn)更好的慘混和大的回流區(qū)。各個噴嘴旋向相同，這 是由于相鄰兩個噴嘴的切向速度相反，可以增加回流區(qū)尺寸，有利于火 焰的穩(wěn)定及燃燒完全。噴嘴出口添加擴張型延伸段，這樣可以產(chǎn)生使軸 向和切向速度峰值之間徑向隔開距離加大，并使反向質(zhì)量流量加大的綜 合影響。
徑向空氣旋流器的葉片采用葉片背面開槽或開切向孔的兩種結(jié)構(gòu)方 式。這樣的葉片結(jié)構(gòu)通過產(chǎn)生小尺度湍流結(jié)構(gòu)，增加旋流葉片出口處的
湍流強度，可以使得燃料和空氣快速均勻混合，有利于燃燒更加完全和
降低局部火焰溫度，因此有利于降低CO、 NOx的排放，改善火焰筒出口
的溫度場分布。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
在圖1所示的噴嘴布置示意圖中，在端蓋1的中心位置處布置一個
液體燃料噴霧燃燒噴嘴11，在其周圍均勻分布五個合成氣噴嘴12，每個 合成氣噴嘴12的旋向相同。
在圖2所示的單個合成氣噴嘴12的結(jié)構(gòu)示意圖中，燃料旋流器3采 用切向孔式旋流器，空氣旋流器4采用葉片式徑向旋流器，燃料旋流器 3和空氣旋流器4的旋轉(zhuǎn)方向相反。在燃料旋流器3出口裝有擴張型延 伸段5。
在圖2所示的單個合成氣噴嘴12的結(jié)構(gòu)示意圖中，當(dāng)進行稀釋擴散 燃燒時，事先向空氣或者燃料中注入稀釋劑(氮氣、二氧化碳或水蒸氣)， 空氣或者燃料與稀釋劑均勻混合后分別進入空氣旋流器4或燃料旋流器 3噴出進行燃燒，其燃燒示意圖為圖1中2所示。
空氣旋流器4采用葉片式徑向旋流器，其葉片結(jié)構(gòu)采用背面開槽式 和開切向孔式兩種結(jié)構(gòu)，分別如圖3和4所示，其中，圖3a、圖4a是正 視圖，圖3b、圖4b是后視圖，圖3c、圖4c是左視圖。對于背面開槽式 葉片13，每個三角槽均相同，三角槽采用的錐角范圍為30G 120G，錐谷 深度為葉片頂部厚度的1/3 1/2。對于背面開槽式葉片13，空氣從葉片 13頂部流入，流經(jīng)高低交錯排列的三角槽從葉片13底部流出；對于開 切向孔式葉片14，其側(cè)面開有數(shù)個等面積的圓孔，圓孔的數(shù)量為4 6 個，在葉片背面開有數(shù)個切向孔與圓孔貫穿，進行燃燒時部分空氣從葉 片14頂部流入，沿葉片14背面流出，部分空氣從葉片14側(cè)面的圓孔進 入，從葉片14背面排列的切向孔流出。
權(quán)利要求
1.一種燃氣輪機合成氣稀釋擴散燃燒多噴嘴，適用于低污染物排放、低噪聲的合成氣燃燒系統(tǒng)；其特征是采用多噴嘴結(jié)構(gòu)；采用燃料稀釋或空氣稀釋的擴散燃燒方式采用徑向葉片式空氣旋流器，切向孔式燃料旋流器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成氣稀釋擴散燃燒多噴嘴，其特征是 所述多噴嘴結(jié)構(gòu)，是在液體燃料噴霧噴嘴的周向上為多數(shù)個合成氣噴嘴， 各個合成氣噴嘴的旋向相同，從而形成適合合成氣燃燒的回流區(qū)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成氣稀釋擴散燃燒多噴嘴，其特征是-所述空氣旋流器和燃料旋流器的旋向相反。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成氣稀釋擴散燃燒多噴嘴，其特征是 所述燃料稀釋或空氣稀釋，是采用稀釋劑稀釋燃料或空氣，或同時稀釋 燃料和空氣，來達到低NO,排放。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的合成氣稀釋擴散燃燒多噴嘴，其特征是 所述稀釋劑為水蒸汽、氮氣或二氧化碳。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成氣稀釋擴散燃燒多噴嘴，其特征是 適用于燃燒不同組分、不同熱值的合成氣。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成氣稀釋擴散燃燒多噴嘴，其特征是 所述空氣旋流器，是采用開槽式或開切向孔式兩種特殊加工的葉片結(jié)構(gòu) 形式，以改善燃燒室溫度場分布。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的合成氣稀釋擴散燃燒多噴嘴，其特征是 所述多數(shù)個合成氣噴嘴的中間為一個液體燃料噴霧燃燒噴嘴。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的合成氣稀釋擴散燃燒多噴嘴，其特征是-所述的液體燃料噴霧燃燒噴嘴的燃料，為液體燃料甲醇或柴油。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2或8所述的合成氣稀釋擴散燃燒多噴嘴，其特征是所述多數(shù)個合成氣噴嘴，為五個。
全文摘要
本發(fā)明一種低污染物排放、低噪聲的適用于合成氣的多噴嘴稀釋擴散燃燒系統(tǒng)。采用一個液體燃料噴霧燃燒噴嘴、五個旋向相同的合成氣噴嘴的布置方式，可以進行稀釋擴散燃燒。燃料旋流器和空氣旋流器分別采用切向孔的形式和葉片式徑向旋流器，兩者之間的旋向相反。葉片選用背面開槽和開切向孔式的兩種特殊結(jié)構(gòu)。
文檔編號F23R3/04GK101169251SQ20061015033
公開日2008年4月30日 申請日期2006年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月26日
發(fā)明者張哲巔, 岳 王, 穆克進, 肖云漢 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所