專利名稱：適用于多種燃料的低污染燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室技術(shù)領(lǐng)域，特別是應(yīng)用中、低熱值氣體燃料的燃?xì)廨?br> 機(jī)燃燒室領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，燃?xì)廨啓C(jī)使用高熱值天然氣和液體燃料(主要是柴油等)工作。近年來(lái)， 我國(guó)的能源供應(yīng)和環(huán)境壓力日益增大，天然氣和石油的供應(yīng)緊張，價(jià)格上漲嚴(yán)重，燃?xì)廨啓C(jī) 使用天然氣和石油的運(yùn)行成本越來(lái)越難以承受。我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)以煤為主，但傳統(tǒng)的燃煤 發(fā)電過程中產(chǎn)生大量的污染物，是環(huán)境污染的重要來(lái)源。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)通過 將煤氣化，產(chǎn)生中低熱值合成氣，合成氣凈化后，供入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒并做功，能夠同時(shí)保持 高效和低污染特性，從而被認(rèn)為是未來(lái)能源清潔高效利用的重要發(fā)展方向。
IGCC系統(tǒng)中煤氣化后生成合成氣，合成氣主要由氫氣和一氧化碳組成，此外還包 括少量的惰性氣體，如氮?dú)饣蚨趸?。合成氣詳?xì)的成分和熱值依賴于IGCC系統(tǒng)所采用 的燃料和氣化處理技術(shù)。由于合成氣的組成成分與天然氣(甲烷普遍占90%以上)不同， 其燃燒特性也明顯不同。 燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室組織燃燒方式主要分為貧油預(yù)混燃燒和擴(kuò)散燃燒兩種。貧油預(yù)混 燃燒方式是將燃料與燃燒空氣預(yù)先混合，成為均勻的可燃混合物，通過控制燃料和空氣的 摻混比例，來(lái)控制火焰燃燒溫度，實(shí)現(xiàn)降低N0X排放的目的。擴(kuò)散燃燒是指燃料和空氣沒有 預(yù)先混合，分別供入燃燒室后，在接近化學(xué)當(dāng)量比的火焰面上進(jìn)行燃燒的現(xiàn)象。目前，貧油 預(yù)混燃燒方式廣泛應(yīng)用在以天然氣為燃料的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室上。由于合成氣中氫氣含量 大，使得合成氣的點(diǎn)火溫度低，火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?。如果繼續(xù)采用原有的貧油預(yù)混燃燒方式， 將面臨很大的回火危險(xiǎn)，燃燒室中火焰的回火將導(dǎo)致燃燒器過熱和燒蝕，嚴(yán)重危害整臺(tái)燃 氣輪機(jī)的運(yùn)行安全。如果采用擴(kuò)散燃燒方式，雖然可避免回火問題，但由于火焰溫度高，將 產(chǎn)生氮氧化物(NC^)排放大量增加的問題。 隨著環(huán)境壓力的增大和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，目前，國(guó)內(nèi)、外對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的氮氧化物 (N0X)排放量的限制越來(lái)越嚴(yán)格。因此，燃?xì)廨啓C(jī)燃用中低熱值合成氣時(shí)，降低燃燒過程中 的氮氧化物(N0X)排放量是必須解決的問題。 中低熱值氣體燃料燃燒室采用擴(kuò)散燃燒方式工作時(shí)，主要通過向燃燒室內(nèi)注入稀 釋劑的方式控制NOx排放，稀釋劑包括水蒸汽、氮?dú)夂投趸肌?除使用合成氣燃料工作外，燃?xì)廨啓C(jī)還要求能夠可靠的燃燒一種備份燃料，如柴 油和天然氣。以便在IGCC系統(tǒng)合成氣供應(yīng)不足或中斷的情況下，能夠切換至備份燃料工作 或保持兩種燃料的混燒，能夠保證燃?xì)廨啓C(jī)持續(xù)工作和正常停車。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種使用中、低熱值合成氣和柴油(或天然氣)的低污染燃 燒器，用于燃用合成氣并滿足低N0X排放的燃?xì)廨啓C(jī)燃燒系統(tǒng)。
本發(fā)明提供一種適用于多種燃料的低污染燃燒器，包括分流系統(tǒng)、安裝邊、多個(gè)雙 燃料噴嘴，其中分流系統(tǒng)與多個(gè)雙燃料噴嘴通過安裝邊連接為一個(gè)整體；分流系統(tǒng)由同 心管道、供油管路、擋板以及在安裝邊上加工形成的腔道組成，形成相互對(duì)立的4個(gè)分流通 道，包括氣體燃料分流通道、液體燃料分流通道、稀釋劑分流通道、霧化空氣分流通道，用于 實(shí)現(xiàn)由外界供入的液體燃料、霧化空氣、稀釋劑和氣體燃料在燃燒器內(nèi)的單獨(dú)流動(dòng)，并分流 至多個(gè)燃料噴嘴；雙燃料噴嘴沿燃燒器的中心軸線呈圓周分布，雙燃料噴嘴22沿自身中心 軸由內(nèi)向外，呈徑向環(huán)狀依次分布液體燃料噴嘴和氣體燃料噴嘴，其中氣體燃料噴嘴包括 氣體燃料通道3和稀釋劑通道2，雙燃料噴嘴外側(cè)固結(jié)有設(shè)置開孔6的環(huán)形套筒11，以構(gòu)成 燃燒空氣通道1 ;稀釋劑通道2前端與燃燒空氣通道1末端連通并通過套筒連接成一個(gè)整 體，燃燒空氣通道1的前端延伸至燃料噴嘴出口處的燃燒區(qū)。 本發(fā)明提供的適用于多種燃料的低污染燃燒器，液體燃料噴嘴可以為空氣霧化噴 嘴，使用的液體燃料為柴油或煤油。也可設(shè)計(jì)成雙油路離心式壓力霧化噴嘴，其中空氣霧 化噴嘴包括液體燃料通道5、霧化空氣通道4。 本發(fā)明提供的適用于多種燃料的低污染燃燒器，稀釋劑通道2內(nèi)部安裝有噴射孔 10。 本發(fā)明提供的適用于多種燃料的低污染燃燒器，霧化空氣通道4、氣體燃料通道3 和燃燒空氣通道1內(nèi)均安裝有空氣旋流器。燃燒空氣通過環(huán)形套筒上的開孔6進(jìn)入該通道，
經(jīng)空氣旋流器i-i后進(jìn)入燃燒區(qū)參與燃燒，稀釋劑經(jīng)通道噴射孔IO進(jìn)入燃燒空氣通道1，同
樣經(jīng)空氣旋流器1-1后供入燃燒區(qū)。可根據(jù)稀釋劑的注入量動(dòng)態(tài)調(diào)整進(jìn)入旋流器的燃燒空 氣流量，從而調(diào)整燃燒區(qū)內(nèi)的空氣/燃料比。 本發(fā)明提供的適用于多種燃料的低污染燃燒器，空氣旋流器為葉片式或切向孔旋 流器結(jié)構(gòu)，進(jìn)氣方式為軸向進(jìn)氣或徑向進(jìn)氣。 本發(fā)明提供的適用于多種燃料的低污染燃燒器，氣體燃料通道3的空氣旋流器 3-1與燃燒空氣通道的空氣旋流器1-1的旋向相同或相反。 本發(fā)明提供的適用于多種燃料的低污染燃燒器，雙燃料噴嘴的數(shù)量為1 8個(gè)。
本發(fā)明提供一種適用于多種燃料的低污染燃燒器，能夠應(yīng)用在工業(yè)用燃?xì)廨啓C(jī)燃 燒室上通過向燃燒室注入稀釋劑(氮?dú)?、水蒸汽和二氧化?降低氣體燃料和液體燃料的 燃燒火焰溫度，控制NOx等污染物的排放量；稀釋劑經(jīng)單獨(dú)的稀釋劑通道供入，不與氣體燃 料和空氣預(yù)先摻混，能夠隨稀釋劑注入量的變化，調(diào)整燃燒區(qū)內(nèi)的空氣/燃料比——即稀釋 劑注入后，將不可避免的占用空氣旋流器的流道面積，從而減少旋流器的燃燒空氣供入量， 使主燃區(qū)處于相對(duì)富油狀態(tài)，這將有利于擴(kuò)大燃燒室注入稀釋劑后的穩(wěn)定工作范圍；在不 注入稀釋劑的情況下，由于稀釋劑通道未在燃燒區(qū)內(nèi)與高溫燃?xì)饨佑|，無(wú)需供入空氣對(duì)稀 釋劑通道進(jìn)行保護(hù)性清吹，簡(jiǎn)化了燃燒室空氣清吹保護(hù)系統(tǒng)；同時(shí)，稀釋劑未明顯降低火焰 筒氣膜層溫度，不引起一氧化碳排放增加。 本發(fā)明提供的適用于多種燃料的低污染燃燒器，采用伴隨稀釋擴(kuò)散燃燒技術(shù)，控 制NOx等污染物的排放量，避免了合成氣預(yù)混燃燒的回火和燃燒不穩(wěn)定等問題；簡(jiǎn)化了燃 燒室空氣清吹保護(hù)系統(tǒng)；燃燒器采用多個(gè)雙燃料噴嘴結(jié)構(gòu)，能夠使用焦?fàn)t煤氣、化工尾氣、 IGCC電站合成氣等中、低熱值氣體燃料和高熱值燃料(柴油、天然氣等)工作，兩種燃料可 互相切換和混燒。


圖1適用于多種燃料的低污染燃燒器剖視圖
圖2適用于多種燃料的低污染燃燒器三維示意圖
圖3單個(gè)燃燒噴嘴示意圖 圖4適用于多種燃料的低污染燃燒器工作原理圖
具體實(shí)施例方式
—種適用于多種燃料的低污染燃燒器，包括分流系統(tǒng)20、安裝邊21、6個(gè)雙燃料噴 嘴22，其中 分流系統(tǒng)與6個(gè)雙燃料噴嘴通過安裝邊連接為一個(gè)整體；分流系統(tǒng)由同心管道 28、29，供油管路35，擋板30、31、32、33、34以及在安裝邊上加工形成的腔道組成，形成相互 對(duì)立的4個(gè)分流通道，包括氣體燃料分流通道24、液體燃料分流通道25、稀釋劑分流通道 26、霧化空氣分流通道27，用于實(shí)現(xiàn)由外界供入的液體燃料、霧化空氣、稀釋劑和氣體燃料 在燃燒器內(nèi)的單獨(dú)流動(dòng)，并分流至6個(gè)燃料噴嘴，見圖1，圖2 ; 雙燃料噴嘴由液體燃料噴嘴和氣體燃料噴嘴組成并沿燃燒器的中心軸線23呈圓 周分布，液體燃料噴嘴設(shè)計(jì)成空氣霧化噴嘴，包括液體燃料通道5、霧化空氣通道4。雙燃料 噴嘴22外側(cè)即氣體燃料噴嘴外側(cè)固結(jié)有設(shè)置開孔6的環(huán)形套筒11，以構(gòu)成燃燒空氣通道 1，沿噴嘴的中心軸由內(nèi)向外，呈徑向環(huán)狀依次分布有液體燃料通道5、霧化空氣通道4、氣 體燃料通道3和稀釋劑通道2，其中 稀釋劑通道2前端與燃燒空氣通道1末端連通并通過套筒連接成一個(gè)整體，即稀 釋劑通道與燃燒空氣通道共用一段通道。燃燒空氣通道l的前端延伸至燃料噴嘴出口處 的燃燒區(qū)；霧化空氣通道4、氣體燃料通道3和燃燒空氣通道1內(nèi)均安裝有葉片式空氣旋流 器，進(jìn)氣方式為軸向進(jìn)氣，其中空氣旋流器1-1和3-1的旋向相同。稀釋劑通道2內(nèi)部安裝 有噴射孔10。參見圖3、圖4，圖4中7為汽缸，8為火焰筒，9為火焰筒壁面上的冷卻空氣 孔； 燃燒器的工作過程如下燃燒器使用液體燃料工作時(shí)，液體燃料36由分流通道25 供入，霧化空氣38由分流通道27供入，經(jīng)旋流器4-1旋轉(zhuǎn)后，與液體燃料發(fā)生剪切作用，滿 足液體燃料的霧化要求。燃燒器使用氣體燃料工作時(shí)，氣體燃料39由分流通道24供入，經(jīng) 旋流器3-1后供入燃燒室。燃燒空氣由環(huán)形套筒11上的開孔6進(jìn)入通道2，經(jīng)旋流器1-1 后供入燃燒室，在燃燒區(qū)內(nèi)形成回流區(qū)，穩(wěn)定火焰。稀釋劑37由分流通道26供入，由燃料 噴嘴上的噴射孔10噴入燃燒空氣通道1，同樣經(jīng)空氣旋流器1-1后供入燃燒區(qū)，與高溫燃?xì)?摻混，并根據(jù)稀釋劑的注入量動(dòng)態(tài)調(diào)整進(jìn)入旋流器的燃燒空氣流量，從而調(diào)整燃燒區(qū)內(nèi)的 空氣/燃料比，進(jìn)而達(dá)到降低燃燒火焰溫度，減少燃燒過程中氮氧化物排放量的目的。
權(quán)利要求
一種適用于多種燃料的低污染燃燒器，包括分流系統(tǒng)、安裝邊、多個(gè)雙燃料噴嘴，其中分流系統(tǒng)與多個(gè)雙燃料噴嘴通過安裝邊連接為一個(gè)整體；分流系統(tǒng)包括氣體燃料分流通道、液體燃料分流通道、稀釋劑分流通道、霧化空氣分流通道；雙燃料噴嘴沿燃燒器的中心軸線呈圓周分布，其特征在于雙燃料噴嘴(22)沿自身中心軸由內(nèi)向外，呈徑向環(huán)狀依次分布液體燃料噴嘴和氣體燃料噴嘴，其中氣體燃料噴嘴包括氣體燃料通道(3)和稀釋劑通道(2)，雙燃料噴嘴外側(cè)固結(jié)有設(shè)置開孔(6)的環(huán)形套筒(11)，以構(gòu)成燃燒空氣通道(1)；稀釋劑通道(2)前端與燃燒空氣通道(1)末端連通并通過套筒連接成一個(gè)整體，燃燒空氣通道(1)的前端延伸至燃料噴嘴出口處的燃燒區(qū)。
2. 按照權(quán)利要求1所述的適用于多種燃料的低污染燃燒器，其特征在于液體燃料噴 嘴可以為空氣霧化噴嘴，也可設(shè)計(jì)成雙油路離心式壓力霧化噴嘴，其中空氣霧化噴嘴包括 液體燃料通道(5)、霧化空氣通道(4)。
3. 按照權(quán)利要求1所述的適用于多種燃料的低污染燃燒器，其特征在于稀釋劑通道 (2)內(nèi)部安裝有噴射孔(10)。
4. 按照權(quán)利要求1、2或3所述的適用于多種燃料的低污染燃燒器，其特征在于霧化 空氣通道(4)、氣體燃料通道(3)和燃燒空氣通道(1)內(nèi)均安裝有空氣旋流器。
5. 按照權(quán)利要求4所述的適用于多種燃料的低污染燃燒器，其特征在于空氣旋流器為葉片式結(jié)構(gòu)或切向孔結(jié)構(gòu)。
6. 按照權(quán)利要求5所述的適用于多種燃料的低污染燃燒器，其特征在于空氣旋流器的進(jìn)氣方式為軸向進(jìn)氣或徑向進(jìn)氣。
7. 按照權(quán)利要求5或6所述的適用于多種燃料的低污染燃燒器，其特征在于氣體燃 料通道(3)的空氣旋流器(3-1)與燃燒空氣通道的空氣旋流器(1-1)的旋向相同或相反。
8. 按照權(quán)利要求7所述的適用于多種燃料的低污染燃燒器，其特征在于雙燃料噴嘴的數(shù)量為1 8個(gè)。
全文摘要
一種適用于多種燃料的低污染燃燒器，包括分流系統(tǒng)、安裝邊、多個(gè)雙燃料噴嘴，其中分流系統(tǒng)與多個(gè)雙燃料噴嘴通過安裝邊連接為一個(gè)整體；分流系統(tǒng)包括氣體燃料分流通道、液體燃料分流通道、稀釋劑分流通道、霧化空氣分流通道；雙燃料噴嘴沿燃燒器的中心軸線呈圓周分布。本發(fā)明提供的適用于多種燃料的低污染燃燒器，降低NOX等污染物的排放量，避免了合成氣預(yù)混燃燒的回火和燃燒不穩(wěn)定等問題；簡(jiǎn)化了燃燒室空氣清吹保護(hù)系統(tǒng)，不引起一氧化碳排放增加；能夠使用焦?fàn)t煤氣、化工尾氣、IGCC電站合成氣等中、低熱值氣體燃料和高熱值燃料(柴油、天然氣等)工作。
文檔編號(hào)F23R3/28GK101713546SQ20081001356
公開日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2008年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月8日
發(fā)明者劉常青, 尹家錄, 李孝堂, 王克新, 聶海剛, 金戈, 顧銘企, 高鳳樹, 齊兵 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)第一集團(tuán)公司沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所