[發(fā)明專(zhuān)利]一種燃?xì)廨啓C(jī)氣體燃料干式低氮燃燒裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310288860.5
• 申請(qǐng)日: 2013-07-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103528094A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李振中;張宏濤;王岳;袁德;徐楊;于宗明;陳曉利
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 遼寧省燃燒工程技術(shù)中心（有限公司）
• 主分類(lèi)號(hào): F23R3/36
• 分類(lèi)號(hào): F23R3/36;F23R3/42
• 代理公司: 中科專(zhuān)利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及熱力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種燃?xì)廨啓C(jī)氣體燃料干式低氮燃燒裝置。?

背景技術(shù)

現(xiàn)代發(fā)電用大功率燃?xì)廨啓C(jī)以燃用氣體燃料為主，其燃燒裝置普遍采用分管型燃燒室，即多個(gè)相同的圓筒形燃燒單元安裝在燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)排氣缸上。?

圖1示出現(xiàn)有技術(shù)中普遍應(yīng)用的燃?xì)廨啓C(jī)分管型干式低氮燃燒室的一個(gè)燃燒單元的例子，圖1A為燃燒單元的側(cè)剖視圖，圖1B為燃料噴嘴組40的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1A所示，當(dāng)燃燒單元工作時(shí)，氣體燃料從燃燒室端蓋1引入并分配到與其內(nèi)部相通的燃料噴嘴組40，所述燃料噴嘴組40包括中央燃料噴嘴2和在中央燃料噴嘴2周邊排布一圈的多個(gè)燃料噴嘴3（如圖1B所示）；空氣通過(guò)外部壓氣機(jī)9進(jìn)入排氣缸10，再?gòu)亩嗫椎娜細(xì)鈱?dǎo)管冷卻罩6流入冷卻罩6與燃?xì)鈱?dǎo)管5之間的環(huán)形通道，在對(duì)燃?xì)鈱?dǎo)管5形成沖擊冷卻后流向火焰筒4與空氣導(dǎo)流襯套7之間的環(huán)形通道，在對(duì)火焰筒4進(jìn)行沖刷冷卻后流入燃燒室端蓋1、燃燒室機(jī)殼11、火焰筒頂蓋8圍成的空間，其中，部分空氣經(jīng)由多孔的火焰筒頂蓋8流入火焰筒4，大部分空氣進(jìn)入中央燃料噴嘴2和燃料噴嘴3；氣體燃料和空氣在中央燃料噴嘴2和燃料噴嘴3內(nèi)混合后流入火焰筒4，在燃燒區(qū)13內(nèi)建立火焰并燃燒，燃燒產(chǎn)生的高溫燃?xì)饬飨蛉細(xì)鈱?dǎo)管5，被燃?xì)鈱?dǎo)管5引入燃?xì)獬隹?2輸出到透平機(jī)。?

發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)燃燒室性能的要求是高燃?xì)鉁囟?、低污染、長(zhǎng)壽命，一個(gè)例子是作為現(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)電站主力設(shè)備的F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室出口燃?xì)鉁囟刃柽_(dá)到1400℃、煙氣中氮氧化物濃度＜25ppm（折算到15%氧濃度）、檢修間隔＞8000小時(shí)。?

參考圖1所示的燃燒單元，為了達(dá)到所述的性能指標(biāo)，燃燒單元采用干式低氮燃燒技術(shù)，即氣體燃料和空氣在進(jìn)入火焰筒4燃燒前，在中央燃料噴嘴2和燃料噴嘴3內(nèi)進(jìn)行摻混，形成燃料/空氣比低于化學(xué)當(dāng)量比的貧預(yù)混氣，從而降低燃燒區(qū)的最高溫度，抑制氮氧化物的生成。為了在所述貧預(yù)混氣低氮燃燒的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)燃燒室負(fù)荷的調(diào)節(jié)，采用燃料分級(jí)的燃燒控制技術(shù)，即對(duì)應(yīng)燃燒室負(fù)荷的不同范圍，采用相應(yīng)的燃燒模態(tài)，對(duì)于每一種燃燒模態(tài)，中央燃料噴嘴2和燃料噴嘴3中的一個(gè)單獨(dú)著火或幾個(gè)聯(lián)合工作。?

圖1所示的燃燒單元在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題：（1）中央燃料噴嘴2和燃料噴嘴3內(nèi)燃料和空氣摻混不夠均勻，為了保持燃燒穩(wěn)定，要求進(jìn)入燃燒區(qū)的預(yù)混氣的總體燃料/空氣比與燃燒稀限之間留有足夠的裕量（可參考圖7）；為加強(qiáng)燃料和空氣摻混，中央燃料噴嘴2和燃料噴嘴3預(yù)混氣通道的旋流器安裝在空氣入口一側(cè)，遠(yuǎn)離火焰，消弱了火焰穩(wěn)定機(jī)制；燃料和空氣摻混的均勻程度和預(yù)混氣流的擾動(dòng)對(duì)燃料噴射速度（與燃料華白數(shù)關(guān)聯(lián)）反應(yīng)敏感；燃料和空氣摻混發(fā)生在環(huán)形通道的受限旋流流動(dòng)過(guò)程中，沒(méi)有其他的控制機(jī)制，氣流擾動(dòng)和間歇性大，并且可能發(fā)生自燃和回火。上述的局限帶來(lái)氮氧化物排放、燃燒振動(dòng)和噪聲之間協(xié)調(diào)的困難，使這些指標(biāo)難以進(jìn)一步降低，燃燒調(diào)整和控制的難度增加，燃料適應(yīng)范圍狹窄；（2）在燃料噴嘴組40多噴嘴的配置方式中，中央燃料噴嘴2和燃料噴嘴3的外緣之間的距離使噴嘴外緣接近火焰筒4，加劇了噴嘴火焰對(duì)火焰筒4內(nèi)壁面的灼燒；中央燃料噴嘴2和周邊燃料噴嘴3具有不同的結(jié)構(gòu)，增加了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、燃燒調(diào)整與控制的復(fù)雜程度；（3）多噴嘴配置和燃燒控制方式使某些燃燒模態(tài)下著火的噴嘴非均勻排布，火焰筒4被噴嘴火焰偏燒；（4）火焰筒4在承受高溫的同時(shí)承受支撐結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，壽命很難達(dá)到F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)要求的8000小時(shí)；外壁沖刷冷卻要求的空氣流速高，并且要求火焰筒4外壁設(shè)有擾流肋片，為此增加的流阻降低燃?xì)廨啓C(jī)的效率；（5）燃?xì)鈱?dǎo)管5外壁沖擊冷卻引起的空氣流阻大，并且在接近火焰筒4的位置因沿壁面方向流速加快沖擊冷卻被消弱，只能依靠加厚鈷基高溫合金制成的燃?xì)鈱?dǎo)管5的厚度達(dá)到壽命要求，進(jìn)一步提升性能的可能性不大。?

同時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展已經(jīng)對(duì)燃燒室性能又提出進(jìn)一步的要求，即出口燃?xì)鉁囟冗_(dá)到1500-1700℃、煙氣中氮氧化物濃度＜10ppm（折算到15%氧濃度）、檢修間隔在8000小時(shí)基礎(chǔ)上進(jìn)一步延長(zhǎng)。所述現(xiàn)有技術(shù)的干式低氮燃燒室及燃燒控制技術(shù)所存在的問(wèn)題將更加尖銳，甚至完全不能滿(mǎn)足進(jìn)一步發(fā)展的要求。?

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種燃?xì)廨啓C(jī)氣體燃料干式低氮燃燒裝置。?