[發明專利]燒嘴、燃燒器以及燃氣輪機

有效

• 申請號: 201580070785.2
• 申請日: 2015-12-25
• 公開（公告）號: CN107110506B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 緒方正裕;小田剛生;木下康裕;平野昂志;宇土貴丈
• 申請（專利權）人: 川崎重工業株式會社
• 主分類號: F23R3/34
• 分類號: F23R3/34;F02C7/22;F23C99/00;F23D17/00;F23R3/28;F23R3/30;F23R3/36
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 宋融冰

本發明提供一種燒嘴、具有所述燒嘴的燃燒器以及燃氣輪機。所述燒嘴能夠預先混合烴類第一燃料(例如天然氣)、第二燃料(例如氫氣)以及燃燒用空氣，將濃度稀薄且分布均勻的預混合氣體噴射至燃燒器的燃燒室，并且能夠抑制NOx的排放量。通過從向預混合流道內突出的各第二燃料噴射噴嘴將氫氣噴射至在預混合流道的上游側從外筒的外緣朝向中心流動的燃燒用空氣的氣流中，從而沒有燃燒用空氣的低速流域的影響，生成濃度分布均勻的一次混合氣體。之后，通過從第一燃料噴射噴嘴將天然氣噴射至一次混合氣體，比重大的天然氣和一次混合氣體被充分攪拌、混合，生成濃度稀薄且分布比一次混合氣體均勻的二次混合氣體(預混合氣體)。通過使該種預混合氣體在燃燒室內燃燒，能夠抑制燃燒排放氣體中的NOx。

技術領域

本發明涉及燒嘴、燃燒器以及燃氣輪機。

背景技術

近年來，從防止全球變暖以及有效利用資源的觀點出發，迫切需要利用燃氣輪機的主要燃料天然氣，以及從石化工廠等的制造過程中附帶產生的副產物氫氣。

專利文獻1中公開了一種燃氣輪機的燃燒器，具有：燃燒筒，其內部形成燃燒室；外殼，其覆蓋燃燒筒的外側，且在該燃燒筒的周圍形成壓縮機供給的壓縮空氣(稱為燃燒用空氣)流道；第一燃料噴嘴(相當于主燒嘴)，其設置于燃料筒的上游側，且將第一燃料(煤氣化氣體)噴射至燃燒室；以及多個第二燃料噴嘴(相當于再燃燒燒嘴)，其配置在第一燃料噴嘴的下游側，且從外殼貫穿燃燒筒的周壁，從燃燒筒的周壁朝向燃燒室內沿徑向向內噴射第二燃料(含氫氣體)，從而使該第二燃料在燃燒生成氣體中擴散并燃燒。

另一方面，作為不使用水或蒸汽來抑制NOx的排放量的方法，稀薄預混合燃燒方法(Dry Low Emission燃燒方法)受到關注。近年來，具有采用這種燃燒方法的燃燒器(DLE燃燒器)的燃氣輪機在工廠設施等中應用。

因此，本發明申請人在PCT/JP2014/065657(未公開)中提供一種燃氣輪機的燃燒器，所述燃燒器具備再燃燒燒嘴，所述再燃燒燒嘴在DLE燃燒器的燃燒室的下游側的區域中噴射將燃燒用空氣、烴類第一燃料(例如天然氣)以及第二燃料(例如氫氣)預先混合的稀薄的預混合氣體。

該再燃燒燒嘴將從上游側導入至預混合流道的燃燒用空氣和第一、第二燃料在該預混合流道內進行混合，生成預混合氣體，然后將該預混合氣體從下游側噴射至燃燒室，并使該預混合氣體燃燒，并且具有將第一、第二燃料噴射至預混合室內的第一、第二燃料噴出孔。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2011-75174號公報

發明內容

發明要解決的問題

在本發明申請人提供的再燃燒燒嘴的結構中，生成由燃燒用空氣、第一燃料以及第二燃料組成的預混合氣體，對此進行探討，氫氣與天然氣相比，比重極小(氫氣的比重：0.09kg/m3N，天然氣的比重：0.62kg/m3N)，因此從第二燃料噴出孔噴出的氫氣自身的穿透力(即，氫氣噴出時的動能)很小，在預混合流道內與其他流體的攪拌、混合不充分，難以生成濃度稀薄且分布均勻的預混合氣體。即，燃燒時會產生局部的高溫區域，導致NOx的排放量增加，具有進一步改善的空間。

因此，本發明的目的在于提供一種燒嘴、具備所述燒嘴的燃燒器以及燃氣輪機。所述燒嘴能夠預先混合烴類第一燃料(例如天然氣)、第二燃料(例如氫氣)以及燃燒用空氣，將濃度稀薄且分布均勻的預混合氣體噴射至燃燒器的燃燒室，并且能夠抑制NOx的排放量。

用于解決問題的方案