[發明專利]一種采用全預混低氮燃燒方式的燃氣輪機發電裝置

在審

• 申請號: 202110991389.0
• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113606040A
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 李曉豐;肖俊峰;胡孟起;王峰;王瑋;王致程
• 申請（專利權）人: 華能國際電力股份有限公司;西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: F02C3/06
• 分類號: F02C3/06;F02C3/14;F02C6/00;F02C7/22;F23R3/28;F23R3/38;F23R3/58;H02K7/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

本發明公開了一種采用全預混低氮燃燒方式的燃氣輪機發電裝置，包括進氣道、壓氣機、燃燒室、透平、排氣道、轉子和發電機；呈喇叭收縮型的進氣道布置在燃氣輪機的最前端，其下游與壓氣機相連，燃燒室以設定傾角周向均勻布置在壓氣機和透平之間，燃燒室出口與透平入口相連，燃氣輪機排氣道布置在燃氣輪機最右側，壓氣機和透平通過轉子連接，發電機位于發電裝置的最左側，發電機軸與轉子相連。本發明解決了在役燃氣輪機啟機過程冒黃煙問題，同時有助于燃氣輪機在穩定負荷運行時進一步降低NOx排放。

技術領域

本發明涉及一種燃氣輪機，特別涉及一種采用全預混燃燒方式的燃氣輪機發電裝置，應用于天然氣、氫氣、合成氣等氣態燃料火力發電領域。

背景技術

擴散燃燒和預混燃燒是氣態燃料燃燒的兩種常用方式，擴散燃燒火焰面溫度高，燃燒穩定性好，但NOx排放高，預混燃燒可調整燃空比降低火焰面溫度，控制NOx排放生成，但燃燒穩定性較擴散燃燒差。

現有燃氣輪機普遍采用干式低氮分級燃燒技術降低NOx排放，即將燃料分成主燃料和值班燃料分級進入燃燒室參與燃燒，主燃料采用預混燃燒方式，值班燃料采用擴散燃燒方式，這樣結合了擴散燃燒和預混燃燒各自的優點，即可確保燃氣輪機燃燒穩定，又可有效控制NOx排放。燃氣輪機值班燃料和主燃料的分配比例跟隨燃氣輪機負荷變化，在燃氣輪機啟機過程中，為了確保燃燒室燃燒穩定，一般參與擴散燃燒的值班燃料占主導，這也意味著啟機過程燃氣輪機的NOx排放很難被控制，經常會在煙囪看到冒黃煙現象。為了解決煙囪冒黃煙的問題，燃氣輪機制造商設計了全預混燃燒系統，即值班燃料和主燃料均采用預混燃燒方式，這種技術在一定程度上降低了啟機過程燃氣輪機的NOx排放，但并不能完全解決冒黃煙問題，在燃氣輪機啟機過程部分時段仍能看到微弱黃煙；另燃氣輪機制造商設計的全預混燃燒系統采用的是強旋流燃料噴嘴結構，依靠燃料噴嘴上的旋流葉片形成強旋轉射流，在燃料噴嘴出口形成用于穩定點火的高溫回流區，回流區的存在雖然可提高燃燒穩定性，但也增加了燃燒后的煙氣在燃燒室內的停留時間，促使熱力型NOx污染物生成，這必然導致燃氣輪機在穩定負荷工況下，仍存在一定的NOx排放，很難直接滿足日益嚴苛的污染物排放法規要求，一般還需在余熱鍋爐內通過加裝脫銷裝置才能解決NOx排放高的難題，增加了系統運行復雜性和運行成本。

發明內容

為了解決在役燃氣輪機啟機過程冒黃煙和穩定負荷運行下NOx排放問題，本發明提出一種采用全預混低氮燃燒方式的燃氣輪機發電裝置。本發明基于弱旋流燃料噴嘴較強旋流燃料噴嘴NOx排放低的性能優勢，在燃氣輪機中采用了旋流數可自適應調整的全預混分級燃燒燃料噴嘴結構，燃料噴嘴上的旋流葉片角度可跟隨燃氣輪機負荷自動變化，使壓氣機壓縮后的空氣經燃料噴嘴后形成不同強度的旋轉射流進入燃燒室進行燃燒。當燃氣輪機負荷較低時，燃料噴嘴工作在強旋流燃料噴嘴模式，以確保燃氣輪機燃燒穩定；隨著燃氣輪機負荷增加，燃料噴嘴逐漸從強旋流模式轉變為弱旋流燃料噴嘴模式，以有效控制NOx排放。

本發明采用如下技術方案來實現的：

一種采用全預混低氮燃燒方式的燃氣輪機發電裝置，包括進氣道、壓氣機、燃燒室、透平、排氣道、轉子和發電機；

呈喇叭收縮型的進氣道布置在燃氣輪機的最前端，其下游與壓氣機相連，燃燒室以設定傾角周向均勻布置在壓氣機和透平之間，燃燒室出口與透平入口相連，燃氣輪機排氣道布置在燃氣輪機最右側，壓氣機和透平通過轉子連接，發電機位于發電裝置的最左側，發電機軸與轉子相連。

本發明進一步的改進在于，燃氣輪機的燃燒室采用的是全預混低氮燃燒方式，燃燒室燃料噴嘴的預混旋流葉片和值班旋流葉片均設計成旋流數能夠自適應變化調整結構。

本發明進一步的改進在于，所述燃料噴嘴包括燃料噴嘴外壁、預混燃料外壁、值班空氣外壁、值班燃料外壁、吹掃空氣外壁、預混旋流葉片、值班旋流葉片、環形預混燃料隔板和環形值班燃料隔板；其中，燃料噴嘴外壁、預混燃料外壁、值班空氣外壁、值班燃料外壁和吹掃空氣外壁均為同心圓形截面薄壁結構；