[发明专利]一种燃气轮机低污染燃烧室双旋流头部结构

说明书

本发明涉及一种燃气轮机低污染燃烧室双旋流头部结构，由位于中心的预燃级和外围的主燃级构成；其中预燃级包括预燃级旋流器、预燃级气体燃料喷孔、预燃级非旋空气进口和预燃级预混腔，主燃级包括主燃级旋流器、主燃级气体燃料喷孔、主燃级非旋空气进口和主燃级预混腔；主燃级和预燃级均是气体燃料与旋流空气、非旋空气先在预混腔内形成均匀的可燃气，然后再流向头部下游；主燃级和预燃级均采用预混燃烧，能保证燃烧室污染物排放大大降低；另外主燃级和预燃级均采用旋流空气和非旋空气相结合的进气方式，能减小头部出口气流的旋流强度，降低发生振荡燃烧的的风险。

技术领域

本发明属于气体燃料地面燃气轮机低污染燃烧室领域，涉及一种燃气轮机低污染燃烧室双旋流头部结构，具体是一种双旋流贫燃预混的低污染燃烧室头部方案。

背景技术

随着人们环保意识的加强，世界各国都相应地制定了环境保护条例，对各种燃烧设备和动力装置的污染物排放量进行严格的限量规定。燃料在燃烧过程中产生的污染物包括NO_x、CO、UHC未燃碳氢化合物等，通常人们特别关注NO_x的污染排放问题。1979年，美国法定要求燃气轮机的NO_x排放量不能超过75ppm体积分数，干态，近年来则把NO_x排放量降低到25ppm体积分数，干态。2011年我国实施的火电厂大气污染物排放标准要求工业燃气轮机的NO_x排放量低于25ppm体积分数，干态。

污染物的排放与燃烧室的设计、所使用的燃料种类以及运行工况参数密切相关。为了达到日益严格的环保要求，世界各燃气轮机制造商都发展了各自的控制污染物排放的技术，并不断地持续改进。NO_x的污染排放水平已成为燃气轮机市场激烈竞争的焦点和燃机市场的准入门槛。目前世界上有几项重点研究的低污染燃烧室方案，如贫油预混燃烧室、富油急冷贫油燃烧室等。美国GE公司采用LPPLean Premixed Prevaporised技术研制了TAPS系列低污染燃烧室，其燃烧组织方式是预燃级采用扩散燃烧、主燃级采用预混燃烧，能有效降低大工况下的NOx排放，TAPSⅡ低污染燃烧室的NOx排放比CAEP6的规定降低60％。美国PW公司采用RQLRich burn-Quench-Lean burn低污染燃烧技术设计了TALONⅡ系列燃烧室，采用的头部结构是PW公司发展的空气雾化喷嘴，燃烧室为单环腔，其NO_x排放水平刚能满足CAEP6的要求。

国内对燃气轮机低污染燃烧室的研发设计进行得也是如火如荼，近年来有许多关于低污染燃烧室的专利。专利201510673156.0公开了一种低污染燃烧室设计方案，预燃级采用扩散燃烧和预混燃烧相结合的方式，主燃级采用预混预蒸发燃烧方式，有利于均匀燃烧并降低污染物排放；专利201410643105.9公开了一种主燃级贫预混的分层部分预混低污染燃烧室，值班级采用扩散燃烧，主燃级采用贫油预混燃烧，在大工况时，值班级和主燃级同时工作，主燃区处于贫油状态，能够显著降低NOx的排放。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种燃气轮机低污染燃烧室双旋流头部结构，运用贫燃预混低污染燃烧技术，提供了一种适用于气体燃料地面燃机低污染燃烧室的双旋流头部方案，主燃级和预燃级均采用旋流空气和非旋流空气相结合的进气方式，既能提高燃料-空气的混合均匀度来保证污染物生成量符合排放要求，同时又能减小头部出口混合气流的旋流强度以降低贫燃预混燃烧室发生振荡燃烧的风险。

技术方案