[发明专利]燃气轮机轴向分级燃烧室及其控制方法

权利要求书

1.一种燃气轮机轴向分级燃烧室，其特征在于，包括：燃烧室结构组件、一级预混射流喷嘴组件、一级值班喷嘴组件和二级预混射流喷嘴组件，其中，

所述燃烧室结构组件包括：一二级燃烧室火焰筒，固定于一燃烧室机匣内壁，一二级燃烧室头部挡板，固定于所述二级燃烧室火焰筒头部，一一级燃烧室火焰筒，其末端与所述二级燃烧室头部挡板相连，一一级燃烧室头部挡板，固定于所述一级燃烧室火焰筒进口端，所述一级燃烧室火焰筒进口端上附有若干喷嘴组件，所述燃烧室机匣前端进口连接压气机排气缸，一燃烧室过渡段一端连接二级燃烧室火焰筒出口端，另一端连接透平进口；

所述一级预混射流喷嘴组件包括：N个一级预混喷嘴贯穿一一级燃料分配环腔，且满足N≥3，所述N个一级预混喷嘴沿周向均匀穿过所述一级燃烧室头部挡板并插入一定的深度H₁，满足：2R₃≤H₁≤R₁，其中，R₃为所述各一级预混喷嘴内径，R₁为一级燃烧区火焰筒内径，所述一级燃料分配环腔与所述一级燃烧室头部挡板相连接，各一级预混喷嘴壁面开有两排周向分布的燃料孔，两排孔的间距L₁视实际燃烧室尺寸而定，每排燃料孔个数为P，满足P≥4，所述一级燃料分配环腔外接一级燃料进口导管，一级燃料经进口导管进入一级燃料分配环腔，然后通过一级预混喷嘴壁面的燃料孔垂直射流进入一级预混喷嘴，与来流空气充分预混后以平行高速射流形式进入一级燃烧区并发生预混燃烧；

所述一级值班喷嘴组件位于所述一级燃烧室头部挡板中心位置，包括：一外侧值班空气旋流喷嘴和一中心值班燃料喷嘴；

所述二级预混射流喷嘴组件包括：K个二级预混喷嘴贯穿一二级燃料环腔，并沿周向均匀分布在所述二级燃烧室头部挡板之上，满足K≥6，同时二级燃料导管连接二级燃料环腔，供二级燃料的导入，所述二级燃料环腔与所述二级燃烧室头部挡板相连接，所述二级预混喷嘴壁面开有两排燃料孔，二级燃料经二级燃料导管进入二级燃料环腔，然后通过二级预混喷嘴壁面的燃料孔射流进入二级预混喷嘴，并经由二级预混喷嘴进入二级燃烧室，以通过卷吸回流实现二级燃料和一级预混喷嘴引射的高温烟气的充分掺混。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机轴向分级燃烧室，其特征在于，所述各一级预混喷嘴的喷嘴入射方向与燃烧室轴向平行。

3.根据权利要求1所述的燃气轮机轴向分级燃烧室，其特征在于，所述N个一级预混喷嘴所处圆周半径R₂满足：R₁/2≤R₂≤5R₁/6。

4.根据权利要求1所述的燃气轮机轴向分级燃烧室，其特征在于，所述一级值班喷嘴组件的外侧值班空气旋流喷嘴入口设有径向旋流器，所述径向旋流器结构为具有M个旋流角为θ₁的旋流槽道，满足M≥4，30°≤θ₁≤60°，所述该外侧值班空气旋流喷嘴出口设有张角为θ₂的锥罩，满足30°≤θ₂≤45°，且锥罩高度H₁满足：2R₃≤H₁≤R₁。

5.根据权利要求1或4所述的燃气轮机轴向分级燃烧室，其特征在于，所述一级值班喷嘴组件根据实际需求选择安装或者不安装。

6.根据权利要求1所述的燃气轮机轴向分级燃烧室，其特征在于，还包括：二级燃料射流速度为100 m/s -200m/s。

7.根据权利要求1所述的燃气轮机轴向分级燃烧室，其特征在于，二级燃烧区为环形燃烧室所围成的环形空间，所述环形空间的高度H₂满足3/2 R₁≤H₂≤8 R₁。

8.一种燃气轮机轴向分级燃烧室的控制方法，其特征在于，用于控制权利要求1至7中任一项权利要求所述的燃气轮机轴向分级燃烧室燃烧，包括：

步骤A：点火时，空气进入外侧值班空气旋流喷嘴和一级预混喷嘴，向中心值班燃料喷嘴供入燃料，开启点火器点燃中心值班燃料喷嘴，燃烧室进入点火状态，点火后进一步增加中心值班燃料喷嘴燃料量以维持燃烧室稳定燃烧；

步骤B：随着负荷提升，向一级预混喷嘴供入燃料，当一级预混喷嘴燃料量增大至可在一级燃烧区形成独立稳定的柔和燃烧时，降低中心值班燃料喷嘴燃料量直至为零；

步骤C：进一步提高一级预混喷嘴供入的燃料量，直至其燃料量达到一级燃烧区的预定负荷；

步骤D：开启二级燃料供应，进一步提高燃烧室热负荷，直至达到满负荷运行；

步骤E：当燃烧室需要在变负荷工况条件下运行时，在保持一级燃料量固定的情况下，调节二级燃料供应量以响应负荷变化，若燃烧室负荷低至一级预定负荷时，关闭二级燃料供应，进一步降低一级燃料量供应以实现燃烧室的低负荷运行；

步骤F：当燃烧室需要熄火时，参考步骤E关闭二级燃料供应并降低一级主燃燃料供应，然后开启值班喷嘴，进一步减小并关闭一级主燃燃料供应，最后减小并关闭值班燃料供应，完成熄火。