一种降低燃气轮机污染物排放的分区预混燃烧方法

摘要

一种降低燃气轮机污染物排放的分区预混燃烧方法，重型燃气轮机燃烧室主要由环形区、均匀区、扩散区，以及中心区、一级回流区和二级回流区等组成；在燃气轮机额定功率范围内，随着功率的升高，具体表现为以下五个阶段：燃烧模式为扩散燃烧；首先实现了均匀区燃烧模式的变换；实现了环形区燃烧模式的变换；实现了对整个燃烧室过量空气系数的调整，满足了提高燃烧效率、降低污染物排放的需要；最终完成整个燃烧室燃烧模式的变换；从燃烧室的整个工作过程可以看出，在70％以上的大功率状态下，燃烧室是以大比例的预混燃烧模式进行工作，抑制了污染物氮氧化物的生成。本发明的优点：应用于重型燃气轮机的燃烧室性能试验中，污染物排放降低了50％。

主权项

一种降低燃气轮机污染物排放的分区预混燃烧方法，其特征在于：燃气轮机燃烧室主要由环形区、均匀区、扩散区，以及中心区、一级回流区和二级回流区组成，各部分之间均采用焊接连接；燃气轮机燃烧室的轴向布置有两道文丘里式节流环，用于收紧火焰和产生回流，防止火焰筒壁温过高；环形区位于火焰筒头部外侧，其前壁板上装有8个微型旋流器，由火焰筒内、外壁和一级文丘里式节流环组成；均匀区位于火焰筒头部内侧，由中心旋流器、火焰筒内壁和前壁板组成；扩散区位于中心旋流器后侧，设有值班燃料喷嘴，以较小的燃料量保持扩散燃烧，起到稳定火焰，防止燃烧室熄火的作用；在燃气轮机额定功率范围内，除扩散区外，环形区和均匀区均以预混模式燃烧，实现降排放燃烧技术在此燃烧室上的应用；随着预混燃烧功率的升高，预混燃烧过程具体表现为以下五个阶段：第一阶段：自点火成功至20％预混燃烧功率的过程中，燃料100％进入环形区喷嘴，此时，仅环形区工作，燃烧模式为扩散燃烧；第二阶段：当预混燃烧功率达到30％时，均匀区喷嘴和扩散区喷嘴开始投入工作；此时，燃料进行重新分配，总燃料量的3％进入扩散区，35.3％进入均匀区，61.7％进入环形区，环形区和扩散区以扩散燃烧模式工作；进入均匀区的燃料在中心旋流器前并未被点燃，而是先与来流空气进行预混，经中心旋流器搅拌后被扩散区的值班火焰点燃后进行燃烧；在此阶段首先实现了均匀区燃烧模式的变换；第三阶段：当预混燃烧功率达到40％时，环形区燃料量逐渐减少，直至熄火，同时把减少的燃料量供给均匀区，保证总燃料量不变，防止燃气轮机功率下降；通过环形区外侧的壁温热电偶确认环形区熄火后，恢复向环形区供给燃料，同时减少均匀区燃料，达到第二阶段的燃料分配比例；此时，环形区不再点燃，作为燃料与空气的预混室使用；可燃混合气经一级文丘里式节流环产生回流后，由扩散区值班火焰点燃，在中心区进行燃烧；在此阶段实现了环形区燃烧模式的变换；第四阶段：当预混燃烧功率达到70％时，燃料再次进行重新分配，总燃料量的3％进入扩散区，30.3％进入均匀区，66.7％进入环形区；在此阶段实现了对整个燃烧室过量空气系数的调整，满足了提高燃烧效率、降低污染物排放的需要；第五阶段：当预混燃烧功率从70％提升至额定功率后，最终完成整个燃烧室燃烧模式的变换；从燃烧室的整个工作过程可以看出，在70％以上的大功率状态下，燃烧室是以大比例的预混燃烧模式进行工作，其中预混燃烧模式燃烧的燃料量占总燃料量的比例为97％，扩散燃烧模式燃烧的燃料量占总燃料量的比例为3％，经过良好预混的燃料与空气的可燃混合物经一、二级文丘里式节流环产生回流后，较大的增加了在火焰筒内的驻留时间，提高燃烧效率的同时，有效的抑制了污染物一氧化碳(CO)和未燃碳氢化合物(UHC)的生成；环形区的燃料与空气的可燃混合气经一级文丘里式节流环产生回流后，与扩散区值班火焰相遇燃烧，并和来流的均匀区可燃混合气共同组成中心火焰炬，由于此时的环形区与均匀区是熄火状态，因此其可燃混合气温度较低，对中心火焰炬起到了冷却作用，使中心火焰炬燃烧温度控制在特定的温度区间内，具体为1670K～1900K。