一种分级供氧燃烧室及燃气轮机分级供氧燃烧方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110375330A(43)申请公布日2019.10.25(21)申请号201910492576.7(22)申请日2019.06.06(71)申请人清华大学地址100084北京市海淀区清华园1号(72)发明人李苏辉钱文凯朱民(74)专利代理机构北京三聚阳光知识产权代理有限公司11250代理人张建纲(51)Int.Cl.F23R3/00(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称一种分级供氧燃烧室及燃气轮机分级供氧燃烧方法(57)摘要本发明公开了一种适用于富氧燃烧燃气轮机的分级供氧燃烧室及分级燃烧方法。分级供氧燃烧室分为主燃区、次燃区和掺混区。主燃区前端设置主喷嘴，用于喷入燃料、一级氧气和一级二氧化碳。次燃区前部设置次级喷嘴，用于喷入二级氧气和二级二氧化碳。掺混区设置有掺混孔，用于通入三级二氧化碳。低负荷状态下，燃料和氧气全部供应到主燃区，使燃料在主燃区为贫燃燃烧，减少CO排放；高负荷状态下，增加次燃区二级氧气供应，使燃料在主燃区为富燃燃烧，减少NOx排放。本发明具有运行负荷调节范围宽(可调比高)、CO和NOx排放低等优点。CN110375330ACN110375330A权利要求书1/2页1.一种分级供氧燃烧室，所述分级供氧燃烧室(1)能够用于富燃燃气轮机，所述分级供氧燃烧室(1)至少设置一个，所述分级供氧燃烧室(1)包括燃烧室外套和设置在燃烧室外套内的火焰筒(11)，所述火焰筒(11)为一端呈圆弧形收缩状的筒状结构，所述火焰筒(11)和所述燃烧室外套之间为工质气体通道，其特征在于，按进出气流向为前后方向，所述火焰筒(11)内由前往后依次分为主燃区(15)、次燃区(16)和掺混区(17)；所述主燃区(15)前端设置有主喷嘴(12)；所述次燃区(16)壁面设置有两个以上次级喷嘴(13)，所述次级喷嘴(13)包括次级氧气喷口(131)和次级二氧化碳喷口(132)，所述次级二氧化碳喷口(132)与所述工质气体通道连通；所述次级喷嘴(13)靠近主燃区(15)一端环绕着次燃区(16)对称或均匀布置；所述掺混区(17)壁面设置有若干掺混孔(14)，所述掺混孔(14)环绕着掺混区(17)均匀布置。2.根据权利要求1所述的分级供氧燃烧室，其特征在于，所述主喷嘴(12)包括燃料通道(121)、主氧气通道(122)和主二氧化碳通道，所述主二氧化碳通道与所述火焰筒和燃烧室外套之间的工质气体通道连通。3.根据权利要求2所述的分级供氧燃烧室，其特征在于，所述燃烧室还包括设置在所述主喷嘴(12)前部的旋流器(123)和设置在主燃区(15)前端的点火装置。4.一种燃气轮机，其特征在于，其包括依次连接布置的压气机(7)，如权利要求1-3中任一项所述的分级供氧燃烧室(1)，以及涡轮(2)，其中所述分级供氧燃烧室(1)至少设置一个。5.一种燃气轮机分级供氧燃烧方法，其使用如权利要求4所述的燃气轮机，其特征在于，所述方法包括：根据燃气轮机分级供氧燃烧室(1)主燃区(15)的极限温度，计算得到主燃区(15)最大纳氧量；将二氧化碳通过压气机(7)压缩后作为工质送入燃烧室外套与火焰筒(11)之间形成的工质气体通道，使二氧化碳分别通过主喷嘴(12)、次级二氧化碳喷口(132)和掺混孔(14)进入分级供氧燃烧室(1)的主燃区(15)、次燃区(16)和掺混区(17)，分别形成一级二氧化碳、二级二氧化碳和三级二氧化碳喷入；将适量燃料通过燃气轮机的分级供氧燃烧室(1)的主喷嘴(12)供入主燃区(15)；将燃料与总氧气量的化学当量比φ设为0.9≤φ≤1，并根据化学当量比计算总氧气流量，比较总氧气流量与主燃区(15)最大纳氧量的大小；当所述总氧气流量小于等于主燃区(15)最大纳氧量，使氧气通过主喷嘴(12)喷入主燃区(15)；使通过主喷嘴(12)进入的燃料、氧气和二氧化碳混合并点燃燃料，并使燃料和氧气在主燃区(15)内形成0.9≤φPZ≤1的贫燃燃烧，生成高温燃气；使来自主燃区(15)的高温燃气与通过次级喷嘴(13)通入的二级二氧化碳混合，形成高温烟气；当所述总氧气流量大于主燃区(15)最大纳氧量，使氧气分别通过主喷嘴(12)和次级氧气喷口(132)进入主燃区(15)和次燃区(16)，形成一级氧气供应和二级氧气供应；且通过主喷嘴(12)进入主燃区(15)的一级氧气量为主燃区最大纳氧量；使通过主喷嘴(12)进入的燃料、氧气和二氧化碳混合并点燃燃料，并使燃料和氧气在主燃区(15)内形成富燃燃烧，生成高温燃气；使来自主燃区(15)的高温燃气与通过次级喷嘴(13)通入的二级氧气和二级二氧化碳，在次燃区(16)混合并使高温燃气中的未完全燃烧成分燃烧完全，生成高温烟气；2CN110375330A权利