一种低污染燃烧器结构的制作方法

1.本发明涉及先进制造装备技术领域，更确切地说，它涉及一种低污染燃烧器结构。


背景技术：

2.随着能源紧缺及全世界对环境问题的重视，各国对燃机轮机的污染排放性能和燃烧效率要求日趋严格，一般要求燃气轮机在50％以上负荷区间，燃烧室排放能维持在较低水平，同时保持较高的燃烧效率。对于气态燃料(如甲烷)，为了达到低排放水平，预混燃烧技术被广泛采用。虽然预混燃烧能达到较低的排放水平，但在机组运行过程中，容易因为各种故障(喷嘴堵塞、污垢或设计缺陷)造成混气速度小于火焰速度，进而发生回火引起燃烧器损坏等。预混燃烧更容易产生热声振荡现象，热释放率波动与压力波动相互作用，形成更大振幅、更大能量的燃烧噪音，对燃烧器本体结构产生破坏。
3.提高燃气轮机的多燃料适应性是地面燃气轮机燃烧器的一种重要发展方向，可以合理利用地球上各种气态、液态燃料，节约能源，提高燃机的经济型和市场竞争力。双燃料燃烧器的污染排放要求相对于单燃料更加严苛，要求在液态燃料工作时，需要满足液态燃料的污染排放要求；在气态燃料工作时，需要满足气态燃料的污染排放要求。目前，关于低污染双燃料燃烧器的文献和专利并不多。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服现有技术中的不足，提出了一种低污染燃烧器结构。
5.第一方面，提供了一种低污染燃烧器结构，包括：燃烧器机匣、火焰筒燃烧段、火焰筒螺旋段、火焰筒装配段、挡板和燃烧器头部；所述火焰筒螺旋段位于火焰筒燃烧段和火焰筒装配段之间，所述火焰筒螺旋段的一端通过螺旋空心管前端部与火焰筒燃烧段相连接，另一端通过螺旋空心管后端部与火焰筒装配段相连接；
6.所述火焰筒螺旋段由若干个螺旋段空心管道、若干个补充燃料进气管道以及若干个补充燃料喷射口构成；在螺旋段空心管道靠近火焰筒轴线的一侧沿着螺旋线方向均匀分布着多个补充燃料喷射口；所述燃料进气管道位于螺旋段空心管道远离火焰筒轴线的一侧。
7.作为优选，所述螺旋段空心管道轴线与火焰筒轴线重合，螺旋段空心管道的螺旋中心线直径与火焰筒燃烧段的壁面中线直径相等，螺旋段空心管道的管道外径与火焰筒壁面厚度一致。
8.作为优选，所述若干个补充燃料进气管道包括：第一路补充燃料进气管道、第二路补充燃料进气管道和第三路补充燃料进气管道。
9.作为优选，所述燃烧器头部由主路燃料系统、一级旋流器和二级旋流器等构成，一级旋流器有6个直叶片，二级旋流器有8个直叶片，一级旋流器和二级旋流器的旋向相反；主路燃料系统由主路燃料进口管道和主路燃料喷射口构成，主路燃料喷口数量为6个。
10.第二方面，提供了一种如第一方面所述低污染燃烧器结构的工作方法，包括：
11.s1、空气从燃烧器机匣1与火焰筒之间的环腔进入后，一部分从螺旋段空心管道34的间隙直接进入火焰筒，另一部分从一级旋流器与二级旋流器进入火焰筒；
12.s2、主路燃料从主路燃料进口管道进入后，从主路燃料喷射口喷入火焰筒内部，与从一级旋流器和二级旋流器过来的空气进行混合燃烧，燃烧模式为扩散燃烧，具有较好的稳定性，能为补充燃料燃烧提供稳定的点火源，且主路燃料喷口与一级旋流叶片数量和轴向位置一一对应，能形成较小尺度的火焰结构，能降低部分的nox排放；
13.s3、补充燃料从补充燃料进气管道进入螺旋段空心管道，并从均匀分布在螺旋段空心管道上的补充燃料喷射口喷入火焰筒内部，与从燃烧器头部过来的高温烟气、未燃空气以及从螺旋段空心管道间隙过来的空气进行混合燃烧，该燃烧模式为部分预混燃烧，能够极大降低燃烧温度和nox排放，且由于补充燃料和空气在火焰筒较大空间内进行预混，无回火风险。
14.作为优选，s1中，两部分的空气比例通过改变螺旋段空心管道的螺距或者间隙来调节。
15.作为优选，s2和s3中，所述主路燃料和所述补充燃料为液态燃料或气态燃料，所述液态燃料包括航空煤油，所述气态燃料包括天然气、氢气和氨气，补充燃料与主燃料可以一致，也可以不一样。
16.第三方面，提供了一种如第一方面所述低污染燃烧器结构的补充燃料进气管道的控制方法，其特征在于，包括：
17.s1、在主路燃料和一二次旋流器空气点燃并稳定燃烧后，随着燃料的增加，燃烧室的功率增加，燃气轮机的转速也逐渐提升；当转速升高至额定转速时，此时燃气轮机的做功和耗功相互抵消，此时继续增加燃料流量，继续保持主路燃料燃烧；
18.s2、当燃气轮机的做功为额定负载的25％，打开第一路补充燃料进气管道的控制阀门，使主路燃料和第一路补充燃料同时保持燃烧状态；
19.s3、当燃气轮机的做功为额定负载的50％时，打开第二路补充燃料进气管道的控制阀门，使主路燃料和第一路补充燃料、第二路补充燃料同时保持燃烧状态；
20.s4、当燃气轮机的做功为额定负载的75％时，打开第三路补充燃料进气管道的控制阀门，使主路燃料和第一路补充燃料、第二路补充燃料、第三路补充燃料同时保持燃烧状态。
21.本发明的有益效果是：
22.1.本发明提高燃料调节灵活性和均匀性，降低污染排放。主路燃料和补充燃料可以采用相同的燃料，也可以采用不同的燃料，提高了燃料应用的灵活性；且补充燃料为部分预混燃烧模式，不仅降低了燃烧温度和no
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排放，还能杜绝回火等风险。
23.2.本发明改善燃烧时的热声振荡，由于火焰筒螺旋段为螺旋结构，具有一定弹性和变形性，可以改变声波在火焰筒内的传播频率和相位，可以有效防止热声振荡的产生。
24.3.本发明吸纳火焰筒热变形、释放火焰筒热应力、提高火焰筒寿命。由于火焰筒螺旋段为螺旋结构，具有一定弹性和变形性，因此可以吸纳由于温差造成的火焰筒位移和变形，有效释放了火焰筒应力，提高了火焰筒的寿命。
25.4.本发明提高了空气分配可调节性。空气进入环腔后，一部分从螺旋空心管道的间隙直接进入火焰筒，另一部分从一、二级旋流器进入火焰筒，可以通过改变螺旋空心管的
螺距(或者间隙)来调节各部分的空气分配，进而精细调节火焰筒内各区域的空气量。
附图说明
26.图1为低污染燃烧器的结构示意图；
27.图2为火焰筒螺旋段的结构示意图；
28.图3为燃烧器头部的结构示意图；
29.附图标记说明：1-燃烧器机匣；2-火焰筒燃烧段；3-火焰筒螺旋段；4-火焰筒装配段；5-挡板；6-燃烧器头部；31-第一路补充燃料进气管道；32-第二路补充燃料进气管道；33-第三路补充燃料进气管道；34-螺旋段空心管道；35-补充燃料喷射口；36-螺旋空心管前端部；37-螺旋空心燃料管后端部；61-主路燃料进口管道；62-主路燃料喷射口；63-一级旋流器；64；一级旋流器外侧隔板；65-二级旋流器；66-二级旋流器外侧隔板。
具体实施方式
30.下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
31.实施例1：
32.一种低污染燃烧器结构，如图1所示，包括：燃烧器机匣1、火焰筒燃烧段2、火焰筒螺旋段3、火焰筒装配段4、挡板5和燃烧器头部6；火焰筒螺旋段3位于火焰筒燃烧段2和火焰筒装配段4之间，火焰筒螺旋段3的一端通过螺旋空心管前端部36与火焰筒燃烧段2相连接，另一端通过螺旋空心管后端部37与火焰筒装配段4相连接，为火焰筒螺旋段3提供固定支撑。
33.如图2所示，火焰筒螺旋段3由若干个螺旋段空心管道34、若干个补充燃料进气管道以及若干个补充燃料喷射口35构成；在螺旋段空心管道34靠近火焰筒轴线的一侧沿着螺旋线方向均匀分布着多个补充燃料喷射口35，用以向火焰筒内喷射补充燃料；所述燃料进气管道位于螺旋段空心管道34远离火焰筒轴线的一侧。
34.螺旋段空心管道34轴线与火焰筒轴线重合，螺旋段空心管道34的螺旋中心线直径与火焰筒燃烧段2的壁面中线直径相等，螺旋段空心管道34的管道外径与火焰筒壁面厚度一致。
35.若干个补充燃料进气管道包括：第一路补充燃料进气管道31、第二路补充燃料进气管道32和第三路补充燃料进气管道33。
36.如图3所示，燃烧器头部6由主主燃料系统、一级旋流器63和二级旋流器65构成，一级旋流器63有6个直叶片，二级旋流器65有8个直叶片，一级旋流器63和二级旋流器65的旋向相反。主路燃料系统由主路燃料进口管道61和主路燃料喷射口62构成，主路燃料喷口数量为6个。主路燃料从主路燃料进口管道61进入后从主路燃料喷射口62喷入火焰筒内部，与从一二级旋流器过来的空气进行混合燃烧。主燃料可以为液态燃料，如航空煤油，也可以为气态燃料，如天然气、氢气、氨气等。
37.补充燃料从补充燃料进气管道进入螺旋段空心管道34，并从均匀分布在螺旋段空心管道34上的补充燃料喷射口35喷入火焰筒内部，与从燃烧器头部6过来的高温烟气、未燃
空气以及从螺旋段空心管道34间隙过来的空气进行混合燃烧，能尽可能保证燃烧均匀，降低no
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排放。补充燃料可以为液态燃料，如航空煤油，也可以为气态燃料，如天然气、氢气、氨气等。补充燃料与主燃料可以一致，也可以不一样。
38.空气从燃烧器机匣1与火焰筒之间的环腔进入后，一部分从螺旋段空心管道34的间隙直接进入火焰筒，另一部分从一级旋流器63和二级旋流器65进入火焰筒，两部分的空气比例可以通过改变螺旋段空心管道34的螺距(或者间隙)来调节。
39.主燃料与一二级旋流器的空气形成扩散燃烧，主要用于提供稳定的点火源，补充燃料可以和燃烧器头部6过来的高温烟气、未燃空气以及从螺旋空心管道34间隙过来的空气混合后进行燃烧，形成部分预混燃烧模式，能极大降低火焰温度和nox排放，并且补充燃料和空气是在火焰筒大空间内进行预混，可以杜绝回火等燃烧现象。
40.实施例2：
41.螺旋段上有若干个螺旋段空心管道34(图1以一个螺旋段空心管道34为例)，每个螺旋段空心管道34外侧可以有若干个补充燃料进气管道(图2以3个补充燃料进气管道为例，定义为第一路补充燃料进气管道31；第二路补充燃料进气管道32和第三路补充燃料进气管道33)，可以根据燃气轮机的负荷来决定补充燃料管道的开启情况：
42.(1)在主路燃料和一二次旋流器空气燃烧后，随着燃料的增加，燃烧室的功率增加，燃气轮机的转速也逐渐提升；当转速升高至额定转速时，此时燃气轮机的做功和耗功相互抵消，此时继续增加燃料流量，继续保持主燃料燃烧；(2)当燃气轮机的做功为额定负载的25％，打开第一路补充燃料进气管道31的控制阀门，使主燃料和第一路补充燃料同时保持燃烧状态；(3)当燃气轮机的做功为额定负载的50％时，打开第二路补充燃料进气管道32的控制阀门，使主路燃料和第一路补充燃料、第二路补充燃料同时保持燃烧状态；(4)当燃气轮机的做功为额定负载的75％时，打开第三路补充燃料进气管道32的控制阀门，使主路燃料和第一路补充燃料、第二路补充燃料、第三路补充燃料同时保持燃烧状态。

技术特征：
1.一种低污染燃烧器结构，其特征在于，包括：燃烧器机匣(1)、火焰筒燃烧段(2)、火焰筒螺旋段(3)、火焰筒装配段(4)、挡板(5)和燃烧器头部(6)；所述火焰筒螺旋段(3)位于火焰筒燃烧段(2)和火焰筒装配段(4)之间，所述火焰筒螺旋段(3)的一端通过螺旋空心管前端部(36)与火焰筒燃烧段(2)相连接，另一端通过螺旋空心管后端部(37)与火焰筒装配段(4)相连接；所述火焰筒螺旋段(3)由若干个螺旋段空心管道(34)、若干个补充燃料进气管道以及若干个补充燃料喷射口(35)构成；在螺旋段空心管道(34)靠近火焰筒轴线的一侧沿着螺旋线方向均匀分布着多个补充燃料喷射口(35)；所述燃料进气管道位于螺旋段空心管道(34)远离火焰筒轴线的一侧。2.根据权利要求1所述的低污染燃烧器结构，其特征在于，所述螺旋段空心管道(34)轴线与火焰筒轴线重合，螺旋段空心管道(34)的中线直径与火焰筒燃烧段(2)的壁面中线直径相等，螺旋段空心管道(34)的管径与火焰筒壁面厚度一致。3.根据权利要求1所述的低污染燃烧器结构，其特征在于，所述若干个补充燃料进气管道包括：第一路补充燃料进气管道(31)、第二路补充燃料进气管道(32)和第三路补充燃料进气管道(33)。4.根据权利要求1所述的污染燃烧器结构，其特征在于，所述燃烧器头部(6)由主燃料系统、一级旋流器(63)和二级旋流器(65)构成，一级旋流器(63)有6个直叶片，二级旋流器(65)有8个直叶片，一级旋流器(63)和二级旋流器(65)的旋向相反。5.一种如权利要求1所述低污染燃烧器结构的工作方法，其特征在于，包括：s1、空气从燃烧器机匣(1)与火焰筒之间的环腔进入后，一部分从螺旋段空心管道(34)的间隙直接进入火焰筒，另一部分从一级旋流器(63)和二级旋流器(65)进入火焰筒；s2、主路燃料从主路燃料进口管道(61)进入后，从主路燃料喷射口(62)喷入火焰筒内部，与从一级旋流器(63)和二级旋流器(65)过来的空气进行混合燃烧，形成扩散燃烧模式；s3、补充燃料从补充燃料进气管道进入螺旋段空心管道(34)，并从均匀分布在螺旋段空心管道(34)上的补充燃料喷射口(35)喷入火焰筒内部，与从燃烧器头部(6)过来的高温烟气、未燃空气以及从螺旋段空心管道(34)间隙过来的空气进行混合燃烧，形成部分预混燃烧模式。6.根据权利要求5所述的低污染燃烧器结构的工作方法，其特征在于，s1中，两部分的空气比例通过改变螺旋段空心管道(34)的螺距或者间隙来调节。7.根据权利要求5所述的低污染燃烧器结构的工作方法，其特征在于，s2和s3中，所述主路燃料和所述补充燃料为液态燃料或气态燃料，所述液态燃料包括航空煤油，所述气态燃料包括天然气、氢气和氨气，主路燃烧和补充燃料一致或者不一致。8.一种如权利要求1所述低污染燃烧器结构的补充燃料进气管道的控制方法，其特征在于，包括：s1、在主燃料和一二次旋流器空气燃烧后，随着燃料的增加，燃烧室的功率增加，燃气轮机的转速也逐渐提升；当转速升高至额定转速时，此时燃气轮机的做功和耗功相互抵消，此时继续增加燃料流量，继续保持主燃料燃烧；s2、当燃气轮机的做功为额定负载的25％，打开第一路补充燃料进气管道(31)的控制阀门，使主路燃料和第一路补充燃料同时保持燃烧状态；
s3、当燃气轮机的做功为额定负载的50％时，打开第二路补充燃料进气管道(32)的控制阀门，使主路燃料和第一路补充燃料、第二路补充燃料同时保持燃烧状态；s4、当燃气轮机的做功为额定负载的75％时，打开第三路补充燃料进气管道(32)的控制阀门，使主路燃料和第一路补充燃料、第二路补充燃料、第三路补充燃料同时保持燃烧状态。

技术总结
本发明涉及一种低污染燃烧器结构，包括：燃烧器机匣、火焰筒燃烧段、火焰筒螺旋段、火焰筒装配段、挡板和燃烧器头部；火焰筒螺旋段位于火焰筒燃烧段和火焰筒装配段之间，火焰筒螺旋段的一端通过螺旋空心管前端部与火焰筒燃烧段相连接，另一端通过螺旋空心管后端部与火焰筒装配段相连接。本发明的有益效果是：本发明提高燃料调节灵活性和均匀性，降低污染排放。主路燃料和补充燃料可以采用相同的燃料，也可以采用不同的燃料，提高了燃料应用的灵活性；且补充燃料为部分预混燃烧模式，不仅降低了燃烧温度和NO


技术研发人员：汪玉明 谢尉扬 蒋月红 郑渭建 秦刚华 马聪 林钢 林俊光 胡君友 张广杰
受保护的技术使用者：浙江浙能电力股份有限公司 上海慕帆动力科技有限公司
技术研发日：2023.05.06
技术公布日：2023/8/6