一种燃气轮机气体燃料干式低氮燃烧装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种燃气轮机气体燃料干式低氮燃烧装置，该燃烧装置包括沿圆周向均匀排列的多个结构相同的圆管形燃烧单元；每个所述燃烧单元包括：燃烧室端盖、燃烧室小机匣、燃料喷嘴、排气缸、火焰筒钢筒、多个隔热瓦、顶盖、空气导流衬套、燃气导管外壳、空气导管、多个扰流环、燃气导管内壳、燃气出口。本实用新型燃烧装置在燃气轮机运转时可以实现：气体燃料和空气在燃烧前均匀混合形成稀预混气，避免混合过程中可能发生的自燃和回火，从而稳定地低氮燃烧；在整个燃气轮机工作范围内燃烧加热均匀，降低火焰扰动；燃烧边界加强隔热散热和对燃烧噪声的吸收。
【专利说明】一种燃气轮机气体燃料干式低氮燃烧装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及热力学【技术领域】，尤其是一种燃气轮机气体燃料干式低氮燃烧装置。
【背景技术】
[0002]现代发电用大功率燃气轮机以燃用气体燃料为主，其燃烧装置普遍采用分管型燃烧室，即多个相同的圆筒形燃烧单元安装在燃气轮机的压气机排气缸上。
[0003]图1示出现有技术中普遍应用的燃气轮机分管型干式低氮燃烧室的一个燃烧单元的例子，图1A为燃烧单元的侧剖视图，图1B为燃料喷嘴组40的结构示意图。如图1A所示，当燃烧单元工作时，气体燃料从燃烧室端盖I引入并分配到与其内部相通的燃料喷嘴组40，所述燃料喷嘴组40包括中央燃料喷嘴2和在中央燃料喷嘴2周边排布一圈的多个燃料喷嘴3 (如图1B所示);空气通过外部压气机9进入排气缸10，再从多孔的燃气导管冷却罩6流入冷却罩6与燃气导管5之间的环形通道，在对燃气导管5形成冲击冷却后流向火焰筒4与空气导流衬套7之间的环形通道，在对火焰筒4进行冲刷冷却后流入燃烧室端盖
1、燃烧室机壳11、火焰筒顶盖8围成的空间，其中，部分空气经由多孔的火焰筒顶盖8流入火焰筒4，大部分空气进入中央燃料喷嘴2和燃料喷嘴3 ;气体燃料和空气在中央燃料喷嘴2和燃料喷嘴3内混合后流入火焰筒4，在燃烧区13内建立火焰并燃烧，燃烧产生的高温燃气流向燃气导管5，被燃气导管5引入燃气出口 12输出到透平机。
[0004]发电用燃气轮机对燃烧室性能的要求是高燃气温度、低污染、长寿命，一个例子是作为现代燃气轮机电站主力设备的F级燃气轮机燃烧室出口燃气温度需达到1400°C、烟气中氮氧化物浓度< 25ppm (折算到15%氧浓度)、检修间隔> 8000小时。
[0005]参考图1所示的燃烧单元，为了达到所述的性能指标，燃烧单元采用干式低氮燃烧技术，即气体燃料和空气在进入火焰筒4燃烧前，在中央燃料喷嘴2和燃料喷嘴3内进行掺混，形成燃料/空气比低于化学当量比的贫预混气，从而降低燃烧区的最高温度，抑制氮氧化物的生成。为了在所述贫预混气低氮燃烧的状态下实现燃烧室负荷的调节，采用燃料分级的燃烧控制技术，即对应燃烧室负荷的不同范围，采用相应的燃烧模态，对于每一种燃烧模态，中央燃料喷嘴2和燃料喷嘴3中的一个单独着火或几个联合工作。
[0006]图1所示的燃烧单元在产品开发和运行中发现以下问题:(I)中央燃料喷嘴2和燃料喷嘴3内燃料和空气掺混不够均匀，为了保持燃烧稳定，要求进入燃烧区的预混气的总体燃料/空气比与燃烧稀限之间留有足够的裕量(可参考图7);为加强燃料和空气掺混，中央燃料喷嘴2和燃料喷嘴3预混气通道的旋流器安装在空气入口一侧，远离火焰，消弱了火焰稳定机制；燃料和空气掺混的均匀程度和预混气流的扰动对燃料喷射速度(与燃料华白数关联)反应敏感；燃料和空气掺混发生在环形通道的受限旋流流动过程中，没有其他的控制机制，气流扰动和间歇性大，并且可能发生自燃和回火。上述的局限带来氮氧化物排放、燃烧振动和噪声之间协调的困难，使这些指标难以进一步降低，燃烧调整和控制的难度增加，燃料适应范围狭窄；(2)在燃料喷嘴组40多喷嘴的配置方式中，中央燃料喷嘴2和燃料喷嘴3的外缘之间的距离使喷嘴外缘接近火焰筒4，加剧了喷嘴火焰对火焰筒4内壁面的灼烧；中央燃料喷嘴2和周边燃料喷嘴3具有不同的结构，增加了产品开发、燃烧调整与控制的复杂程度；(3)多喷嘴配置和燃烧控制方式使某些燃烧模态下着火的喷嘴非均匀排布，火焰筒4被喷嘴火焰偏烧；(4)火焰筒4在承受高温的同时承受支撑结构的应力，寿命很难达到F级燃气轮机要求的8000小时；外壁冲刷冷却要求的空气流速高，并且要求火焰筒4外壁设有扰流肋片，为此增加的流阻降低燃气轮机的效率；(5)燃气导管5外壁冲击冷却引起的空气流阻大，并且在接近火焰筒4的位置因沿壁面方向流速加快冲击冷却被消弱，只能依靠加厚钴基高温合金制成的燃气导管5的厚度达到寿命要求，进一步提升性能的可能性不大。
[0007]同时，燃气轮机的发展已经对燃烧室性能又提出进一步的要求，即出口燃气温度达到1500-1700°C、烟气中氮氧化物浓度< 10ppm(折算到15%氧浓度)、检修间隔在8000小时基础上进一步延长。所述现有技术的干式低氮燃烧室及燃烧控制技术所存在的问题将更加尖锐，甚至完全不能满足进一步发展的要求。
实用新型内容
[0008]为了解决上述现有技术所存在的问题，本实用新型提出一种燃气轮机气体燃料干式低氮燃烧装置。
[0009]本实用新型提出的一种燃气轮机气体燃料干式低氮燃烧装置包括沿圆周向均匀排列的多个结构相同的燃烧单元，每个所述燃烧单元包括:燃烧室端盖14、燃烧室小机匣41、燃料喷嘴15、排气缸10、火焰筒钢筒16、多个隔热瓦18、顶盖17、空气导流衬套19、燃气导管外壳20、空气导管21、多个扰流环22、燃气导管内壳23、燃气出口 12，其中:
[0010]所述燃烧室端盖14位于所述燃烧单元的一端，用于作为气体燃料的入口 ；
[0011]所述燃气出口 12位于所述燃烧单元的另一端，并与透平机的燃气入口相通，用于将气体燃料与空气燃烧后产生的燃气输入到所述透平机中；
[0012]所述燃烧室端盖14、燃烧室小机匣41、空气导流衬套19、燃气导管外壳20依次连接，且所述燃烧室小机匣41与排气缸10的一端通过法兰连接，所述燃气导管外壳20与所述燃气出口 12的外周连接；
[0013]位于所述燃烧单元内部的火焰筒钢筒16与所述燃烧室小机匣41之间形成有第一环形通道，所述火焰筒钢筒16与空气导流衬套19之间形成有第二环形通道，所述燃气导管外壳20与位于燃烧单元内部的燃气导管内壳23之间形成有第三环形通道，上述三个环形通道相通；
[0014]所述多个隔热瓦18依次分排吊装在火焰筒钢筒16的内壁面上，与火焰筒钢筒16一同组成火焰筒；所述燃料喷嘴15的外表面通过顶盖17与所述火焰筒靠近所述燃烧室端盖14的一端的内表面连接；所述火焰筒的另一端与燃气导管内壳23的一端连接，燃气导管内壳23的另一端与所述燃气出口 12连接；
[0015]多个扰流环22固定在所述燃气导管内壳23的外表面上；
[0016]所述空气导管21 —端固接在所述燃气导管外壳20上，另一端插接于扰流环22上，并与所述第三环形通道相通；
[0017]所述排气缸10的另一端与压气机9的出口相通，所述排气缸10的内部空间与空气导管21相通。
[0018]进一步地，所述燃料喷嘴15包括燃料通道和空气通道。
[0019]进一步地，所述燃料通道的一端与所述燃烧室端盖14通过管道相通，另一端通过列阵预混器与火焰筒的入口相通。
[0020]进一步地，所述空气通道的一端经由所述燃烧室端盖14、燃烧室小机匣41、火焰筒顶盖17围成的空间与第一环形通道相通，另一端亦通过列阵预混器与火焰筒的入口相通。
[0021]进一步地，所述燃料喷嘴15包括七个结构相同的燃料喷嘴。
[0022]进一步地，所述燃料喷嘴都为圆管形。
[0023]进一步地，所述七个燃料喷嘴按照中心一个、周边六个、且外缘相切的方式集束排列。
[0024]进一步地，所述七个结构相同的燃料喷嘴的每一个包括:喷嘴机匣31、中心体28、若干排燃料喷射叶片34、燃料喷射孔32、一排旋流叶片27、预混燃料通道30、扩散燃料通道29、扩散燃料喷射孔25、清吹空气通道33、清吹空气喷射孔26，其中:
[0025]所述中心体28位于所述燃料喷嘴的中心，喷嘴机匣31位于中心体28的外围，所述喷嘴机匣31与中心体28之间形成有环形通道，所述环形通道中沿轴向依次设置有与中心体28连接的若干排燃料喷射叶片34和一排实心的旋流叶片27，所述环形通道的其他空间形成所述燃料喷嘴的空气通道，所述空气通道与火焰筒内部相通；
[0026]所述燃料喷射叶片34设置有内部通道，所述燃料喷射叶片34的表面设置有燃料喷射孔32 ；
[0027]所述中心体28的末端设置有与火焰筒内部相通的扩散燃料喷射孔25和清吹空气喷射孔26 ；
[0028]所述中心体28内沿径向并列设有预混燃料通道30、扩散燃料通道29和清吹空气通道33 ；
[0029]所述预混燃料通道30与燃料喷射叶片34的内部通道相通，用于将气体燃料经由位于燃料喷射叶片34表面的燃料喷射孔32、所述空气通道进入火焰筒内部；
[0030]所述扩散燃料通道29通过所述扩散燃料喷射孔25将燃料喷入火焰筒内部；
[0031]所述清吹空气通道33通过所述清吹空气喷射孔26将清吹空气喷入火焰筒内部，以保护中心体，避免高温灼伤。
[0032]进一步地，所述燃气导管内壳23和所述燃气导管外壳20之间焊接有多个带有波纹缓冲结构的连接柱。
[0033]进一步地，所述隔热瓦18在背离火焰的一侧设置有若干个安装结36和若干扰流柱37，所述安装结36与安装在其上的浮动环38配合，将隔热瓦18柔性地安装于火焰筒钢筒16的内壁面处；隔热瓦18面向火焰的侧表面上涂覆有耐高温涂层35。
[0034]本实用新型所公开的燃气轮机气体燃料干式低氮燃烧装置具有的有益效果是:所述燃烧装置在燃气轮机运转时可以稳定地低氮燃烧；在整个燃气轮机工作范围内燃烧装置的加热均匀，能够降低火焰扰动；且燃烧边界能够加强隔热和对燃烧噪声的吸收。
【专利附图】
【附图说明】[0035]图1是现有技术中普遍应用的燃气轮机分管型干式低氮燃烧室的一个燃烧单元的结构示意图，图1A为燃烧单元的侧剖视图，图1B为燃料喷嘴组的结构示意图。
[0036]图2是根据本实用新型一实施例的干式低氮燃烧装置的一个燃烧单元的结构示意图，图2A为燃烧单元的侧剖视图，图2B为燃料喷嘴的结构示意图。
[0037]图3是根据本实用新型一实施例的燃烧单元的燃烧模态示意图，图3A是燃烧模态D7的示意图；图3B是燃烧模态D7+PM3的示意图；图3C是燃烧模态PM3+PM3’ +Dl的示意图；图3D是燃烧模态PM3+PM3’ +PMl的示意图。
[0038]图4是根据本实用新型一实施例的带有列阵式预混器的单个燃料喷嘴的结构示意图。
[0039]图5是根据本实用新型一实施例的隔热瓦的结构示意图，图5A为隔热瓦的透视图，图5B为隔热瓦的局部剖视图。
[0040]图6是根据本实用新型一实施例的燃气导管和扰流环的结构示意图，图6A为透视图，图6B为局部剖视图。
[0041]图7是喷嘴燃料-空气混合均匀性、预混气总体燃料/空气比与燃烧稀限的关系的计算结果。
【具体实施方式】
[0042]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。
[0043]本实用新型所提出的燃气轮机气体燃料干式低氮燃烧装置由沿圆周向均匀排列的多个结构相同的圆管形燃烧单元组成，图2是根据本实用新型一实施例的干式低氮燃烧装置的一个燃烧单元的结构示意图，图2A为燃烧单元的侧剖视图，图2B为燃料喷嘴15的结构示意图。如图2A所示，每个所述燃烧单元包括:燃烧室端盖14、燃烧室小机匣41、燃料喷嘴15、排气缸10、火焰筒钢筒16、多个隔热瓦18、顶盖17、空气导流衬套19、燃气导管外壳20、空气导管21、多个扰流环22、燃气导管内壳23、燃气出口 12，其中:
[0044]所述燃烧室端盖14位于所述燃烧单元的一端，用于作为气体燃料的入口 ；
[0045]所述燃气出口 12位于所述燃烧单元的另一端，并与透平机的燃气入口相通，用于将气体燃料与空气燃烧后产生的燃气输入到所述透平机中；
[0046]所述燃烧室端盖14、燃烧室小机匣41、空气导流衬套19、燃气导管外壳20依次连接，且所述燃烧室小机匣41与排气缸10的一端通过法兰连接，所述燃气导管外壳20与所述燃气出口 12的外周连接；
[0047]位于所述燃烧单元内部的火焰筒钢筒16与所述燃烧室小机匣41之间形成有第一环形通道，所述火焰筒钢筒16与空气导流衬套19之间形成有第二环形通道，所述燃气导管外壳20与位于燃烧单元内部的燃气导管内壳23之间形成有第三环形通道，上述三个环形通道相通；
[0048]所述多个隔热瓦18依次分排吊装在火焰筒钢筒16的内壁面上，与火焰筒钢筒16一同组成火焰筒；
[0049]所述燃料喷嘴15的外表面通过顶盖17与所述火焰筒靠近所述燃烧室端盖14的一端的内表面连接；[0050]其中，所述燃料喷嘴15包括燃料通道和空气通道，所述燃料通道的一端与所述燃烧室端盖14通过管道相通，另一端通过列阵预混器与火焰筒的入口相通；所述空气通道的一端经由所述燃烧室端盖14、燃烧室小机匣41、火焰筒顶盖17围成的空间与第一环形通道相通，另一端亦通过列阵预混器与火焰筒的入口相通；
[0051]所述火焰筒的另一端与燃气导管内壳23的一端连接，燃气导管内壳23的另一端与所述燃气出口 12连接；
[0052]多个扰流环22固定在所述燃气导管内壳23的外表面上；
[0053]所述空气导管21 —端固接在所述燃气导管外壳20上，另一端插接于扰流环22上，并与所述第三环形通道相通；
[0054]所述燃气导管内壳23和所述燃气导管外壳20之间焊接有多个带有波纹缓冲结构的连接柱；
[0055]所述排气缸10的另一端与压气机9的出口相通，所述排气缸10的内部空间与空气导管21相通，所述压气机9的排气流经空气导管21、第三环形通道、第二环形通道、第一环形通道、燃料喷嘴15、火焰筒内部以及燃气导管内壳23的内部，输入到所述燃气出口 12。
[0056]当所述燃烧单元工作时，气体燃料从燃烧室端盖14引入并分配到带有列阵预混器(图中未不出)的燃料喷嘴15的燃料通道中；同时空气从压气机9进入排气缸10,从与排气缸10相通的空气导管21流入第三环形通道中的扰流环22，对燃气导管内壳23的外壁面形成冲击冷却后流向第二环形通道，对火焰筒钢筒16的外壁面进行冲刷冷却后，大部分空气流入燃烧室端盖14、火焰筒钢筒16、火焰筒顶盖17围成的空间后经由燃料喷嘴15的空气通道，在燃料喷嘴15内部与燃料混合后流入火焰筒内部，少量空气经由隔热瓦18与火焰筒钢筒16之间的缝隙流入火焰筒内部，燃料和空气的混合气体在火焰筒内部建立火焰并燃烧，燃烧产生的高温燃气流向燃气导管内壳23，被燃气导管内壳23引入燃气出口 12进入透平机。
[0057]如图2B所示，所述燃料喷嘴15包括七个结构相同的燃料喷嘴，所述燃料喷嘴都为圆管形，这七个燃料喷嘴按照中心一个、周边六个、且外缘相切的方式集束排列，每个燃料喷嘴内均带有列阵式燃料-空气预混器和一个位于气流出口处的旋流器。这多个燃料喷嘴可根据燃气轮机的工况范围选择性的开启工作。
[0058]图3示出在燃气轮机整个工作范围内根据本实用新型一实施例的干式低氮燃烧装置的一个燃烧单元的燃烧模态示意图。当燃气轮机启动到空载全转速的工况范围时，七个燃料喷嘴都工作，每个燃料喷嘴均处于燃料供应量相同的扩散燃烧模式，该燃烧模态标记为D7，如图3A所示；当燃气轮机空载全转速到输出15%轴功的工况范围时，七个燃料喷嘴都处于燃料供应量相同的扩散燃烧模式，其中沿圆周均匀分布的三个周边燃料喷嘴附加燃料供应量相同的预混燃烧模式，该燃烧模态标记为D7+PM3，如图3B所示；当燃气轮机输出15%到40%轴功的工况范围时，中心燃料喷嘴处于扩散燃烧模式，六个周边燃料喷嘴处于燃料供应量相同的预混燃烧模式，该燃料模态标记为PM3+PM3’+D1，如图3C所示；当燃气轮机输出40%到100%轴功的工况范围时，七个燃料喷嘴都处于燃料供应量相同的预混燃烧模式，该燃烧模式标注为PM3+PM3’ +PM1，如图3D所示。
[0059]上述七个喷嘴的排列方式及其燃烧控制模态使在整个燃气轮机工作范围内火焰筒被均匀加热。[0060]图4是根据本实用新型一实施例的带有列阵式预混器的单个燃料喷嘴的结构示意图。如图4所示，所述单个燃料喷嘴包括:喷嘴机匣31、中心体28、若干排燃料喷射叶片34、燃料喷射孔32、一排旋流叶片27、预混燃料通道30、扩散燃料通道29、扩散燃料喷射孔25、清吹空气通道33、清吹空气喷射孔26，其中:
[0061]所述中心体28位于所述燃料喷嘴的中心，喷嘴机匣31位于中心体28的外围，所述喷嘴机匣31与中心体28之间形成有环形通道，所述环形通道中沿轴向依次设置有与中心体28连接的若干排燃料喷射叶片34和一排实心的旋流叶片27，所述环形通道的其他空间形成所述燃料喷嘴的空气通道，所述空气通道与火焰筒内部相通；
[0062]所述燃料喷射叶片34设置有内部通道，所述燃料喷射叶片34的表面设置有燃料喷射孔32 ；
[0063]所述中心体28的末端设置有与火焰筒内部相通的扩散燃料喷射孔25和清吹空气喷射孔26 ；
[0064]所述中心体28内沿径向并列设有预混燃料通道30、扩散燃料通道29和清吹空气通道33 ；
[0065]所述预混燃料通道30与燃料喷射叶片34的内部通道相通，用于将气体燃料经由位于燃料喷射叶片34表面的燃料喷射孔32、所述空气通道进入火焰筒内部；
[0066]所述扩散燃料通道29通过所述扩散燃料喷射孔25将燃料喷入火焰筒内部；
[0067]所述清吹空气通道33通过所述清吹空气喷射孔26将清吹空气喷入火焰筒内部，以保护中心体，避免高温灼伤。
[0068]工作时，空气通过喷嘴机匣31和中心体28之间的环形通道流入火焰筒内部。在预混燃烧工作模式下，气体燃料通过喷嘴中心体28内的预混燃料通道30流入燃料喷射叶片34的内部通道，并从其表面的燃料喷射孔32流入空气通道，与空气混合后，进入火焰筒内部进行燃烧。在扩散燃烧工作模式下，气体燃料通过扩散燃料通道29，从喷嘴中心体28末端的扩散燃料喷射孔25直接喷入火焰筒内部与空气进行接触、燃烧。清吹空气通过清吹空气通道33，从清吹空气喷射孔26喷入火焰筒内部。
[0069]图5是根据本实用新型一实施例的隔热瓦的结构示意图，图5A为隔热瓦的透视图，图5B为隔热瓦的局部剖视图。如图5所示，每块隔热瓦18在背离火焰的一侧设置有若干个安装结36和若干扰流柱37，所述安装结36与安装在其上的浮动环38配合，将隔热瓦18柔性地安装于火焰筒钢筒16的内壁面处。隔热瓦18面向火焰的侧表面上涂覆有耐高温涂层35。工作时，高温燃气直接冲刷耐高温涂层35，火焰筒钢筒16外侧的低温空气从安装结36处的间隙流入隔热瓦18与火焰筒钢筒16之间的环缝，经由扰流柱37阵列后，从隔热瓦之间的间隙处流入火焰筒内部。
[0070]图6是根据本实用新型一实施例的燃气导管的结构示意图，图6A为透视图，图6B为局部剖视图。所述燃气导管外壳20和所述燃气导管内壳23组成了燃气导管，燃气导管外壳20上安装有若干个空气导管21，分别插接于安装在燃气导管内壳23外表面的若干排扰流环22上。排气缸10内的空气从空气导管21的内部流入扰流环22与内壳23之间的环形通道内，以冷却燃气导管内壳23，而后流入燃气导管内壳23与外壳20之间的第三环形通道内。
[0071]相对于现有技术，本实用新型存在以下优点:[0072](I)本实用新型中的燃料喷嘴带有列阵式预混器，以此可以实现:混合均匀度(即喷嘴预混气通道出口截面浓度的均方根计算结果)比图1所示的现有技术的燃烧室的喷嘴2和3提高一倍，进入燃烧区的预混气的总体燃料/空气比与燃烧稀限之间的裕量也可以降低约I倍，具体可参考图7所示，图7中，虚线曲线为现有技术的燃烧室的喷嘴2和3所取得的燃空比，实线曲线为本实用新型燃料喷嘴15所取得的燃空比；混合不需要旋流，从而可将旋流器安装在喷嘴出口靠近火焰的一侧，从而增强了火焰稳定机制；列阵抑制了入口气流的初始扰动，消除了大尺度流动，出口气流扰动幅度比图1所示的现有技术的燃烧室的喷嘴2和3下降一个数量级，混合均匀度和预混气流扰动对燃料喷射速度不再敏感；列阵预混气的通道中不具备着火和火焰稳定条件，从而避免了自燃和回火的发生；
[0073](2)本实用新型燃料喷嘴15的多喷嘴配置在几何学上最大限度地利用了火焰筒截面圆的空间，在保持喷嘴截面积的前提下增加了喷嘴边缘与火焰筒之间的距离，从而减轻了对火焰筒的灼烧；且相同的喷嘴降低了产品开发、燃烧调整与控制的复杂程度；另外7喷嘴排列配合燃烧控制方法，使得每个燃烧模态下着火的喷嘴均匀分布，从而避免了火焰筒偏烧的现象；
[0074](3)本实用新型中的火焰筒采用钢筒内衬隔热瓦的结构，在出口燃气温度1400°C的条件下，火焰筒承力钢筒的温度在800°C以下，取消了外壁面空气冲刷冷却的扰流肋片，保证了 F级燃气轮机要求的火焰筒寿命，降低了燃烧室的空气流阻；
[0075](4)本实用新型中的燃气导管采用由波纹柱连接的双壳结构，增加了强度；内外壳之间沿空气流动方向安装多组带有空气导管的扰流环，破坏内壳外壁面的热边界层，空气从空气导管在外壳上的入口引入、冲击内壳外壁面，避免了贴壁气流对冲击冷却的消弱作用；对冲击冷却空气流速的要求降低，从而减小燃烧室空气流阻；本实用新型使得燃气导管的耐热性能和寿命有进一步提升的潜力。
[0076]以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种燃气轮机气体燃料干式低氮燃烧装置，其特征在于，该燃烧装置包括沿圆周向均匀排列的多个结构相同的圆管形燃烧单元；每个所述燃烧单元包括:燃烧室端盖(14)、燃烧室小机匣(41)、燃料喷嘴(15)、排气缸(10)、火焰筒钢筒(16)、多个隔热瓦(18)、顶盖(17)、空气导流衬套(19)、燃气导管外壳(20)、空气导管(21)、多个扰流环(22)、燃气导管内壳(23)、燃气出口(12)，其中: 所述燃烧室端盖(14)位于所述燃烧单元的一端，用于作为气体燃料的入口 ； 所述燃气出口(12)位于所述燃烧单元的另一端，并与透平机的燃气入口相通，用于将气体燃料与空气燃烧后产生的燃气输入到所述透平机中； 所述燃烧室端盖(14)、燃烧室小机匣(41)、空气导流衬套(19)、燃气导管外壳(20)依次连接，且所述燃烧室小机匣(41)与排气缸(10)的一端通过法兰连接，所述燃气导管外壳(20)与所述燃气出口(12)的外周连接； 位于所述燃烧单元内部的火焰筒钢筒(16)与所述燃烧室小机匣(41)之间形成有第一环形通道，所述火焰筒钢筒(16)与空气导流衬套(19)之间形成有第二环形通道，所述燃气导管外壳(20)与位于燃烧单元内部的燃气导管内壳(23)之间形成有第三环形通道，上述三个环形通道相通； 所述多个隔热瓦(18)依次分排吊装在火焰筒钢筒(16)的内壁面上，与火焰筒钢筒(16)一同组成火焰筒；所述燃料喷嘴(15)的外表面通过所述顶盖(17)与所述火焰筒靠近所述燃烧室端盖(14)的一端的内表面连接；所述火焰筒的另一端与燃气导管内壳(23)的一端连接，燃气导管内壳(23)的另一端与所述燃气出口(12)连接； 多个扰流环(22)固定在所述燃气导管内壳(23)的外表面上； 所述空气导管(21) —端固接在所述燃气导管外壳(20)上，另一端插接于扰流环(22)上，并与所述第三环形通道相通； 所述排气缸(10)的另一端与压气机(9)的出口相通，所述排气缸(10)的内部空间与空气导管(21)相通。
2.根据权利要求1所述的燃烧装置，其特征在于，所述燃料喷嘴(15)包括燃料通道和空气通道。
3.根据权利要求2所述的燃烧装置，其特征在于，所述燃料通道的一端与所述燃烧室端盖(14)通过管道相通，另一端通过列阵预混器与火焰筒的入口相通。
4.根据权利要求2所述的燃烧装置，其特征在于，所述空气通道的一端经由所述燃烧室端盖(14)、燃烧室小机匣(41)、火焰筒顶盖(17)围成的空间与第一环形通道相通，另一端亦通过列阵预混器与火焰筒的入口相通。
5.根据权利要求1所述的燃烧装置，其特征在于，所述燃料喷嘴(15)包括七个结构相同的燃料喷嘴。
6.根据权利要求5所述的燃烧装置，其特征在于，所述燃料喷嘴都为圆管形。
7.根据权利要求 5所述的燃烧装置，其特征在于，所述七个燃料喷嘴按照中心一个、周边六个、且外缘相切的方式集束排列。
8.根据权利要求5所述的燃烧装置，其特征在于，所述七个结构相同的燃料喷嘴的每一个包括:喷嘴机匣(31)、中心体(28)、若干排燃料喷射叶片(34)、燃料喷射孔(32)、一排旋流叶片(27)、预混燃料通道(30)、扩散燃料通道(29)、扩散燃料喷射孔(25)、清吹空气通道(33)、清吹空气喷射孔(26)，其中: 所述中心体(28 )位于所述燃料喷嘴的中心，喷嘴机匣(31)位于中心体(28 )的外围，所述喷嘴机匣(31)与中心体(28)之间形成有环形通道，所述环形通道中沿轴向依次设置有与中心体(28)连接的若干排燃料喷射叶片(34)和一排实心的旋流叶片(27)，所述环形通道的其他空间形成所述燃料喷嘴的空气通道，所述空气通道与火焰筒内部相通； 所述燃料喷射叶片(34)设置有内部通道，所述燃料喷射叶片(34)的表面设置有燃料喷射孔(32)； 所述中心体(28)的末端设置有与火焰筒内部相通的扩散燃料喷射孔(25)和清吹空气喷射孔(26)； 所述中心体(28)内沿径向并列设有预混燃料通道(30)、扩散燃料通道(29)和清吹空气通道(33)； 所述预混燃料通道(30)与燃料喷射叶片(34)的内部通道相通，用于将气体燃料经由位于燃料喷射叶片(34)表面的燃料喷射孔(32)、所述空气通道进入火焰筒内部； 所述扩散燃料通道(29)通过所述扩散燃料喷射孔(25)将燃料喷入火焰筒内部； 所述清吹空气通道(33)通过所述清吹空气喷射孔(26)将清吹空气喷入火焰筒内部，以保护中心体，避免高温灼伤。
9.根据权利要求1所述的燃烧装置，其特征在于，所述燃气导管内壳(23)和所述燃气导管外壳(20)之间焊接有多个带有波纹缓冲结构的连接柱。
10.根据权利要求1所述的燃烧装置，其特征在于，所述隔热瓦(18)在背离火焰的一侧设置有若干个安装结(36)和若干扰流柱(37)，所述安装结(36)与安装在其上的浮动环 (38)配合，将隔热瓦(18)柔性地安装于火焰筒钢筒(16)的内壁面处；隔热瓦(18)面向火焰的侧表面上涂覆有耐高温涂层(35 )。
【文档编号】F23R3/42GK203586283SQ201320409630
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年7月10日 优先权日:2013年7月10日
【发明者】李振中, 张宏涛, 王岳, 袁德, 徐杨, 于宗明, 陈晓利 申请人:辽宁省燃烧工程技术中心（有限公司）