本发明涉及燃气轮机，尤其涉及一种燃气轮机燃烧室低氮燃烧装置及其燃烧方法。
背景技术：
随着现代科学技术的发展，燃气轮机-蒸汽轮机联合循环发电机组朝着高参数、高发电功率方向发展，这使得作为燃气轮机核心部件的燃烧室内的燃烧反应变得更加剧烈、更加复杂。国内在役的较先进的重型燃气轮机机组采用的干式低污染燃烧技术在面临机组老化、变工况运行等情况时，烟气氮氧化合物排放往往超过设计标准，同时随着国家环保政策力度的持续加大，对燃气轮机-蒸汽轮机联合循环电站的氮氧化合物的排放标准也逐年提高，使得燃气轮机燃烧室低氮燃烧技术显得更加重要。
现有燃气轮机蒸汽回注技术基本应用于合成气、天然气燃气轮机机组上，主要是在低负荷扩散燃烧模式下对燃烧室喷射水或者水蒸汽，从原理上导致了燃烧室内部空间水蒸汽分布均匀性不高，容易造成温度分布不均，火焰筒壁面热应力过大，从而影响其工作寿命，同时对联合循环机组的变工况性能也会有一定的影响。
技术实现要素：
为了解决直接对燃烧室喷射水或者水蒸汽带来的问题，针对预混燃烧器，本发明提供了一种燃气轮机燃烧室低氮燃烧装置及其燃烧方法，能够使燃烧室内温度分布更加均匀且能够大幅度降低氮氧化合物生成。
本发明通过下述技术方案实现：
一种燃气轮机燃烧室低氮燃烧装置，包括依次管路连接的第一混合器6、第一旋流器7、第二混合器8的第一通入支路、第二旋流器9和燃烧室10；
所述第一混合器6的入口端具有两个通入支路，第一个通入支路通入空气，第二个通入支路通入天然气；所述第二混合器8的第二通入支路通入水蒸汽。
所述第一混合器6的第一个通入支路包括压气机4，通过压气机4将空气送入第一混合器6内；所述第一混合器6的第二个通入支路包括节流阀1，天然气经过节流阀1后送入第一混合器6内。
所述第二混合器8的第二通入支路包括依次管路连接的余热锅炉2、减压阀3和流量阀4；余热锅炉2产生的水蒸汽依次经过减压阀3和流量阀4送入第二混合器8内；
空气和天然气在第一混合器6内混合后通过第一旋流器7后，进入第二混合器8，在第二混合器8内再次与水蒸汽混合，形成混合均匀的燃料、空气及水蒸汽的预混气体，然后被通入燃烧室10中预混燃料喷嘴参与燃烧反应，最终燃烧产物被排至透平中参与膨胀做功。
一种燃气轮机燃烧室低氮燃烧方法，其包括如下步骤：
来自天然气管网的(高压)天然气经过节流阀1后降低压力(压力降至合适的压力)，常温常压空气经过压气机4被绝热压缩后压力升高，然后高压空气和天然气在第一混合器6中(按照一定质量流量比例)混合，再通过第一旋流器7形成均匀混合的混合气体；水蒸汽来自余热锅炉2，水蒸汽由减压阀3降低压力后被通入第二混合器8进行混合，再通过第二旋流器9形成混合均匀的天然气、空气及水蒸汽的预混气体，然后被通入燃烧室10中预混燃料喷嘴参与燃烧反应，最终燃烧产物被排至透平中参与膨胀做功。
所述高压空气和天然气在第一混合器6中的混合比例，通过调节节流阀1的开度实现。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明的水蒸汽来自于联合循环系统中余热锅炉的高温高压蒸汽，具有高参数、高能量的特点，具有能量循环利用的特点。
本发明压缩空气与天然气的混合以及最后与水蒸汽的混合均通过旋流器实现，且都在在进入燃烧室之前完成均匀混合，这样有利于节约燃烧室内部空间。
本发明燃烧室的混合气体通入预混燃烧喷嘴，水蒸汽均匀分布着燃烧反应的各个环节，最终实现低氮燃烧。
本发明通过对燃气轮机燃烧室内预混燃烧器的燃料进行水蒸汽预混，可以实现燃烧筒内水蒸汽及温度分布均匀，能大幅度地降低氮氧化合物的生成。
附图说明
图1为本发明燃气轮机燃烧室低氮燃烧装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1所示。本发明公开了一种燃气轮机燃烧室低氮燃烧装置，包括依次管路连接的第一混合器6、第一旋流器7、第二混合器8的第一通入支路、第二旋流器9和燃烧室10；
所述第一混合器6的入口端具有两个通入支路，第一个通入支路通入空气，第二个通入支路通入天然气；所述第二混合器8的第二通入支路通入水蒸汽。
所述第一混合器6的第一个通入支路包括压气机4，通过压气机4将空气送入第一混合器6内；所述第一混合器6的第二个通入支路包括节流阀1，天然气经过节流阀1后送入第一混合器6内。
所述第二混合器8的第二通入支路包括依次管路连接的余热锅炉2、减压阀3和流量阀4；余热锅炉2产生的水蒸汽依次经过减压阀3和流量阀4送入第二混合器8内；
空气和天然气在第一混合器6内混合后通过第一旋流器7后，进入第二混合器8，在第二混合器8内再次与水蒸汽混合，形成混合均匀的天然气、空气及水蒸汽的预混气体，然后被通入燃烧室10中预混燃料喷嘴参与燃烧反应，最终燃烧产物被排至透平中参与膨胀做功。
余热锅炉2中的水蒸汽通过减压阀3减压和流量阀4控制流量后，使其在进入预混燃料喷嘴之前与天然气和空气在第二混合器8内均匀混合，使预混气体在燃烧室10燃烧过程中水蒸汽能够均匀分布在燃烧空间。防止出现局部烟气温度过高的情况；还可以根据联合循环机组实际运行工况的情况，调节预混入水蒸汽的质量流量，达到最佳的低氮燃烧效果。
本发明燃气轮机燃烧室低氮燃烧方法，可通过如下步骤实现：
来自天然气管网的(高压)天然气经过节流阀1后降低压力，常温常压空气经过压气机4被绝热压缩后压力升高，然后高压空气和天然气在第一混合器6中(根据实际情况按照一定质量流量比例)混合，再通过第一旋流器7形成均匀混合的混合气体；水蒸汽来自余热锅炉2，水蒸汽由减压阀3降低压力后被通入第二混合器8进行混合，再通过第二旋流器9形成混合均匀的天然气、空气及水蒸汽的预混气体，然后被通入燃烧室10中预混燃料喷嘴参与燃烧反应，最终燃烧产物被排至透平中参与膨胀做功。
所述高压空气和天然气在第一混合器6中的混合比例，通过调节节流阀1的开度实现，直至使效果最佳。
混匀均匀过后的天然气、空气及水蒸汽的预混气体进入预混喷嘴后，水蒸汽能够均匀的分布在气体燃烧的整个过程，不会出现局部温度过高而导致热力型NOX大量生成，同时水蒸汽的存在对快速型NOX的生成也有一定的抑制作用。在实际运行中，可以根据机组运行工况情况，通过流量阀5调节蒸汽流量，使得达到最佳减氮效果，操作简单方便。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。