剖析|G/H级燃气轮机燃烧室技术研发

DLN2.5H燃烧室可以使用华白数为40.6×(1±10%)的天然气，在45%～100%负荷范围内，采用全预混燃烧模式，生成的NOx体积分数不超过15×10-6，CO不超过5×10-6。此外，火焰筒罩帽采用双层结构，在靠近火焰的内层采用发散冷却方式;火焰筒采用Nimonic合金，采用“2-Cool”结构密封火焰筒与过渡段之间的连接，该密封结构能够提升火焰筒的冷却效果，并为下游的过渡段提供冷却气膜;火焰筒和过渡段采用双层结构，火焰筒上游采用扰流肋片加强对流冷却效果，火焰筒下游采用冲击冷却，过渡段采用冲击冷却;火焰筒和过渡段内表面均喷有热障涂层(ThermalBarrierCoating，简称TBC)，而这些技术都在高参数的F级燃气轮机中得到了验证。

7/9H燃气轮机采用闭环蒸汽冷却方式，使得燃气轮机启动较慢。为了满足燃气轮机电网调峰的市场需求，GE公司研制了全空气冷却的7/9HA系列燃气轮机。7/9HA燃气轮机的压比为22，透平一级动叶前温度为1427℃，折算出的燃烧室出口温度约为1566℃，于2014年10月完成了全负荷的验证，性能超过预期，已开始进入市场。7/9HA燃气轮机融合了9H、7F.05、9F.05三种燃气轮机的先进技术，其中压气机继承于7F.05，燃烧室继承于9F.05，透平继承于9H。

9F.05燃气轮机是当前透平一级动叶前温度最高的F级燃气轮机，采用DLN2.6+燃烧室。DLN2.6+燃烧室融合前述DLN2系列燃烧室的所有优异设计理念，采用了DLN2.6燃烧室的头部喷嘴布局;采用了DLN2+燃烧室喷嘴的“Swozzle”、“IFC”、扩散路旋流杯理念，5个外围喷嘴均采用一级预混燃料路和一级扩散燃料路;采用了DLN2.5H燃烧室只有预混燃料路的中心喷嘴及无“Q”级的设计。DLN2.6+燃烧室的燃料分为四路，如图2所示，5个外围喷嘴的扩散燃料路为“D5”路，中心喷嘴的预混燃料路为“PM1”路，两个不相邻的外围喷嘴为“PM2”路;剩余的三个外围喷嘴为“PM3”路。对应的分级策略为:采用“D5”路点火，点火成功到空载全转速过程中，切入“PM1”路，从空载全转速到部分负荷过程中，切入“PM2”路，同时关闭“D5”路，随着负荷的增加切入“PM3”路，在35%～50%负荷至100%负荷范围内采用“PM1+PM2+PM3”路工作。在变工况过程中，通过增加某个燃料路下喷嘴的当量比保证燃烧的稳定性，并用于控制热声振荡。DLN2.6+燃烧室能够在实现较低的污染排放和压力脉动的同时，保证对燃料组分变化不敏感。对于9F.05燃气轮机，全预混燃烧模式下，生成的NOx体积分数为14×10-6，CO为10×10-6，对于7/9HA燃气轮机，全预混燃烧模式下，生成的NOx、CO体积分数不超过25×10-6。DLN2.6+燃烧室的火焰筒及过渡段冷却方式与DLN2.5H燃烧室相同，且内表面均喷有先进的TBC。