重型燃气轮机简单循环燃烧试验

目前,亟需对燃气轮机机组燃烧过程进行有效控制和优化以控制NO_x排放。本文以德国西门子SGT5-4000F(4)重型燃气轮机为研究对象,考察了简单循环燃烧过程中不同燃气轮机负荷下空气系统、燃料系统、燃烧系统和排气系统各参数对NO_x排放的影响规律。结果表明:压气机压比、进口可调导叶(IGV)阀位、燃烧室差压随燃气轮机负荷变化呈特定线性变化关系,值班气流量和透平排气温度是影响NO_x排放的重要参数;当燃气轮机负荷低于110 MW时,NO_x排放质量浓度随负荷增加而增加;当负荷高于110 MW时,NO_x排放质量浓度随负荷增加迅速降至最低值后逐渐增加至趋于不变。     

值班燃料比对环形燃烧室内NO_x生成影响的数值研究

采用数值方法分析了值班燃料比对某重型燃气轮机环形燃烧室内热力型NO_x生成的影响规律,分析表明:在一定范围内调整值班燃料比,控制燃烧室内温度及高温区分布,是降低NO_x排放的有效手段。增大值班燃料比使得值班扩散火焰温度升高,有利于燃料气流的着火与稳定燃烧,但也导致中轴线附近区域热力型NO_x生成速率升高。增大值班燃料比使得预混燃料化学当量比减小,壁面附近区域火焰温度降低、高温区范围减小,热力型NO_x生成速率降低。因此,存在最佳值班燃料比使得该重型燃机NO_x排放最低。值班火焰采用扩散燃烧方式,继续增大值班燃料比则将导致NO_x排放浓度迅速升高。     

值班燃料比对环管型燃烧室内NO_x生成特性影响

采用数值模拟对环管型燃烧室内NO_x生成规律进行了研究。通过改变值班燃料比获得燃烧室内流场、温度场以及热力型NO_x生成速率的分布。结果表明:随着值班燃料比的增大,中心轴线附近轴向速度有所上升,其他区域速度变化不大;值班火焰温度上升,中心轴线附近高温区范围扩大,高温明显促进了热力型NO_x的生成,其高速率范围基本与高温区重合。因此,在值班燃料比为4.0%~5.5%时,减小值班燃料比有利于降低出口NO_x排放质量浓度。     

垃圾填埋气微型燃气轮机低排放燃烧室燃烧性能实验

为研究一种采用中心分级贫燃预混技术的低排放垃圾填埋气微型燃气轮机燃烧室,采用单头部燃烧室,以2种垃圾填埋气LFG1、LFG2和天然气为燃料,进行了燃烧性能实验。考察了3种燃料的点火特性以及在发动机全负荷状态下,不同主燃级喷口位置、值班级与主燃级燃料分配比例(燃料分配比)对燃烧室污染物排放、燃烧效率的影响。结果表明:在所选空气流量0.15～0.50 kg/s范围内,天然气的点火燃空比为0.000 65～0.002 50,2种垃圾填埋气的点火燃空比为0.004 04～0.006 20,均符合低污染燃烧室的设计标准;随着燃料分配比在0.2～0.5变化,3种燃料存在不同的燃料分配比,使得燃烧效率更高,污染物排放水平更低;选用燃料分配比0.3与0.4的工况下,主燃级喷口位置由旋流器前调整为旋流器中间位置后,提高了LFG2与天然气的燃烧效率,但增加了LFG1与天然气的污染物排放。     

燃气轮机燃烧室预混燃烧器天然气燃料/空气掺混均匀性研究

采用数值模拟与实验研究相结合的方法开展了应用于燃气轮机燃烧室的预混燃烧器中燃料/空气掺混均匀性问题研究。在CHEMKIN软件中建立化学反应网络模型,通过零维模拟研究了燃/空预混不均匀度对NO_x排放的影响规律。针对某预混燃烧器,从影响燃料/空气掺混均匀性角度,采用三维数值模拟手段对预混段长度和燃料孔径结构开展了参数化研究,评估了预混段长度对流场和组分场的综合影响,着重关注燃/空动量比对燃料射流深度的影响,进而分析其对燃料/空气掺混性能的影响。最后,选取2种典型预混燃烧器结构,实验测量了预混火焰在不同当量比工况下的OH分布和NO_x排放。结果表明,相同当量比工况下,2种预混燃烧器火焰结构相似,尺寸变化不大,但燃/空掺混性能更优的火焰OH峰值信号强度低,脉动小;燃/空预混不均匀度直接影响NO_x排放,尤其在高当量比工况下影响更加显著。研究结果将对预混燃烧器优化设计提供参考。     

国内科技信息

沸腾炉内二段燃烧降低 NO_x 排放的试验研究在我国,动力燃料以煤为主。NO_x 排放量多,危害严重。在燃煤锅炉中,控制 NO_x 排放的燃烧技术已有很大发展,但是,这些技术在工业中应用尚有技术上不够成熟、经济上投资较大等困难。采用沸腾燃烧技术可以实现低 NO_x 排放。由于在沸腾炉内,NO_x 的形成和燃烧过程同时进行,其物理、化学过程十分复杂。国外对常规一段燃烧沸腾炉 NO_x 的排放有以下两方面的报道:其一是床温对NO_x 排放的影响;其二是炉内过量空气系数对 NO_x排放的关系,即过量空气系数增加时,NO_x 排放量也增加。燃料特性对 NO_x 排放量的影响也在研究中。     

燃料分级与烟气再循环对天然气低氮燃烧特性影响机理

随着天然气工业锅炉污染物排放标准越来越严格,采用单一的氮氧化物控制技术手段难以满足现有需求。本文以NO_x排放低于30mg/m~3为目标,基于低氮燃烧器和外部烟气再循环的组合技术路线,设计开发了一种燃料分级低氮燃烧器,并在1.4MWth中试规模的燃气锅炉上,研究了燃料分级、化学当量比以及烟气再循环率等参数对燃烧特性以及NO_x生成的影响。结果表明:二次燃料比例、过量空气系数和烟气再循环率对燃烧稳定性、燃尽率和NO_x的生成具有重要影响;10%的烟气再循环率可以减少65%的氮氧化物排放;烟气再循环与二次燃料比例共同作用下,存着扇形火焰稳定燃烧区域。     

天然气贫预混燃烧室值班喷嘴排放特性模拟研究

以某天然气贫预混燃烧室为研究对象,采用FGM燃烧模型耦合详细化学反应机理,研究了不同值班负荷比例下的燃烧室内流场、组分场、温度场和出口污染物排放特性。模拟分析了蒸汽稀释值班燃料对燃烧室NOx排放的影响。针对纯值班喷嘴燃烧工况,从温度场和OH基浓度场分布等角度分析蒸汽稀释值班燃料对CO、NOx生成的影响。采用FR-ED燃烧模型耦合简化化学反应机理研究了设计工况下蒸汽稀释值班燃料对燃烧室出口CO、NOx排放的影响。结果表明:随值班负荷比例增大,燃烧室出口NOx排放逐步增加;采用蒸汽稀释值班燃料,值班火焰峰值温度降低约10%,出口NOx降低达88.5%,而CO变化不大。本文研究可为后续实际机组应用提供基础数据支撑。     

燃气轮机富氢燃料预混燃烧实验研究

实现带有CO_2捕集的IGCC,需要研发燃气轮机富氢燃料燃烧室技术。基于阵列驻涡燃料-空气预混的概念,设计了燃气轮机富氢燃料燃烧室的阵列驻涡预混喷嘴,利用模型燃烧室实验研究了该喷嘴在燃烧多种富氢燃料工况下的性能。结果表明,阵列驻涡预混喷嘴在F级燃气轮机工况下燃烧富氢燃料,能够实现安全稳定低噪声工作,多数工况下NO_x排放降低到50 mg/m~3(@15%O_2)以下,展现出在燃气轮机富氢燃料燃烧室中的应用潜力,值得进一步研究。     

超超临界二次再热煤粉锅炉NO_x分布数值模拟研究

二次再热技术代表当前世界领先发电技术,是目前提高火电机组热效率的有效途径。为研究超超临界二次再热煤粉锅炉NO_x分布规律并确定最佳燃尽风量,以某660 MW机组二次再热锅炉为研究对象,利用Smart Burn公司自主开发的煤燃烧传热及污染物排放过程专有子模型对某电厂直流燃烧二次再热锅炉进行了NO_x生成规律的数值模拟。     

某600MW机组配煤掺烧试验与分析

为研究掺烧对机组NOx排放和锅炉效率的影响,对某电厂600 MW超临界机组进行热态试验。分析了煤质特性、煤的组合方式、配风控制对机组NOx排放和锅炉效率的影响,阐述了不同工况NOx的排放规律,为电力生产企业优化燃烧过程,降低燃料成本和污染物排放提供依据。     

重型燃气轮机燃烧室压力变化对NO_x排放的影响

为了研究重型燃气轮机燃烧室压力变化对NO_x排放的影响规律,基于某重型燃气轮机单管燃烧室,建立了预混燃烧模式下燃烧室三维数值仿真模型。模型采用可实现k-ε湍流模型和有限速率-涡耗散湍流燃烧模型对燃烧室预混燃烧流场特性进行求解,通过热力型和快速型NO_x生成模型对燃烧室NO_x排放进行计算。结果表明:从燃烧室头部至燃烧室尾部,NO_x生成平均质量分数逐步增加;在燃气轮机燃烧室工作压力范围内,随着燃烧室压力的增加,燃烧室出口NO_x生成平均质量分数以及燃烧室内NO_x生成质量分数峰值均逐渐增加。研究结果可为燃气轮机燃烧调整及低NO_x排放提供依据。     

9E燃气轮机DLN1.0自主燃烧调整关键策略

介绍9E燃气轮机DLN1.0燃烧室结构与燃烧模式,依据某燃气轮机电厂实际自主燃烧调整经验,逐步分解燃烧调整关键技术,阐明调整过程中最佳燃料配比设定原则,实现燃烧稳定与低污染物排放的最佳耦合,为燃烧调整技术国产化提供参考。     

减少四角切圆燃烧锅炉NO_x生成的运行调整

NO_x是燃煤电站排放的主要污染物之一。控制锅炉燃烧能减少NO_x的生成,有利于降低燃煤电站的NO_x排放量。针对某四角切圆燃烧煤粉锅炉,分别调整过剩空气系数、二次风配风方式、燃尽风量、磨煤机出力分布、周界风、偏转二次风以及煤粉细度等因素,总结出各因素对NO_x的影响趋势,并经过合理调整,将NO_x生成量降低了近28%。结果表明,炉膛内氧气浓度和分布状况决定了NO_x的生成情况,采用低氧燃烧和空气分级燃烧能有效减少NO_x的生成。     

新型低煤份生物质混合燃料燃烧特性实验

针对生物质在电厂应用中的诸多问题及困难,提出了一种新型的低煤粉成分生物质混合燃料,并通过实验研究了其燃烧特性,建立了该燃料的污染物排放模型。结果表明:该燃料最大燃烧速率发生在反应的前期,其高挥发分和反应速率改善了燃料的燃烧、燃尽及污染物排放特性,能有效减少NO_x排放;建立的污染物排放模型可用于预测不同工况下污染物的排放量。该混合燃料加工形式及实验结果可为煤和生物质混燃在火力发电行业的应用提供参考和理论依据。     

N200—130/535/535型汽轮机的热态启机

本文介绍了哈尔滨第三发电厂2号机因故障被迫停机,后又热态启机的全过程,重点阐述了热态启机方案的确定和参数的选择、以及实施过程,成功地实现了热态启机,证明高压内缸温度在390℃及以下时是可以热态启动的。     

改善低NO_x燃烧室预混均匀性的结构优化策略

为解决我国自主研发的某重型燃气轮机DLN燃烧室NO_x排放超标问题,基于"小幅改动",在有限预混空间的前提下,采用一系列结构改进方案与策略,改进中心燃烧区燃料/空气预混均匀性。结果表明,将中心区旋流器移至预混通道上游,可将预混非均匀度从原有的51.8%降至16.7%,而通过调整燃料喷射方向以及喷孔分布规律,可进一步减少非均匀度至10.9%。由此归纳稀相预混燃烧室预混机构的设计策略与要点:一是旋流延长实际预混距离;二是利用旋流产生的强湍流促进燃料的对流扩散;三是调整燃料射流方向或增加导流板,避免管后涡流区对燃料扩散的削弱影响;四是燃料开孔位置大小规律需与来流空气速度分布相匹配。     

基于超细粉再燃的旋流燃烧锅炉低NO_x排放优化模拟

为满足超低排放要求,针对东方锅炉股份有限公司1 000 MW机组旋流燃烧锅炉,提出了基于超细粉再燃的低NO_x排放技术思路。利用CFD软件平台,对10种不同超细粉再燃方案下炉内燃烧情况及NO_x排放特性进行了数值模拟,并对主、再燃区过量空气系数、再燃燃料喷入方式、一二次风配比等方面调整所产生的影响进行了分析。结果表明,主、再燃区过量空气系数分别为1.0、0.8,将最上层两侧燃烧器作为再燃燃料喷口,一二次风比维持设计值时,能取得较好的NO_x脱除效果,炉膛出口NO_x质量浓度降至247.4 mg/m3,相对于既有设计方案的300 mg/m3降低18%左右。该结果证明了超细粉再燃在大容量对冲燃烧锅炉上降低NO_x排放的有效性。     

油页岩流化床燃烧污染物排放特性

在小型热态流化床燃烧实验台上进行了桦甸油页岩的燃烧污染物排放特性实验研究,得到了床温、油页岩颗粒粒度、Ca/S摩尔比、过量空气系数对油页岩流化床燃烧过程中SO2、NO、NO2等污染物排放特性的影响,实验结果表明：在床温为800~950℃、Ca/S摩尔比为5~7、过量空气系数为1.4,油页岩颗粒粒度适宜时各种污染物排放量相对最低,流化床在此工况下运行最合理。然而,流化床的常规运行温度虽然对SO2排放控制有利,但却不利于NOx污染物的排放控制;随着Ca/S摩尔比的增加各种污染物排放量明显下降;随过量空气系数的增加,各种污染物排放量开始均有所增加,而后逐渐下降。     

合成气燃气轮机燃烧室的试验研究

对某分管型燃气轮机燃烧室及其两个用于燃烧中热值合成气的改造方案在中压全尺寸试验台上进行了考核和实验研究。试验采用的等容积流率模化准则,即采用与真实燃烧室相同的尺寸、燃料、过量空气系数以及燃料和空气进口温度,而空气的总压和流量以及燃料的流量取为真实参数的1/6。试验结果表明2个改造方案的性能参数,包括燃烧效率、总压损失、出口温度分布、火焰筒壁面温度分布和火焰的稳定性(贫燃料熄火极限)都能够满足设计要求。此外,与原型燃烧室燃烧轻柴油的工况相比,2个改造方案在燃烧合成气时燃烧室主燃区的火焰筒壁面温度升高,而燃烧室的NOx排放大大降低,火焰的稳定性得到明显改善。因此保持火焰筒开孔规律不变,增大气体燃料喷射孔面积并增强旋流对燃烧室进行改造,使其能够高效洁净地燃烧中热值合成气,该方法是可行的。