燃气轮机燃烧室预混结构性能的数值研究

采用Fluent软件对某旋流预混燃烧室燃料与空气的预混和燃烧进行了数值模拟,分析了轴向叶片式旋流器叶片参数对预混均匀性、回火特性、总压损失和污染物排放的影响,并提出了燃料喷孔结构的改进方案.结果表明:旋流器叶片遮盖度为1.0~1.5,叶片角度为40°~55°,叶片数目为8~12时能够获得较好的燃烧性能;缩小燃料喷孔的孔径,采用旋流器与燃料喷孔合并的结构,合理布置燃料喷孔的位置3种改进方案均能有效改善预混均匀性,降低燃烧的最高温度,3种改进方案依次使NO_x的体积分数比原来降低91%、35%和91%.     

微型燃气轮机燃烧室预混结构性能研究及改进

针对微型燃气轮机燃烧室的设计,通过归纳工程中常见结构,对大阪大学的实验装置进行数值模拟及结构改进。结果表明结构中的燃料喷射流量与喷孔位置无关,与喷孔面积呈正相关,且喷孔的开孔位置和孔径大小对燃料与空气混合均匀性有显著影响。比较两种改进结构的反应区最高温度和污染物CO排放指标,表明预混非均匀性的降低对燃烧性能的提高和反应区最高温度的降低有显著的作用。通过改进结构,能够强化预混、减小预混非均匀度,降低最高燃烧温度,但CO的排放会上升。     

微型燃气轮机燃烧室性能的数值研究

针对Capstone公司的C30微型燃气轮机的燃烧室，采用κ—ε湍流模型、EBU—Ambenius湍流燃烧模型描述其燃烧流动，采用扩展Zeldivch机制描述HOx生成；应用分区结构化网格和SIMPLE算法求解控制方程，进行了三维燃烧流动的数值模拟研究，同时对燃烧室的整体性能进行了分析。通过数值计算及结果分析，着重研究了环型贫燃预混燃烧室的燃烧组织形式对燃烧室性能的影响，并探讨了流动控制板对燃烧室内燃烧流动和燃烧室出口HOx分布的影响。数值研究的主要目的是配合新型微型燃气轮机的研制，获得微型燃气轮机燃烧室的设计经验，为研制既有高燃烧效率和燃烧稳定性，又有低HOx排放特性的燃烧室奠定基础。     

9E燃气轮机贫-贫模式燃烧及NOx排放特性研究

采用数值模拟方法对9E燃气轮机LEC-III低氮燃烧室在贫贫模式下的燃烧特性进行计算,分析了流场、温度场和污染物NOx的生成规律,比较不同燃料分配比对NOx排放的影响。结果表明：在贫贫模式下,一级燃烧区、二级燃烧区均有高温火焰,呈现部分预混部分扩散的燃烧特性,NOx排放浓度达到78.9ppm,与运行试验值吻合较好;燃烧室内形成3个流场回流区,有助于增强高温烟气掺混和火焰稳定性,文丘里组合件处的流速最高,可以防止回火;燃料分配比对二级燃烧区的NOx生成影响显著,其最佳值在70%～75%范围时,达到NOx排放最低且燃烧火焰分布合理。     

GT13E2燃气轮机混合-预混燃烧模式切换优化

介绍了GT13E2燃气轮机燃烧系统和脉动检测装置,结合GT13E2燃气轮机厂家提供的实验室研发数据,通过升负荷燃烧模式切换调试试验,对切换时的燃气轮机相对额定负荷点和扩散燃烧延时退出时间这两个参数进行了优化;通过降负荷燃烧模式切换调试试验,对切换时的燃气轮机相对额定负荷点,燃烧模式切换指令激活后主预混燃烧延时退出时间、辅助预混燃烧延时投入时间和扩散燃烧天然气流量从零增加到燃烧模式切换后流量所用时间这四个参数进行了优化,优化后的参数有效提高了燃气轮机燃烧模式切换过程中燃烧的稳定性和运行安全可靠性。     

配风比对微型燃气轮机燃烧室燃烧性能影响的数值模拟

以采用燃料和空气预混燃烧方式的微型燃气轮机燃烧室为研究对象,根据设计参数对燃烧室进行建模和模拟计算,模拟不同工况下预混燃料在燃烧室内经过湍流流动并发生燃烧化学反应的过程,进而得到燃烧室内的热态流场、温度分布以及出口烟气中污染物的排放量.结果 表明:在总过量空气系数为3.01的情况下,随着旋流器进口当量比的增大以及助燃风质量流量比例的升高,预混火焰的锋面温度有所升高,出口NOx质量浓度与出口温度分布因子呈正相关.     

9E燃气轮机回火原因分析及改进

本文通过对双燃料9E燃气轮机在合成气工况时的回火故障进行原因分析,找到故障直接原因,在后续的检修中加以解决,并改进了燃气轮机的维护工作。在故障原因分析中发现现有燃气轮机的清吹空气系统存在设计不足,对可能导致燃气轮机回火的关键部件缺少有效监控。通过分析,提出对燃气轮机清吹空气系统的一系列改进措施,实现了对燃气轮机清吹空气的有效监控,避免回火。本文对双燃料燃气轮机清吹空气系统的改造具有参考价值。     

某重型燃气轮机燃烧室燃烧性能的数值模拟

对某重型燃气轮机的燃烧室分成火焰筒头部、全尺寸火焰筒、过渡段三部分进行了热态的数值模拟研究。对火焰筒头部采用轴向旋流器、不等间距喷燃孔等结构的燃烧室进行计算,得到了燃烧室的三维流场分布及温度分布。研究了旋流器安装角变化对燃烧性能的影响。计算结果很好地反映该重型燃气轮机燃烧室燃烧流动特点,为重型燃气轮机燃烧室的设计开发提供了重要参考。     

大气温度对某型燃气轮机燃烧稳定性和 NOx排放影响的数值研究

为了对比扩散和预混两种不同燃烧模式下大气温度对燃气轮机燃烧稳定性和NO_x排放的影响规律,针对某重型燃气轮机燃烧室,对多旋流喷嘴燃烧室的燃烧稳定性和NO_x排放进行了数值研究。结果表明:对于扩散燃烧,大气温度升高,燃烧室内高频脉动增强,燃烧稳定性变差;对于预混燃烧,大气温度升高,有利于提高燃烧的稳定性;在扩散燃烧模式下燃烧室燃料喷嘴下游回流区的温度最高,NO_x生成量最大;预混燃烧下燃烧室头部温度分布较均匀,燃烧室NO_x生成主要集中在驻涡回流区和燃烧室中下游位置,燃料喷嘴下游回流区NO_x生成量很小;随着大气温度的升高,扩散燃烧和预混燃烧下燃烧室内NO_x的生成量均增加。研究结果可为指导燃气轮机运行提供参考。     

燃烧室注水对燃气轮机运行和检修的影响

本文结合实践分析了燃气轮机燃烧室注水后对排放物、性能和检修等的影响.     

燃气轮机燃烧室内NOx生成影响因素的数值研究

低NOx燃气轮机燃烧室的燃烧特性受到旋流的强烈影响，旋流特性的分析对燃烧室的设计和优化具有非常重要的作用。本文对燃气轮机燃烧室的旋流燃烧流动，应用商用程序FLUENT进行了数值模拟，并分析了旋流数、压强、湍流度对燃烧室内燃烧特性和NOx生成特性的影响。模拟结果表明，随着压强的增加，NOx排放逐渐增加，随着燃料入口湍流度的增加，NOx排放将减少，而随着旋流数的增加，NOx排放先是增加而后减小，同时，NOx随压强变化呈指数规律变化，但不同的燃烧组织形式对指数值有较大的影响。     

不同反应机理及模型对燃气轮机燃烧室数值模拟结果的影响

对甲烷燃烧NOx排放的5种典型机理进行分析比较,对比了详细机理、稳态假设简化机理和经验拟舍机理在燃烧室NOx排放数值模拟中的特点,并运用这些机理计算了与燃气轮机燃烧室工况相似的湍流燃烧过程.通过已有试验结果对模型进行校验,讨论了模型参数、压力等对温度和NOx排放的影响,结果表明:模拟结果与试验结果较吻合,说明合理选择化学反应模型、湍流模型和燃烧模型,可以提高计算效率及保证结果的准确性.     

燃气轮机燃烧室燃烧流场的数值计算

对某型燃气轮机燃烧室的燃烧流场运用FLUENT软件进行了数值模拟.在模拟过程中采用了标准k-ε湍流模型、"简单化学反应系统"模型和"快速化学反应"假设,用SIMPLE算法进行压力一速度耦合求解,分析了不同负荷情况对燃烧效率、出口平均温度、过量空气系数及火焰长度的影响.计算结果能够很好地反映燃烧室燃烧流动的特点,对预测燃烧室内的燃烧流动及燃烧室的优化有一定参考价值.     

燃气轮机燃烧室中快速型NO形成的数值计算

为数值预测燃气轮机燃烧室生成的快速型NO含量,分别采用完全NO机理GRI3. 0(其中快速型NO机理为HCN子机理)及GRI3. 0_modified(其中快速型NO机理为NCN子机理),通过计算流体力学(CFD)软件计算贫预混旋流火焰下的总NO生成,并将出口NO浓度的计算结果与实验值进行比较;然后分别采用加法和减法计算了HCN子机理及NCN子机理的快速型NO的生成。结果表明:GRI3. 0及GRI3. 0_modified均对出口NO浓度做出了准确的预测,GRI3. 0_modified的准确度比GRI3. 0高7%,这归功于后者的NCN子机理对前者的HCN子机理的替换;加法与减法的计算结果相互对应,验证了这两种方法计算快速型NO的准确性; NCN子机理的快速型NO生成速率高于HCN子机理,前者的NO出口浓度比后者高1倍,分别占各自完全NO机理生成的总NO出口浓度的17%(NCN)及10%(HCN)。     

某型燃气轮机燃烧室燃烧流场数值研究

燃气轮机燃烧室的燃烧特性受到旋流强度、雾化特性等因素的强烈影响,旋流强度和雾化特性分析对燃烧室的设计和优化具有非常重要的作用。对燃气轮机燃烧室的燃烧流场,应用商用程序FLUENT进行了数值模拟,并分析了空气过量系数α和燃油雾化粒径对燃烧室内燃烧特性的影响。模拟结果表明,控制空气过量系数和燃油雾化粒径对提高燃烧室工作性能和降低污染物排放具有重要意义。     

燃气轮机燃烧室流场数值计算研究及分析

对燃气轮机逆流式环形燃烧室,热态三维流场的数值模拟问题进行了研究,建立了三维计算模型,生成了数值计算网格。数值模拟研究表明,改变燃烧室的几个结构参数,可以得到更加合理的流场。通过对关键截面的流动分析,可以判断燃烧室设计的合理性,为进一步优化燃烧室结构设计、改善流场奠定了基础。     

9E燃气轮机低氮改造后火焰筒燃烧特性的数值计算

针对改造后的LEC-Ⅲ低NOx燃烧室,运用FLUENT软件对该火焰筒的燃烧流场进行数值模拟。在模拟过程中采用了标准k-ε湍流模型,用SIMPLE算法进行求解,分析了一次模式下火焰筒内速度分布、温度分布、组分分布。结果表明:在一次模式时,火焰筒通过旋流和第一排射流孔形成的回流稳定火焰;文丘里喉道高速气流可以防止预混模式时二级燃烧区的火焰回火,避免一级燃烧区气体再点火燃烧;在一次模式时,火焰筒头部的圆柱形腔室的工作特性相当于六个小型的火焰筒;NOx排放的数值模拟结果与运行值接近。     

燃气轮机分级燃烧室NOx排放动力学模拟研究

通过建立轴向分级燃烧室的化学反应器网络模型,在燃气轮机典型工况下研究第一级与第二级燃烧段之间的燃料分配、流量分配和停留时间分配等因素对NO_x排放的影响。结果表明:在燃烧室出口温度恒定的条件下,减少第一级的燃料分配比例使第二级出口烟气温度高于第一级,调节第二级喷嘴位置来缩短第二级燃烧段的停留时间,可以显著降低NO_x排放;但是当第一级燃烧产物与第二级燃料/空气混合物混合不均匀时,会严重影响分级燃烧的NO_x减排效果。     

天然气低排放旋流燃烧室头部结构性能研究

本文设计了一种旋流燃烧室的旋流器及预混段结构。通过冷态数值模拟的方法评估了掺混段出口的总压损失及掺混不均匀度。计算结果显示同向双级旋流器能够在相对较低的总压损失下获得较好的掺混效果。之后通过相同的方法确定影响该型旋流器性能的四个几何参数:内层旋流数、外层旋流数、喷嘴直径和内外层流道面积比。研究结果得出了旋流器设计的具体尺寸。配合该旋流器设计,又通过燃烧数值模拟设计了三种掺混区布局。结果表明,较短的中心钝体结构会引起火焰锋面位置向燃烧室下游偏移,造成平面型火焰面,另外还会在掺混区中产生不稳定的回流区。最后通过改变预混段外径、中心体长度和直径得到了综合性能良好的燃烧室结构。     

燃气轮机双燃料低排放燃烧室技术特点分析

针对双燃料低排放燃烧室,总结了各主要燃气轮机厂商双燃料低排放燃烧室技术现状与特点,并对各双燃料燃烧室按燃烧方式进行了对比归类。分析指出:双燃料低排放燃烧室的可切换工况范围、燃料切换时间、燃料适用范围和双燃料启动功能是设计/使用较为关心的性能要求,双燃料喷嘴设计、在线切换系统、混合燃烧技术、低排放集成技术和吹扫冷却技术是目前双燃料燃烧室的研发重点/难点;具备燃料适应性宽广、大工况比短时燃料切换、可长时混烧性能的双燃料低排放燃烧室是双燃料燃烧室发展的主要趋势。