火焰筒扩张角与旋流匹配对燃烧特性的影响

为研究旋流器流量分配对干式低排放(Dry Low Emission,DLE)燃烧室燃烧特性的影响规律,针对单头部中心分级旋流燃烧室,以天然气作为燃料,在保持旋流数不变的前提下开展两级旋流器不同空气分配比例下的试验测试和数值模拟,获得不同结构参数条件下燃烧室的综合燃烧性能以及污染物排放等变化规律。研究表明：随主燃级/预燃级旋流器流量比增大,燃烧室中心回流区变小、回流区长度变短;预燃级局部当量比的增大造成燃烧室出口CO排放增加,主燃区燃烧加剧,热力型NOx排放也增加;同时,燃烧室中心高温区域向燃烧室出口方向扩张,出口温度分布均匀性变差。     

同轴分级环形燃烧室低工况燃料分配特性

针对天然气燃气轮机在低工况下的燃料分配策略问题,采用数值模拟研究了7种不同燃料分配模式下的同轴分级环形燃烧室燃烧特性,重点分析了燃料分配模式对速度场、燃料空间分布、温度场以及综合性能的影响。研究结果表明:燃料分配模式是影响燃烧室性能的关键因素,适量控制值班级燃料喷射量可以改善燃烧室内的燃料贯穿深度和温度场分布;预混级虽然可以提高燃料分布均匀性和降低污染物排放,但是会引发回火现象;当燃料通过第一、二级预混级喷入燃烧室时,燃烧室的效率较高、压力损失较小、污染物排放较低。     

某型低排放燃烧室喷嘴结构优化研究

为提高干低排放燃烧室火焰稳定性,对某燃气轮机干低排放燃烧室喷嘴进行了结构优化,增加了中心预混值班喷嘴,同时对燃料分配进行调整,分析了值班火焰对燃烧室的火焰稳定性和污染物排放的影响。计算结果表明:值班路过量空气系数为1.5,两级旋流过量空气系数相同时,可有效拓宽燃烧室贫燃熄火边界,同时保持较低的污染物排放。最后通过试验测试了燃烧室的贫燃熄火特性和压力脉动特性,初步验证了值班喷嘴结构对稳定燃烧的作用。     

某型低排放燃烧室喷嘴结构优化研究

为提高干低排放燃烧室火焰稳定性,对某燃气轮机干低排放燃烧室喷嘴进行了结构优化,增加了中心预混值班喷嘴,同时对燃料分配进行调整,分析了值班火焰对燃烧室的火焰稳定性和污染物排放的影响。计算结果表明：值班路过量空气系数为1.5,两级旋流过量空气系数相同时,可有效拓宽燃烧室贫燃熄火边界,同时保持较低的污染物排放。最后通过试验测试了燃烧室的贫燃熄火特性和压力脉动特性,初步验证了值班喷嘴结构对稳定燃烧的作用。     

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。     

中心值班火焰对燃烧室性能影响的试验研究

为提高贫燃料燃烧预混低排放燃烧室燃烧稳定性,研究值班火焰对燃烧室工作特性的影响,对国产某型燃烧室进行了模化燃烧试验。试验测试了值班火焰熄灭、贫燃料预混燃烧、富燃料半扩散燃烧状态下,燃烧室各性能参数。分析试验结果发现值班路燃料增加,燃烧稳定性提升,NO_x排放升高,出口均匀性变差,壁面温度降低。并据此绘制1.0工况燃烧室特性线,得到合理工作区间,可以在满足燃烧室设计要求同时达到NO_x和CO排放均低于30 mg/m~3(15%O_2),已达到国际领先水平。试验测定,在0.5工况时,值班火焰可以拓宽贫燃料燃烧熄火边界50%以上。     

中心分级燃烧室旋流角变化对燃烧特性的影响

实验研究了一种中心分级燃烧室值班级旋流角变化对燃烧性能的影响。采用了单头部单管式燃烧室,值班级一级旋流器旋流数分别为0. 63、0. 72和0. 93,实验研究了采用不同旋流数时燃烧室的点火、慢车贫油熄火、污染物排放和燃烧效率等燃烧特性。实验结果表明:旋流数变化对燃烧室的点火、慢车贫油熄火、污染物排放及燃烧效率等有很大影响;旋流数及一级旋流器和二级旋流器的旋流数差值增加后燃烧室的点火和慢车贫油熄火特性得到改善。一级旋流器旋流数的增加会导致污染物排放的增加及燃烧效率的下降。     

三级燃料径向分级燃烧对燃烧室性能的影响

为了适应新的能源和环保形势,同时保障燃烧室在宽工况范围内各项参数满足燃气轮机整体性能需求,试验研究三级燃料径向分级燃烧对燃烧室在50%～100%工况范围工作特性的影响,并根据变化规律得到合理的燃料分级方案。结果表明:该燃烧室在50%～100%工况均可达到OTDF低于20%、RTDF低于5%,总压损失约5%和燃烧效率约99.9%的技术指标;同时满足80%～100%工况NO_x和CO可低至30 mg/m~3(15%O_2),60%～80%工况下,NO_x和CO排放低于50 mg/m~3(15%O_2)。分析试验数据发现:相较于1路,值班路燃料比例对NO_x排放、贫燃熄火边界和出口温度均匀性的影响更大。燃料在燃烧室径向中心集中,火焰稳定性提升,NO_x排放升高,出口温度均匀性变差,壁面温度降低;低工况下,CO排放降低;总压损失和燃烧效率不受影响。据此得到三级径向分级燃烧室在50%～100%工况下特性图谱,为燃烧室在燃气轮机实际运行提供重要参考。     

天然气燃料轴向分级预混燃烧特性研究

低NOx排放是燃气轮机燃烧室的重要性能指标,面对燃烧室出口温度不断增加的趋势,新型燃烧技术探索应用成为必然。燃料轴向分级(Axial Fuel Staging,AFS)燃烧作为一项可行技术方案已在各燃机厂商的最先进燃气轮机燃烧室上获得应用,其主要通过降低高温烟气有效停留时间和低氧浓度燃烧来实现低NOx排放。基于Chemkin平台建立轴向分级预混燃烧室化学网络模型,针对1 973 K燃烧室,研究二级负荷比例、当量比和停留时间对NOx/CO排放的影响规律,对比分析主燃区高温烟气与二级未燃预混气掺混特征的影响,获得AFS燃烧的污染物排放特性和关键影响因素。同时,在贫预混燃烧器上,设计二级喷射段,实验研究二级火焰结构、污染物排放等燃烧特性。结果表明,相比于常规贫预混燃烧,AFS燃烧在高温区体现出很好的低NOx优势,且能拓宽低NOx工况范围,其中主燃区温度、二级当量比和停留时间匹配特征、主燃区高温烟气与二级预混气掺混性能等是关键。     

中心分级高温升燃烧室的油气掺混特性

针对超高温升燃烧室的需求,设计了一种基于中心分级燃烧方案的主燃级组合式旋流器头部结构.借助数值模拟,从油气掺混特性角度分析比较了主预级旋向和主燃级燃油喷点径向位置对燃烧室性能的影响.研究结果表明:主预级同旋布置加强了燃烧室内的油气掺混,降低燃烧室出口径向温度分布系数;增加主燃级燃油喷点的径向高度,显著改善了主燃级通道和燃烧室内的油气掺混,提高了燃烧效率并降低燃烧室出口温度分布系数,但同时导致油气掺混径向不均匀位置偏移,造成燃烧室出口径向温度分布系数增加.     

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。     

空气分级对燃烧室燃烧及污染物排放的影响

燃烧气体燃料的工业用直流式燃烧装置为射流进气，采用空气轴向分级的燃烧组织方式，使用多孔板火焰稳定器稳定火焰．实验在一定的燃料流量和一定的空气总量下，改变两级空气的配比，采用testo360烟气分析仪分别测量燃烧室出口截面的温度、NOx和CO的排放量．通过对两级空气不同配比情况下燃烧室出口截面温度、CO和NOx排放量的分析，得到两级空气不同配比对燃烧和污染物排放影响的规律．此外，初步探讨了一级燃烧区长度对燃烧和污染物排放的影响．     

低排放燃烧室值班喷嘴改进设计研究

贫燃预混燃烧是目前实现干式低排放的主要技术措施之一,然而该燃烧技术在机组运行中,总会出现低工况下燃烧室贫燃熄火和回火等问题,为了改善低排放燃烧室的贫燃熄火特性,需要对低排放喷嘴进行结构设计改进。本文针对某型低排放燃烧室,以提高燃烧室贫燃熄火过量空气系数为目标,对低排放喷嘴的值班路进行设计改进。结果表明:(1)旋流缩放组合式值班喷嘴可以形成稳定的值班火焰;(2)旋流缩放组合式值班喷嘴可以引燃主喷嘴;(3)采用旋流缩放式值班喷嘴后,燃烧室的贫燃熄火过量空气系数提高了23%。     

射流间距对高温空气燃烧影响的数值研究

以高温空气燃烧技术为应用背景,对多股射流燃烧器的燃烧特性进行了数值模拟,讨论了燃料与空气射流喷口间距对燃烧特性的影响.采用标准的k-ε双方程模型计算流场,采用β函数的PDF燃烧模型计算气体燃料的燃烧,采用离散坐标法模拟辐射换热过程.NOx模型为热力型NOx,炉膛尺寸为800mm×800mm×1400mm,燃料喷口为圆形,直径为10mm,位于中心.空气喷口设计为5个等面积的圆形置于燃气喷口周围.计算结果表明,由于射流之间的相互作用,在炉膛后面存在回流区.烟气的回流一方面加强了燃料和空气的混合,使温度分布更为均匀,同时改变了炉膛空间内的燃料和氧的浓度分布,从而影响燃烧强度和NOx的局部生成.当燃料射流喷口与空气射流喷口的间距增大时,能有效地延缓燃料和空气的混合,烟气回流将会增加燃烧室内气体的混合程度,降低燃烧室内局部氧浓度,有利于扩大低氧区域,扩大燃烧区域,并且使炉膛温度变得均匀,减少局部高温区,降低NOx的生成.I=2.5时的NOx排放浓度为45×10-6.     

移动焚烧炉处理模拟医疗废弃物试验

本文对移动焚烧炉处理医疗废弃物进行了试验研究。试验以模拟医疗废弃物为燃料,主要研究了一、二燃烧室的温度变化及气体污染物的排放特性。结果表明,在仅燃烧废弃物的情况下,第一级燃烧室的温度可保持在550~650℃之间,最后阶段需要借助燃烧机完成燃烬;在二燃室燃烧机停止工作后,二燃室的温度始终低于主燃室的温度;试验过程中O2含量较高,表明主燃室处于较充分的燃烧状态;烟气中CO排放浓度较高,而NOx和SO2排放浓度远低于标准限值。     

主燃孔位置对燃烧室性能影响研究

针对燃烧室的结构设计与性能优化,基于三维数值模拟方法研究了不同主燃孔位置下的燃烧室空气 分配特性、多物理场分布以及性能参数的变化规律。结果表明,主燃孔位置改变对空气分配比例、燃烧效率 以及总压损失的影响较小,而对回流区结枸、高温区以及出口温度场分布的影响较大;随着内侧主燃孔向上 游移动,燃烧室的回流区和出口温度场分布得到有效改善;当内侧主燃孔与喷嘴之间的距离由65. 3 mm减小 到63.3 mm 时,燃烧室出口温度分布系数（outlet temperature distribution factor,OTDF)可降低 0.043。     

旋流角度对燃料掺混特性影响研究

为了研究工业燃气轮机燃烧室旋流器旋流角度对燃料/空气混合均匀度以及NOx排放的影响,针对某型燃烧室的中心分级双级轴向旋流器,应用Fluent软件,选择Realizable k-ε和Species Transport模型,在燃气轮机的设计工况下对不同旋流角度回流区形态、甲烷的体积分数分布、温度场和污染物的排放进行了数值模拟。研究表明：随着内旋流角度从30°增加到50°,燃烧室内流场形成的回流区尺寸有减小的趋势,燃料的分布趋于均匀,主燃区最高温度从2 304 K降低到2 180 K, NOx排放呈先增大后减少的趋势,旋流角度为50°时NOx排放质量浓度为501.045 mg/m3。     

多级旋流耦合流场值班级雾化性能

多级旋流耦合燃烧技术引进了分区燃烧、贫油燃烧和预混燃烧的概念,具有极大降低NOx排放的潜力,但与常规燃烧室的单纯扩散燃烧模式有较大的差异.耦合流场中,主燃级气流在上游对值班级燃油有进一步的雾化作用,但对燃油的扩散有一定的抑制作用,在下游能够使更大粒径的颗粒回流,并使燃油分布更加均匀;台阶高度越小,上游区域的雾化颗粒平均直径越大,下游区域雾化颗粒平均直径越小;主燃级旋流强度越大,上游区域的燃油颗粒越大;主燃级进出口压降分配对燃油颗粒大小无显著影响.     

航改型燃气轮机双燃料燃烧室喷水降排放试验研究

在某航改型燃气轮机燃烧室的基础上,通过重新设计双燃料喷嘴和燃料系统,实现燃用天然气和柴油两种燃料,同时采用向燃烧室内喷水的方式降低污染物排放。在燃烧试验台上完成了燃用柴油时的喷水降排放试验研究,试验结果表明:0.7~1.0状态下,向燃烧室内喷水时,燃烧效率、污染物排放、出口温度场品质能够满足设计指标要求。低状态下喷水对燃烧效率与稳定性影响较大,需严格限制喷水量。     

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。