燃气轮机燃烧室预混燃烧稳定性数值研究

为充分理解燃气轮机燃烧不稳定特性,以某型燃气轮机旋流燃烧室为模型,对其预混燃烧过程进行了数值研究。结果表明:燃料/空气当量比会影响燃烧不稳定形成过程及其压力振荡特性,燃料/空气当量比越大,触发燃烧不稳定的时间越短,燃烧室内压力脉动主频越高,压力脉动主频振幅越大;距燃烧室喷嘴越近,燃烧室压力脉动振幅越大;涡旋脉动导致的火焰面面积变化极可能是引起燃烧室压力高频脉动的主要原因。     

合成气微型燃气轮机燃烧室优化设计及数值模拟

初步设计了一种以富氢合成气为燃料的微型燃气轮机燃烧室。根据相关标准及热力计算结果依次确定了燃烧室的基本几何尺寸。二次风、掺混冷却孔的位置及开孔面积和旋流燃烧器的结构等,并利用计算流体动力学软件对所设计的燃烧室的冷、热态流场,燃烧稳定性,燃烧效率和压力损失等性能进行了数值研究。计算结果表明：设计的燃烧室流场合理,燃烧稳定,燃烧效率高,压力损失小,基本上达到了设计要求。     

燃气轮机燃烧室燃烧稳定性分析

介绍了燃烧稳定的经典理论,阐述了火焰稳定性的控制方法,结合文献探讨了振荡燃烧的机理。针对某F级燃气轮机燃烧室的结构特点,从喷嘴和空气旁路两方面分析了该F级燃气轮机燃烧室的燃烧稳定性,结果表明该F级重型燃气轮机燃烧室结构能够有效保证燃烧稳定。     

旋流燃烧室内煤粉燃烧的数值模拟

为合理描述煤粉颗粒在有湍流脉动的气相流场与温度场中的燃烧反应行为，文中提出并建立了考虑湍流-颗粒反应相互作用的颗粒随机轨道模型。该模型考虑到了气相温度的湍流脉动对颗粒瞬时温度、瞬时热解速率和瞬时多相反应速率的影响。应用此模型对有直流一次风和旋流二次风的旋流燃烧室内的煤粉燃烧进行了数值模拟。计算结果表明，在燃烧室前部区域，该模型与未考虑湍流?颗粒反应相互作用的颗粒随机轨道模型给出的气相温度场与组分浓度场结果有一定的差异，前者得到的气相温度分布与实验更接近。     

数值模拟在合成气燃气轮机燃烧室设计中的应用

采用数值模拟方法对设计燃料为天然气和柴油的某型号燃气轮机燃烧室进行了改造,使其能够高效洁净地燃烧中热值的合成气。数值计算采用了涡团耗散湍流燃烧模型、可实现k-ε湍流模型和离散坐标系辐射模型,SIMPLE压力速度耦合算法以及二阶精度迎风插值格式。对原型燃烧室进行了数值模拟研究,分析了合成气燃料的性质,对比了燃烧天然气和合成气2种燃料时燃烧室入口参数,由此确定了燃烧室改造原则。依照改造原则对原型燃烧室进行了改造,并根据数值模拟的结果对改造方案进行了多次改进,最终得到了合适的改造方案。改造过程说明:对原先燃烧天然气的燃烧室改烧中热值合成气,基本可以不改变火焰筒的结构;燃料喷射孔的面积可以按照与原型喷嘴的燃料喷射速度相同的原则确定,但需要增加旋流器的旋流数。     

合成气微型燃气轮机旋流燃烧特性数值模拟

以某合成气微型燃气轮机为例,通过改变其燃烧室旋流喷嘴的角度增加旋流强度,并采用数值模拟的方法从主燃区旋流强度及值班区旋流强度两方面对比分析了微型燃气轮机的旋流燃烧特性,结果表明:随着主燃区旋流强度的增加,回流区面积明显增大,燃料、空气均匀混合并迅速燃烧;但并非旋流强度越大越好,当主燃区旋流强度增大到一定程度时,回流区已经影响到了燃烧室出口处的气流流动,不利于流场的稳定,因此存在最佳的旋流角度使燃烧达到最佳的效果;值班区旋流强度的改变对燃烧流场影响不大。     

基于CFX的双调风旋流燃烧器数值模拟

基于CFX软件平台对DRB-4Z型双调风旋流燃烧器的出口流场进行了数值模拟。结果显示:随着内二次风叶片角度的增大,回流区变长,回流直径变小,射流扩展角增大,最大轴向速度和最大切向速度的衰减变慢。随着过渡风速的增大,回流区变小,并且逐渐远离燃烧器喷口。当过渡风速较小时,回流区伸入燃烧器喷口;当过渡风速过大时,回流区大大减小,火炬刚性减弱。     

合成气燃气轮机燃烧室CFD模拟的模型选择及优化

采用雷诺平均的计算流体力学方法,通过模拟与燃烧室模态相似的标准旋流扩散燃烧实验以及合成气模型旋流燃烧室实验,分析了4种湍流模型对旋流燃烧及合成气燃烧室的数值模拟结果的影响。对比标准实验的速度、温度以及混合分数等实验数据,讨论不同模型以及参数取值的模拟效果,选取最合适燃烧室内复杂流型预测的realizableκ-ε湍流模型,并对位于湍流动能耗散率(ε)方程源项中的模型常数C2做出修正。耦合相应较为准确的燃烧模型以及反应机理,形成针对合成气燃烧室性能预测的较为理想的模拟方法。开展合成气模型旋流燃烧室燃烧实验,利用形成的数值模拟方法,对燃烧室壁温及NOx排放进行了预测,结果与实验较吻合,验证模拟方法可靠。     

微型燃气轮机富氧燃烧室数值研究

初步设计了一种采用烟气循环富氧燃烧的微型燃气轮机燃烧室,按燃烧稳定、总压恢复系数、出口温度场调节等几个方面确定燃烧室基本的几何尺寸,二次风及掺混冷却孔的位置,旋流燃烧器的结构等,并利用CFD软件对设计燃烧室的热态流场、燃烧稳定性、燃烧效率、压力损失等性能进行了数值模拟。计算结果表明,设计的燃烧室流场合理,燃烧稳定、效率高,压力损失小,基本达到了设计要求。     

某燃气轮机燃烧室燃料适应性数值研究

针对某燃气轮机燃烧室的燃料适应性进行了数值模拟,获得了以天然气和16.44、14.65、12.98 MJ/m3（标准状态）3种不同热值煤制气为燃料时的燃烧室性能,并分析了不同燃料工况下的燃烧室流场和温度场特征。结果表明:等热负荷条件下,燃烧室出口温度的均匀性随燃料热值的降低而下降,但是在一定范围内仍然能够满足要求;而在燃料供气压力不变的条件下,燃烧室热负荷随燃料热值的下降而降低,但是出口温度分布的均匀性有所改善。因此,当燃烧室改烧煤制气时,应适当降低负荷运行或对喷嘴结构进行相应调整以保证燃烧室的长时间和稳定运行。     

基于CFX的炉内空气动力场的数值模拟研究

利用商用计算流体力学软件CFX,采用k-ε双方程模型,对某四角切圆燃烧锅炉增加分级风进行低NOx技术改造后炉内空气动力场进行了数值模拟。数值模拟结果与试验结果吻合较好,说明该数值模拟方法能够较好地反映炉内真实的流场特性．验证了计算方法及数值模型的正确性及合理性。分析了炉内气流流动特性和水平烟道烟温偏差的形成机理,计算结果为完善锅炉冷热态试验及指导安全运行提供了参考。     

1000MW机组微油燃烧系统燃烧室数值模拟研究

采用数值模拟的方法,以Fluent为工具,对某电厂1 000 MW机组微油点火系统进行研究。以Gambit对微油点火燃烧器进行网格划分,湍流模型采用RNG K-ε双方程模型,辐射传热采用P-1辐射模型,煤粉颗粒跟踪采用离散相模型,最终获得微油燃烧器内流场、温度场、组分场以及煤粉颗粒的运动轨迹。模拟结果可作为其微油点火系统运行和维护的借鉴和参考。     

贫油直喷燃烧室燃烧稳定性的数值研究

贫油燃烧过程中很容易产生振荡燃烧现象,而振荡燃烧则会进一步影响燃烧室中氮氧化物(nitrogen oxides,NOx)的生成与排放。为了研究振荡燃烧的触发机制及其对NOx生成与排放的影响,利用FLUENT中的离散相模型、非预混燃烧模型和混合分数/PDF平衡化学反应模型,对贫油直喷燃烧室内的航空煤油/空气非预混燃烧进行了大涡数值模拟,亚网格模型采用WALE模型。将计算与实验值进行比较发现:在喷嘴附近区域,数值结果与预测结果略有差异,在其他区域,数值计算的各个物理参量值都与实验值非常吻合。通过改变入口空气流速,触发了振荡燃烧,其主频为560和1200Hz。对燃烧稳定性的模拟表明,可以通过调整燃烧室的入口条件来激励或者抑制振荡燃烧现象的出现。在此基础上分别计算了稳定燃烧和不稳定燃烧时的NOx排放,结果表明振荡燃烧现象的出现明显改变了NOx的生成与排放。     

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。     

起动机驱动过程中微型燃气轮机燃烧室变工况燃烧特性

针对起动机驱动过程,基于由单级离心压气机、贫预混旋流燃烧室、单级向心涡轮和空冷变频起动机/发电机组成的单轴微型燃气轮机样机,进行了整机实验研究,以获得燃烧室在该运行过程中的变工况燃烧特性变化趋势。研究表明:由于燃烧室内燃气温度较低,NO生成量近似为零,CO2排放浓度与燃烧效率随转速增加的变化趋势基本一致,而与CO排放浓度变化趋势正好相反。由于燃烧室出口平均温度主要受燃烧室进口空气温度、燃烧效率和当量比的影响,因此在起动机驱动过程中,燃烧室出口平均温度呈现与三者波动不一致的趋势。随着起动机转速增加,燃烧室总压恢复系数由于热阻损失和流动损失增加而减小。燃料化学反应过程不仅会影响压气机背压,并导致燃烧室进口空气温度和总压增大,而且会促使燃烧室进出口总压波动变大。燃烧室设计流阻系数在文中所涉及的运行参数和燃烧室无量纲结构参数条件下取值为35,可以满足燃烧室设计要求。     

微尺度燃烧中数值模拟模型选择研究

该文对微尺度燃烧数值模拟所选用的模型进行了研究.通过理论上对流动和燃烧的分析,认为用传统上的临界雷诺数来区分层流燃烧和紊流燃烧在微尺度燃烧中可能不能反应实际情况,小雷诺数下也存在紊流的可能;在所研究的微尺度管道中,实验表明具有紊流特征,数值模拟和实验的对比表明,三维紊流燃烧模型比层流模型的温度分布更接近实际温度分布,能够相对较好地反应实际情况.同时在目前的数值模拟模型中,由于没有考虑熄火距离的影响,导致在微尺度燃烧模拟中会出现温度偏高的现象.     

基于大涡模拟的流化床内湍流燃烧特性研究

基于涡耗散概念燃烧模型思想,考虑小涡上的化学反应建立亚格子反应模型。分析了流化床内煤颗粒的流动与燃烧过程。模拟了出口处气体组分,采用亚格子反应模型的模拟结果更接近实验值。对于挥发分均相反应,给出了亚格子反应速率与总反应速率随颗粒浓度的分布特性,亚格子反应速率与总反应速率分布趋势基本一致,随着浓度的增加也有上升的趋势。亚格子反应速率占总反应速率的22%左右。对于碳燃烧异相反应,给出了采用亚格子反应模型与未采用亚格子反应模型模拟的反应速率随浓度的分布特性,考虑亚格子反应模型与未考虑亚格子反应模型的模拟结果趋势一致,随着浓度的增加反而有所降低,未考虑亚格子反应模型模拟的反应速率大约为采用亚格子反应模型模拟的80%。     

大型切圆燃烧室流场数值模拟分析

利用数值模拟计算，对大型锅炉切圆燃烧室流场进行了对比分析。明确了反向切圆和分离切圆的作用和流动结构。认为分离切圆是防止结渣的可行措施，而反向切圆是解决炉膛出口气流偏斜一个重要方法，同时指出反向切圆的某些缺点。     

9FA燃气轮机DLN-2.0+燃烧室燃烧异常判断及处理

杭州华电半山电厂9FA燃气轮机运行至今已有1年了,到目前为止,1号机组曾经出现过2次由于排气分散度高(燃烧异常)而跳机的情况。文章针对此情况从9FA燃气轮机的燃烧筒结构及MARKVI保护策略上进行了分析,以希对同类型机组的运行维护提供参考。     

水煤浆燃烧过程的数值模拟

为深入研究水煤浆的燃烧特性,对南海电厂1台200 MW四角切圆燃烧锅炉在全烧水煤浆满负荷运行状况下的炉内流场、温度分布及各组分场进行了数值模拟。结果表明:整个炉膛空间存在1个明显的旋转流场;炉内最高温度出现在燃烧器区域,随着炉膛高度的增加,温度逐渐降低;温度场与各组分场有着对应关系,高温区对应CO2高浓度区和O2的低浓度区;水分在燃烧器段炉膛壁面附近含量较多,中心含量较少,随着高度的增加,这种差别逐渐减小。