燃料热值对不同燃烧方式下燃气轮机燃烧特性的影响

针对燃气轮机运行过程中出现的燃烧不稳定和污染物排放高的问题,开展了燃料热值对不同燃烧方式下燃气轮机燃烧特性（燃烧稳定性和污染物排放影响规律）影响的研究。以某重型燃气轮机分管燃烧室为研究对象,在扩散燃烧和预混燃烧方式下,保持燃料流量、空气流量及大气温度等参数不变,仅改变燃料热值,采用数值仿真方法对燃烧室设计监测点处压力、燃烧室出口温度及污染物排放等数据进行分析。研究表明：在扩散燃烧方式下,热值较低时,燃烧室高频压力脉动较大,热值增加,燃烧室低频压力脉动先减小后增加;在预混燃烧方式下,热值增加,燃烧室高频压力脉动减小;在两种燃烧方式下,热值增加,燃烧室出口NO_x排放均增加,而热值变化对燃烧室出口CO的排放影响较小。     

燃气轮机燃烧技术的研究与应用

本文概述了国内外燃气轮机燃烧技术的研究，应用及发展情况，重点介绍了航机改型燃机改烧多种燃料带来的一系列技术关键及对策，以及目前为满足高效低污要求的各种燃烧室方案。     

重型燃气轮机先进低NOx燃烧技术分析

对重型燃气轮机领域中的低NOx燃烧技术进行介绍与说明,首先简要论述了重型燃气轮机燃烧室中氮氧化物的产生机理及抑制方法,其次,介绍了贫预混多喷嘴分级燃烧技术、富油/烽熄/贫油燃烧技术和贫预混低旋流燃烧技术等7种可用于重型燃气轮机燃烧室的先进低NOx燃烧技术,并详细论述了这7种低NOx燃烧技术的作用原理及应用进展,可为国内重型燃气轮机低污染燃烧室的设计与研制提供技术参考.     

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。     

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。     

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。     

氢燃料微混燃烧技术研究进展

微混燃烧技术采用数量众多、结构简单的微型喷嘴替代传统的大直径喷嘴,主要目的是通过减小喷嘴直径,提高微混喷嘴的混合强度,从而提高预混气的混合均匀度,以促进H₂在燃气轮机中的安全稳定燃烧,并降低NO_x排放。本文总结了氢燃料微混燃烧技术的研究进展,对H₂在燃气轮机中的工业化应用中进行了探索。结果表明：微混燃烧技术在H₂稳定燃烧及降低NO_x排放方面表现出巨大的潜力。目前,已经发展了纯氢燃烧的微混燃烧技术,该技术最终有望在燃气轮机中大规模应用。     

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.     

微型燃气轮机低热值燃料燃烧室喷嘴流动实验研究

为适应生物质气低热值、组分变化大的特点,达到燃烧室燃烧稳定、低排放要求,在某60 kW级微型燃气轮机环形燃烧室结构的基础上,新设计了一种具有不同预混孔结构的新喷嘴,并在上海交通大学微型燃气轮机单喷嘴燃烧室实验台上对原喷嘴及新设计喷嘴进行冷态流动实验,对比分析不同稀释孔直径及工质参数条件下原喷嘴及新喷嘴对燃烧室空气流量分配比及过量空气系数的影响。研究表明:燃料流量、空气流量变化会影响燃烧室空气流量分配,空气温度变化对燃烧室空气流量分配无影响;燃料热值降低会导致燃烧室过量空气系数增大,需要匹配直径更大的燃烧室稀释孔;相比于原喷嘴新喷嘴的流量分配比较大,为使其适应低热值燃料,需要匹配的燃烧室稀释孔直径为11.0 mm,该条件下新喷嘴可适应CH_4摩尔分数为50%~90%的燃料。     

燃气轮机燃烧室双燃料混合燃烧数值模拟

对燃气轮机双燃料燃烧室进行了2种燃料混合燃烧条件下的数值模拟.结果 表明:混合燃烧条件下,液体燃料不同质量流量下的雾化特性、双燃料喷嘴气/液路结构以及气/液燃料的燃烧场差异决定了双燃料燃烧室的混合燃烧性能;当2种燃料混合燃烧时,液体燃料雾化质量恶化及外环气体燃料喷嘴对燃烧场的径向压缩导致高温驻点向燃烧室出口移动,温度分...     

简讯

在燃气轮机控制系统中,需要实时测量天然气的热值,根据天然气的热值进行燃烧调整,以保证燃气轮机的运行和出力的稳定。当热值测量值的时间滞后于天然气进入燃气轮机的时间,控制系统就不能及时根据热值进行燃烧控制,从而使燃气轮机的燃烧调整滞后,使燃气轮机运行不稳定。结合某工程实例,对天然气热值测量值的滞后时间进行分析,给出滞后时间的改进方法。通过对热值测量值滞后时间的改进,使控制系统能及时进行燃烧调整,从而保证燃气轮运行稳定。     

中低热值中小型燃气轮机选型实例

简述用于燃气轮机的常见中低热值燃料气并列举了对应中小型燃气轮机机型,详细介绍了中低热值中小型燃气轮机及余热利用主机选型方案过程中的基本思路、部分注意事项,并简述一选型应用实例。本文可为潜在用户在中低热值中小型燃气轮机项目前期的主机选型提供参考。     

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。     

一种燃气轮机气体燃料调节阀的流动特性分析

针对国内燃气轮机的气体燃料调节阀长期依赖国外进口、缺乏自主设计及验证能力的问题，采用 CFD方法对燃气轮机气体燃料调节阀的流动特性进行了分析。在分析研究时采用实际使用的天然气，获得 了燃料阀相对升程-流量系数和提升力系数曲线，为燃料阀的设计及其控制系统动态特性的研究提供了依据 以及理论基础。     

燃用超低热值燃气的旋转回热型催化燃烧器数值分析

针对超低热值燃气难以点火燃烧而直接排入大气,导致环境污染和能源浪费的问题,提出了一种以超低热值燃气为燃料的反应器,即旋转回热型催化燃烧器.根据其周期性旋转、蓄热、放热和催化燃烧等特点,采用计算流体力学(CFD)软件进行模拟分析.结果表明:该反应器能有效氧化超低热值燃气(甲烷体积分数2%、入口速度20m/s),持续生成1 035~1 200K的高温燃气,从理论上证明了该反应器的可行性;在旋转周期的状态I(或II)内,燃气和烟气出口温度均近似线性升高,该规律可用于评估反应器的热力性能;反应器周期性旋转,使壁面温度峰值在1 200~1 600K变化,有利于催化燃烧发生,同时也避免了反应器中热量聚集和催化剂高温失活.     

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。     

压燃式天然气发动机缸内流动特性

本文提出了一种压燃式天然气发动机燃烧系统,并在不同的燃烧室结构参数下对其燃烧特性和缸内流场分布进行了模拟计算.结果表明,半球型副燃烧室着火性能要优于平底型副燃烧室;较小通道直径有利于抑制燃烧敲缸和扩大功率输出;如果将通道进行适当的右偏移后,在不改变着火性能的基础上,可以有效降低燃烧速率,避免燃烧敲缸.