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热力发电 2019年第8期48卷 22-26页

作者：刘凯李之予曾文刘爱虢沈阳航空航天大学航空发动机学院

以某型径向三级燃烧室为研究对象,采用天然气为燃料,通过试验研究了各级不同燃料比例及燃烧模式下燃烧室的贫油点火、贫油熄火、出口温度场、污染物排放等燃烧性能。结果表明:在环形区扩散燃烧、主燃区预混燃烧模式下,贫油点火油气比为0... 详细信息

以某型径向三级燃烧室为研究对象,采用天然气为燃料,通过试验研究了各级不同燃料比例及燃烧模式下燃烧室的贫油点火、贫油熄火、出口温度场、污染物排放等燃烧性能。结果表明:在环形区扩散燃烧、主燃区预混燃烧模式下,贫油点火油气比为0.027 0~0.040 1,贫油熄火油气比为0.006 9~0.005 5,环形区改为预混燃烧模式后,点火油气比和熄火油气比均有所增大;随主燃区预混燃料当量比(当量比)的增加,出口温度系数逐步改善,至当量比0.54时则有所恶化,环形区改为预混燃烧模式后,主燃区当量比为0.51时,出口温度系数改善明显;随主燃区当量比的增加,CO、未燃碳氢(UHC)、Nox及碳烟排放均呈下降趋势,但当量比为0.54时,Nox排放有所增加,环形区改为预混燃烧模式后,各污染物排放指数降低,但未达到预期。建议径向分级燃烧室在低负荷工况下采用环形区扩散燃烧、主燃区预混燃烧模式,在高负荷工况下均采用预混燃烧方式。

关键词：燃气轮机燃烧室径向分级当量比燃烧特性污染物排放扩散燃烧预混燃烧

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径向分级环管型低排放燃烧室头部结构设计与性能分析

径向分级环管型低排放燃烧室头部结构设计与性能分析

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作者：唐胜哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着环境污染问题的日益凸显,污染物限排标准日趋严格,低污染物排放量已是现代燃气轮机的必备特性。但随着高性能燃气轮机技术的发展,高压比和高涡轮进口温度进一步增加了NOx等污染物的生成量,无疑加大了低排放燃气轮机的设计难度。在... 详细信息

随着环境污染问题的日益凸显,污染物限排标准日趋严格,低污染物排放量已是现代燃气轮机的必备特性。但随着高性能燃气轮机技术的发展,高压比和高涡轮进口温度进一步增加了NOx等污染物的生成量,无疑加大了低排放燃气轮机的设计难度。在这一背景下出现了许多性能优秀的低排放燃烧技术,贫油直喷技术(LDI)作为先进的低排放燃烧技术之一,具有巨大的低排放潜力(尤其是高温高压条件),其NOx排放量与LPP燃烧技术接近,但可以消除预混燃烧所产生的回火和自燃问题。因而,LDI燃烧技术的应用前景十分广阔。本文基于多点LDI燃烧技术,通过经验公式结构设计、一维化学网络模型(CRN)配气优化、三维CFD数值模拟周期拓展及全尺寸研究、验证等多种设计方法对某型燃气轮机燃烧室开展了改型和优化设计工作,将其改造成一款径向分级低排放燃烧室,并在此基础上总结了相关的设计流程。本文主要的研究工作如下:(1)通过传统的燃烧室结构设计经验公式和一维化学网络模型(CRN)分析方法,对单点LDI燃烧室的旋流器、文氏管等几何尺寸和空气流量分配等参数进行了设计与优化。确定了由旋流器进入主燃区参与燃烧的空气量为70%,冷却空气量为30%。(2)将一维空气流量分配优化结果作为边界条件,以单点LDI燃烧室为研究对象,研究了文氏管扩张角、收缩角及喉部尺寸等关键结构参数对燃烧性能的影响,对单点LDI燃烧室的结构进行了优化,获得了一个性能较为优秀的单点LDI燃烧室结构。(3)以优化设计得到的单点LDI燃烧室结构为基础,在简化的火焰筒上进行阵列组合,采用三维周期拓展分析方法研究了多点LDI燃烧室头部的组合形式、旋流器旋向、喷嘴中心距等方面对燃烧性能的影响,确定了两个(同旋向和反旋向)性能较为优秀的多点LDI燃烧室头部阵列组合形式及相关结构参数。(4)依据三维周期拓展分析结果建立了较为完整的燃烧室计算模型,对两个多点LDI燃烧室在全工况和30%工况下的燃烧性能进行了对比研究。研究结果显示:反向组合结构的燃烧性能最为优秀,全工况下NOx排放量为128.22ppm,较原型降低了67.95%,出口温度分布系数(OTDF)为14.35%,总压损失为4.76%;30%工况下采用中心值班级+反向主燃级2的工作模式可具有较低的NOx生成量,为45.10ppm,出口温度分布系数(OTDF)为28.09%,总压损失为4.99%,满足设计要求。(5)针对慢车工况下出口温度分布系数过高的问题,对中心值班级文氏管结构进行了改进,将文氏管扩张段的出口直径增加至59mm,出口温度分布系数由55.16%降至28.40%,满足设计要求。(6)对不同工况下的燃油分级策略进行了研究。慢车工况下采用中心值班级单独供油燃烧方式,30%-70%工况下采用中心值班级+主燃级2供油的燃烧方式,70%工况以上采用所有燃烧级供油的燃烧方式。30%-70%工况下采用中心级局部富油和主燃级局部贫油的燃烧方式可具有更好的NOx排放性能。此外还给出了径向分级低排放燃烧室的设计流程。

关键词：径向分级低排放燃气轮机燃烧室贫油直喷数值模拟

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径向分级环形燃烧室燃烧场数值模拟

径向分级环形燃烧室燃烧场数值模拟

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作者：朱晓明哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

燃气轮机由于其优良性能,被世界各国广泛应用,国际上对燃机的污染物排放标准也越来越严格,如何在不降低燃气轮机性能情况下减少污染物排放成为该领域重要的研究方向。燃烧室作为燃气轮机重要的核心部件,其总体性能直接影响燃机整机质量... 详细信息

燃气轮机由于其优良性能,被世界各国广泛应用,国际上对燃机的污染物排放标准也越来越严格,如何在不降低燃气轮机性能情况下减少污染物排放成为该领域重要的研究方向。燃烧室作为燃气轮机重要的核心部件,其总体性能直接影响燃机整机质量水平,同样也是降低NOx等污染物排放的主要研究对象。经过多年的发展,燃烧室低排放技术日趋成熟,贫油直喷技术(LDI)因为超低的排放与稳定的性能,在众多低排放技术当中占据着相当重要的地位,受到各国学者的重视与推崇,具有极好的发展前景。本文以径向分级低排放燃烧室为研究对象,完成单头部LDI燃烧室的零维设计到多头部燃烧场分析的过程,着重研究燃烧场与燃烧室结构参数之间的关系和不同阵列形式对燃烧场的影响。主要的研究内容如下:(1)根据经验公式对研究对象进行零维结构设计,包括环形燃烧室总体尺寸、单头部结构尺寸、多点喷射布置形式等内容的计算分析。(2)根据燃烧室流场形式与温度场分布情况对燃烧场进行分区,划分整个燃烧场的一维化学网络模型(CRN),采用微元法计算各分区的有效体积与特征长度,确定燃烧室流量分配,优化燃烧室结构。最终确定了由旋流器进入主燃区参与燃烧的空气量为75%,冷却空气量为25%。(3)分析单头部LDI燃烧室旋流器旋流数对燃烧场的影响,采用封闭隔离的方式读取回流区体积大小,建立回流区体积、阻力损失与旋流数的关系式,得到了回流区体积与阻力损失随旋流数增大而增大的结论。(4)将LDI单头部结构阵列到环形燃烧室上,建立了多点喷射燃烧室简化模型,分析了不同旋流器旋向和文氏管间距对燃烧场性能的影响。结果表明,旋流器旋向和文氏管间距对燃烧室出口平均温度和最大温度没有显著的影响,外围相邻旋流器旋向相反的C方案比其他两种方案的NOx排放更低;随着文氏管间距的增加,NOx排放呈现先增加后减小的趋势,这是由于旋流器紧凑程度和壁面阻挡引起的结果。

关键词：径向分级低排放燃烧室燃气轮机

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R0110重型燃气轮机燃烧室污染排放性能研究

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中国电机工程学报 2010年第20期30卷 51-57页

作者：谢刚祁海鹰李宇红冯冲陈晓丽清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室北京市海淀区100084

我国研发的R0110重型燃气轮机采用干式低污染燃烧室设计。燃烧室具有2种工作模式,为检验其排放性能,在低压模拟条件下针对模式I进行了单管试验。结果表明,在整个负荷范围内,NOx排放均远远超标;CO在负荷≥0.7后均满足设计要求;当参照GE公... 详细信息

我国研发的R0110重型燃气轮机采用干式低污染燃烧室设计。燃烧室具有2种工作模式,为检验其排放性能,在低压模拟条件下针对模式I进行了单管试验。结果表明,在整个负荷范围内,NOx排放均远远超标;CO在负荷≥0.7后均满足设计要求;当参照GE公司DLN燃烧室的设计特点降低值班燃料比例后,NOx反而增加。分析认为,NOx超标的原因主要是预混燃料比例偏低,预混均匀性相对不足,燃烧区过量空气系数的设计不合理,致使燃烧温度偏高。值班燃料的负面影响是由于原始设计使局部形成了富燃料燃烧的状态。针对以上问题,提出了进一步改善燃烧室的污染排放特性的措施建议。

关键词： R0110重型燃气轮机干式低污染燃烧室径向分级污染排放

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