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燃气轮机柔和燃烧室研究进展
发稿时间:2016-11-14         作者:熊燕          来源:能源动力研究中心     【字号:

  燃烧室作为燃气轮机的核心部件之一,始终朝着燃烧室出口温度更高、燃烧效率更高、燃料适应性更强、 NOX排放更低的方向发展。而随着燃烧室出口温度的逐步提高和越来越严格的环保要求,NOX排放控制显得尤为关键。 

  柔和燃烧是混合物在高温低氧气氛中发生的燃烧过程。柔和燃烧具有峰值火焰温度低、温度场分布均匀、NOX排放低、燃烧稳定性好、燃料适应性强、噪声低等特点,具备应用于燃气轮机燃烧室的潜力,为建立应用于燃气轮机的柔和燃烧,通常采用提高反应物入射动量的方式,引射足够烟气回流,降低反应速度。较高的射流动量可以将火焰锋面吹散,减小燃烧室内的温度梯度,降低峰值温度,从而降低NOX生成。但应用到实际燃烧室亦存在诸多难点,如空气/燃料分配、空气/燃料掺混及其流场组织,燃烧室冷却,燃烧调整等。 

  能源动力研究中心前期开展了柔和燃烧热力学条件、化学动力学特性、流动条件研究,模拟分析了不同级别燃气轮机实现柔和燃烧所需的烟气回流比例异同,分析了烟气回流比例对柔和燃烧点火延迟时间的影响,比较了柔和燃烧和传统燃烧的反应速率等,取得了阶段性成果。在上述工作基础上进一步逐步开展了应用于实际燃气轮机柔和燃烧室研制工作。 

  通过CFD计算分析、优化获得适用于实际燃机的柔和燃烧室方案,既满足柔和燃烧热力学实现条件,又满足流场组织和燃烧室总体性能要求。完成柔和燃烧室验证试验件及配套验证试验台,在常温常压下开展了系统性试验研究。完成喷嘴几何参数及布置、射流速度大小、值班喷嘴空气分配/燃料分配、主燃喷嘴掺混模式、燃烧热强度等对燃烧特性的影响,观测到燃烧室内部反应场光线通透,无明显火焰锋面, 燃烧室出口烟气排放低,通过与扩散燃烧/非柔和燃烧模式的实验和计算对比分析得到了柔和燃烧工况下温度分布均匀,排放低的特性,验证了柔和燃烧器的有效性。最近,完成了跨级别(B-F级)参数柔和燃烧室设计、加工,正在开展高温高压全尺寸试验工作,正在进行入口温度350-400℃,压力4bar-12bar条件下的试验研究,进展良好。 

  上述工作得到了国家973青年科学家项目的支持,柔和燃烧室方案已经申请发明专利。 

 
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