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天然气低NOx短环形燃烧室研究进展
发稿时间:2021-11-08         作者:李威          来源:能源动力中心     【字号:

  NOx燃烧室是航空发动机改造为燃气轮机的主要部件。以某型航空发动机燃烧室作为研究对象,在不改变燃机机匣的前提下,采用先进燃烧方式来实现低NOx排放。 

  首先采用燃料加湿稀释扩散燃烧方式对该航空发动机燃烧室进行低NOx改造,该技术在一定加湿比例的情况下,可降低NOxCO排放。设计了燃料加湿喷嘴,模拟结果表明,在一定燃料加湿比例条件下,该燃烧室采用此燃烧技术能够大幅降低NOx的排放浓度,同时CO排放浓度也较低,但NOx仍然无法达到国标要求的排放水平。 

  对燃烧室火焰筒进行了改造,通过高速射流和几何结构引导的方式,尝试在原型机有限的机匣空间内实现柔和燃烧。数值模拟的结果显示,在原型机有限的空间内,仅重新设计火焰筒而不改动机匣,无法获得温度场均匀、火焰峰值温度低的柔和燃烧。这表明,在航空发动机压力高、流量大、速度高、尺寸小等不利因素影响下,实现柔和燃烧的难度较大。 

  最后,应用微混燃烧技术,探究是否能进一步降低污染物排放。在不改变机匣的尺寸和结构的情况下,实现了微混燃烧喷嘴的布置。数值模拟结果表明,头部微混燃烧当量比为0.64时,全局最高温度为2069K,相比燃料加湿燃烧,其下降程度较为可观。由于全局燃烧温度较低,其出口NOx7.5ppmvd@15%O2CO9.4 ppmvd@15%O2。尽管头部微混燃烧获得了均匀温度场,还需要进一步通过掺混孔的优化来改善出口温度分布。 

  对于所研究的天然气短环形燃烧室,在不改变机匣结构,仍然采取原型机的环形燃烧室的情况下,通过燃料加湿燃烧能够获得较低的NOx排放水平;在该机匣空间内,不能实现高压高负荷柔和燃烧;微混燃烧方案能够实现稳定燃烧,燃烧温度场均匀,NOx排放低,是将航空发动机短环形燃烧室改造为低NOx燃烧室的具有潜力和可行的燃烧方式。

 1  不同燃料加湿比例污染物排放浓度

2  微混方案燃烧区域轴截面及出口温度分布

 
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