天然气径向分级燃烧室低NOx排放的优化研究

为解决天然气径向分级燃烧室NOx排放超标问题,该文采用数值模拟和试验方法研究了天然气径向分级燃烧室结构改进策略和优化方案,多喷嘴参数匹配关系及部分负荷下NOx排放的预测关系式。结果表明:改变掺混孔径的达标方案合理可行,得到孔径值44.45 mm和其他性能参数的变化规律;中心喷嘴是决定NOx排放水平的主要因素;多喷嘴匹配关系的低排放设计准则是喷嘴燃料量相等;改进NOx排放预测公式准确反映了其部分负荷行为。该研究可为燃烧室后续试验调试和设计改进提供理论依据。

径向分级燃烧室热声特性的试验研究

为了探究径向分级燃烧室燃料分配比例对燃烧室热声特性的影响,对工业级单筒4 MW功率等级径向分级燃烧室进行试验研究.试验中通过改变径向上值班喷嘴和主燃喷嘴的燃料分配比例,分析燃料分配比例对动态压力特征频率和幅值的影响.采用相空间重构方法和递归分析方法,探究燃料分配比例变化过程中燃烧室内热声状态的变化特征.结果表明,燃烧室内整体存在低频(70~90 Hz)和高频(200~230 Hz)2个主导频率.在燃料分配比例调节过程中,出现低频向高频跃迁现象.相空间重构图和递归图显示,当燃料分配比例增大时,燃烧室内热声状态存在切换过程:由准周期状态过渡为混沌状态,最终切换至极限环状态.

塔式同轴分级旋流器结构参数对燃烧室性能的影响

针对气态燃料-低排放塔式同轴分级燃烧室,采用数值模拟的方法探究该分级旋流器的旋流角度、叶间流道斜径向角度和轮毂展向角度对燃烧流场结构和燃烧室性能的影响规律.与主燃1级旋流角相比,总压损失和两级流量分配比例受到主燃2级旋流角的影响更大.而燃烧效率、混合均匀性指数和排放性能在本文所选范围内受到旋流角度的影响相对有限.叶间流道斜径向和轮毂展向角的改变对燃烧室总压损失和回流区形态的影响比较显著.在轮毂展相角增加至30°以上时,NO_(x)和CO排放量的增幅明显.轮毂展向角的增加会使回流区宽度略有增加,但涡心位置会显著向下游移动.在保证燃烧性能的前提下,选择更低的旋流角度和更大的轮毂展向角能够进一步降低燃烧室的流动损失.

径向分级低污染燃烧室燃烧性能试验

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。

旋流燃烧室内分级进风对燃烧污染物生成的影响

建立了采用分级进风方式的旋流燃烧室试验装置.在此试验装置上分别对天然气和煤粉进行了湍流旋流燃烧的试验研究.在保持过量空气系数和旋流数不变的条件下,采用不同分级进风比率时测量了燃烧室内烟气的时均温度场、O2、CO和NO浓度场的分布,并分析讨论了分级进风率对旋流燃烧室内湍流燃烧及污染物生成的影响.结果表明:在天然气燃烧过程中,加大二次旋流风率可减少NO的生成;在煤粉燃烧过程中,加大二次旋流风率会增加NO的生成.

R0110重型燃气轮机燃烧室污染排放性能研究

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。

三级燃料径向分级燃烧对燃烧室性能的影响

为了适应新的能源和环保形势,同时保障燃烧室在宽工况范围内各项参数满足燃气轮机整体性能需求,试验研究三级燃料径向分级燃烧对燃烧室在50%~100%工况范围工作特性的影响,并根据变化规律得到合理的燃料分级方案。结果表明:该燃烧室在50%~100%工况均可达到OTDF低于20%、RTDF低于5%,总压损失约5%和燃烧效率约99.9%的技术指标;同时满足80%~100%工况NOx和CO可低至30 mg/m3(15%O2),60%~80%工况下,NOx和CO排放低于50 mg/m3(15%O2)。分析试验数据发现:相较于1路,值班路燃料比例对NOx排放、贫燃熄火边界和出口温度均匀性的影响更大。燃料在燃烧室径向中心集中,火焰稳定性提升,NOx排放升高,出口温度均匀性变差,壁面温度降低;低工况下,CO排放降低;总压损失和燃烧效率不受影响。据此得到三级径向分级燃烧室在50%~100%工况下特性图谱,为燃烧室在燃气轮机实际运行提供重要参考。

某型低排放燃烧室喷嘴结构优化研究

为提高干低排放燃烧室火焰稳定性,对某燃气轮机干低排放燃烧室喷嘴进行了结构优化,增加了中心预混值班喷嘴,同时对燃料分配进行调整,分析了值班火焰对燃烧室的火焰稳定性和污染物排放的影响。计算结果表明:值班路过量空气系数为1.5,两级旋流过量空气系数相同时,可有效拓宽燃烧室贫燃熄火边界,同时保持较低的污染物排放。最后通过试验测试了燃烧室的贫燃熄火特性和压力脉动特性,初步验证了值班喷嘴结构对稳定燃烧的作用。