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。

喷嘴对自点火氛围下横向射流火焰燃烧特征的影响

针对横向射流火焰,采用火焰高频自发光成像方法与尾气污染物分析方法,研究了3种不同喷嘴注入条件下的横向射流火焰的形态特征与污染物排放特征.结果表明:采用双喷嘴设计在下游注入空气可增强焰前掺混,在主流当量比较低时有利于污染物减排,但主流当量比较高的条件下,下游空气形成的富氧氛围会使氮氧化物与一氧化氮的排放水平均增加;在主流当量比较高的条件下,下游空气的注入可增强局部掺混并缩短点火延迟,使火焰释热强度增加;此外,火焰根部的脉动特征也受到喷嘴组合形式与当量比的显著影响,增加主流当量比与双喷嘴下游注入空气均利于射流火焰稳定.