V94.2燃烧室结构特点

Siemens公司的V94.2燃气轮机的特点是具有2个筒型燃烧室,每个燃烧室有8个燃烧器,可以燃烧低热值到高热值的多种燃料。混合燃烧器还可实现干式低NOx控制及低CO排放。列出了燃烧室的技术规范,说明了燃烧室的结构和组成部件,并分析了其燃烧方式。该燃烧室的长处是使用寿命长,能抑制偶发的压力波动,燃气在透平进口温度均匀,可靠性高。     

燃气轮机富氢燃料预混燃烧实验研究

实现带有CO_2捕集的IGCC,需要研发燃气轮机富氢燃料燃烧室技术。基于阵列驻涡燃料-空气预混的概念,设计了燃气轮机富氢燃料燃烧室的阵列驻涡预混喷嘴,利用模型燃烧室实验研究了该喷嘴在燃烧多种富氢燃料工况下的性能。结果表明,阵列驻涡预混喷嘴在F级燃气轮机工况下燃烧富氢燃料,能够实现安全稳定低噪声工作,多数工况下NO_x排放降低到50 mg/m~3(@15%O_2)以下,展现出在燃气轮机富氢燃料燃烧室中的应用潜力,值得进一步研究。     

垃圾填埋气微型燃气轮机低排放燃烧室燃烧性能实验

为研究一种采用中心分级贫燃预混技术的低排放垃圾填埋气微型燃气轮机燃烧室,采用单头部燃烧室,以2种垃圾填埋气LFG1、LFG2和天然气为燃料,进行了燃烧性能实验。考察了3种燃料的点火特性以及在发动机全负荷状态下,不同主燃级喷口位置、值班级与主燃级燃料分配比例(燃料分配比)对燃烧室污染物排放、燃烧效率的影响。结果表明:在所选空气流量0.15～0.50 kg/s范围内,天然气的点火燃空比为0.000 65～0.002 50,2种垃圾填埋气的点火燃空比为0.004 04～0.006 20,均符合低污染燃烧室的设计标准;随着燃料分配比在0.2～0.5变化,3种燃料存在不同的燃料分配比,使得燃烧效率更高,污染物排放水平更低;选用燃料分配比0.3与0.4的工况下,主燃级喷口位置由旋流器前调整为旋流器中间位置后,提高了LFG2与天然气的燃烧效率,但增加了LFG1与天然气的污染物排放。     

交叉射流分级燃烧器中CH4柔和燃烧特性分析

柔和燃烧具备燃烧稳定、烟气出口温度均匀、NO和CO排放低的特点,有望成为新一代燃气轮机燃烧技术.因此,开展柔和燃烧技术应用于燃气轮机燃烧室的探索研究非常必要.烟气温度、氧浓度及其与新鲜空气的掺混对柔和燃烧的发生及燃烧性能有重要影响.为此,基于轴向分级概念建立燃烧器,通过精确控制烟气回流比例和当量比使得烟气的流量、温度、氧浓度连续可调,设计合适的燃烧器结构型式使得烟气在掺混区和燃料、空气以交叉射流方式掺混.通过数值模拟结合实验的方法,从流动、热力学角度研究分析了回流比例、当量比对OH’分布、火焰稳定性、NO/CO排放等燃烧性能的影响规律和机制.实验以甲烷为燃料,在回流比例r=0.5、当量比(面)=0.6工况下获得最佳的污染物排放性能:NO为6mg/m3,CO为5mg/m3.研究结果将为柔和燃烧在燃气轮机燃烧室上的应用提供理论依据和基础数据.     

微燃机富氧燃烧室NO_x排放的数值研究

对采用烟气循环富氧燃烧方式设计的50 kW微型燃气轮机的低NOx燃烧室,运用数值软件进行了燃烧模拟计算,从入口氧浓度、水分、进口温度等几个方面对组分分布、及NOx生成规律进行了研究。结果表明:燃烧室出口NOx浓度随着入口温度增加、水分减少、入口氧浓度增加而增大。燃烧室内低NOx生成速率等势面充满整个火焰管,高NOx生成速率等势面分布于火焰下游的氧化性氛围增强的过渡区和掺混冷却区。微型燃气轮机燃烧室采用富氧循环烟气预混燃烧方式,不论入口参数如何变化,燃烧室出口NOx排放浓度都小于5×10-5mol/mol,可以实现低NOx清洁燃烧。     

起动机驱动过程中微型燃气轮机燃烧室变工况燃烧特性

针对起动机驱动过程,基于由单级离心压气机、贫预混旋流燃烧室、单级向心涡轮和空冷变频起动机/发电机组成的单轴微型燃气轮机样机,进行了整机实验研究,以获得燃烧室在该运行过程中的变工况燃烧特性变化趋势。研究表明:由于燃烧室内燃气温度较低,NO生成量近似为零,CO2排放浓度与燃烧效率随转速增加的变化趋势基本一致,而与CO排放浓度变化趋势正好相反。由于燃烧室出口平均温度主要受燃烧室进口空气温度、燃烧效率和当量比的影响,因此在起动机驱动过程中,燃烧室出口平均温度呈现与三者波动不一致的趋势。随着起动机转速增加,燃烧室总压恢复系数由于热阻损失和流动损失增加而减小。燃料化学反应过程不仅会影响压气机背压,并导致燃烧室进口空气温度和总压增大,而且会促使燃烧室进出口总压波动变大。燃烧室设计流阻系数在文中所涉及的运行参数和燃烧室无量纲结构参数条件下取值为35,可以满足燃烧室设计要求。     

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。     

微型燃气轮机燃烧室性能试验测试

设计了一种以天然气为燃料的微型燃气轮机燃烧室,并对燃烧室的燃烧性能进行了试验测试。所设计的燃烧室为单级旋流器+主燃孔的折流式单管燃烧室,采用L型燃气导管实现气流在燃烧室内的180°转角;燃料喷嘴为多孔式,2排孔的喷射角度分别为120°和90°;通过掺混孔和燃气导管冷却孔相互配合的方式来满足燃烧室出口温度场的要求。测试结果表明:在设计点燃烧室的冷、热态压力恢复系数分别为0.955、0.940;点火燃空比为0.005～0.007,具有较好的点火特性;对贫油熄火特性影响较大的因素是燃烧室入口温度,当大气温度由-30℃升至30℃时,贫油熄火燃空比由0.0026降低至0.0023;排放及燃烧效率未能达到要求,尤其是CO排放较高,体积分数达到300×10~(–6);燃烧室出口温度分布的热点指标低于0.15,满足要求,但空气流量分配不合理导致火焰筒局部温度过高。     

IGCC燃用低热值燃料的燃气轮机运行性能优化

天津IGCC是中国第一座整体煤气化联合循环电站。系统中燃气轮机的燃料为气化炉产生的热值较低的合成气,作为国内第一台应用于IGCC技术的燃气轮机,在运行过程中存在着合成气热值与设计值偏差大、烧嘴过热、燃烧室偏烧等问题。针对存在的问题,首先介绍了IGCC电站燃用低热值燃料的燃气轮机与普通燃气轮机在燃料、燃烧方式、燃烧器结构等方面的区别;然后结合实际运行参数分析,重点对存在的问题提出性能优化方案及措施。对燃用低热值燃料的燃气轮机后续发展具有一定的借鉴意义。     

高温煤基燃料的燃烧特性及NOx排放试验研究

为了探索控制煤粉燃烧时NOx的生成，参考高温空气燃烧的概念，提出了将煤粉预热到800 ℃的高温后再进一步燃烧的新工艺，方法是借助循环流化床在低过剩空气系数下燃烧的技术预热煤粉，由于煤粉在预热过程中发生了部分气化的反应，将生成物称为高温煤基燃料。在小型热态试验台上完成了第一阶段的概念性验证试验。热态试验台由提供高温煤基燃料的循环流化床和用于高温煤基燃料燃烧的下行燃烧室组成，下行燃烧室的直径为220 mm、高度为3000 mm。试验以大同烟煤为燃料。试验结果表明：下行燃烧室内轴向温度分布比较均匀，最大温差为176 ℃；NOx排放值为399 mg/m3 (@ 6% O2)，低于GB13223 —2003规定的450 mg/m3，高温煤基燃料中的燃料N向NOx的转化率为26.9%；燃烧效率达到99%。     

合成气微型燃气轮机燃烧室优化设计及数值模拟

初步设计了一种以富氢合成气为燃料的微型燃气轮机燃烧室。根据相关标准及热力计算结果依次确定了燃烧室的基本几何尺寸。二次风、掺混冷却孔的位置及开孔面积和旋流燃烧器的结构等,并利用计算流体动力学软件对所设计的燃烧室的冷、热态流场,燃烧稳定性,燃烧效率和压力损失等性能进行了数值研究。计算结果表明：设计的燃烧室流场合理,燃烧稳定,燃烧效率高,压力损失小,基本上达到了设计要求。     

IGCC电站燃气轮机启动燃料的替换研究

当整体煤气化联合循环(integratedgasification combined cycle,IGCC)电站低热值合成气燃气轮机的启动燃料为柴油时,启动成本高,污染物难以控制。为了解决该问题,一个较适用的方法是将燃气轮机的启动燃料由柴油替换为天然气。但由于2种燃料的燃烧特性的不同,需要对燃机在两种不同燃料下的动态特性进行深入的研究,从而提出相应的改造和运行策略。基于天津IGCC低热值燃气轮机的结构及实际运行数据,建立燃气轮机热力学计算模型,对比分析了燃气轮机启动过程中,柴油量、天然气量随燃气轮机负荷的变化情况;其次计算了燃烧器燃烧天然气时的火焰稳定速度范围和优化燃烧器当量直径的范围;并对该燃气轮机燃烧室内的燃烧过程进行了数值模拟研究。最后提出了燃烧器的改造方案和运行策略,在尽量小的范围内进行改造来实现对柴油的替代而且保证燃机的稳定、安全和清洁启动。     

9E燃气轮机DLN1.0自主燃烧调整关键策略

介绍9E燃气轮机DLN1.0燃烧室结构与燃烧模式,依据某燃气轮机电厂实际自主燃烧调整经验,逐步分解燃烧调整关键技术,阐明调整过程中最佳燃料配比设定原则,实现燃烧稳定与低污染物排放的最佳耦合,为燃烧调整技术国产化提供参考。     

生物质气燃料电池-燃气轮机混合动力系统仿真和实验研究

以利用生物质气的高温燃料电池-燃气轮机混合动力系统为研究对象,建立了系统的仿真模型,利用模型分析了系统性能以及关键运行参数、合成气成分对系统性能的影响,对系统进行了实验研究。结果表明利用生物质合成气的高温燃料电池-燃气轮机混合动力系统的设计效率可达54.1%。适当提高压比、电堆工作温度将显著提高系统效率,合成气中燃料组分构成对系统性能有很大影响。实验结果验证了所建立的混合动力系统的可行性,燃用燃料电池阳极排气的催化燃烧室具有很高的燃烧效率。这表明生物质气燃料电池-燃气轮机混合动力系统是一种高效可行的生物质能利用方式。     

重型燃气轮机燃烧室压力变化对NO_x排放的影响

为了研究重型燃气轮机燃烧室压力变化对NO_x排放的影响规律,基于某重型燃气轮机单管燃烧室,建立了预混燃烧模式下燃烧室三维数值仿真模型。模型采用可实现k-ε湍流模型和有限速率-涡耗散湍流燃烧模型对燃烧室预混燃烧流场特性进行求解,通过热力型和快速型NO_x生成模型对燃烧室NO_x排放进行计算。结果表明:从燃烧室头部至燃烧室尾部,NO_x生成平均质量分数逐步增加;在燃气轮机燃烧室工作压力范围内,随着燃烧室压力的增加,燃烧室出口NO_x生成平均质量分数以及燃烧室内NO_x生成质量分数峰值均逐渐增加。研究结果可为燃气轮机燃烧调整及低NO_x排放提供依据。     

基于CFX的燃气轮机燃烧室的涡团耗散燃烧模型数值模拟

本文针对某型号燃气轮机的燃烧室三维物理模型进行了数值模拟,采用k-ε双方程湍流模型、涡团耗散燃烧模型描述其燃烧流动,应用甲烷空气WD1 NO PDF反应模型规定燃料在一步反应中完全燃烧,模拟NO的形成并发现其在一个附加的反应步骤中出现。通过对燃烧室三维流场分布情况的分析研究,特别是针对主要区域关键截面的流动分析,从而判断燃烧室的设计是否合理,为研制高燃烧效率、燃烧稳定性以及低NOx排放特性的燃烧室奠定了基础。     

基于化学反应器网络方法的燃气轮机燃烧室NOx排放研究EI北大核心CSCD

为准确预测某重型燃气轮机燃烧室NO_(x)排放浓度并确定其内部各燃烧区的“贡献”,探明此类低排放燃烧室的设计准则,该文基于化学反应器网络(chemical reactor network,CRN)方法,首先通过敏感性分析研究各反应器体积、初始温度、燃料/空气掺混不均匀度等参数对计算准确性的影响,并分析CRN的负荷适用范围。通过CRN方法研究燃烧室负荷、燃烧模式和掺混孔径对NO_(x)排放的影响。结果表明,该低排放燃烧室中心区是NO_(x)的主要贡献者,其设计准则为:将环形区喷嘴和中心喷嘴按照“等功率”设计;通过计算可得满负荷下的NO_(x)排放低于限值20ppm(@15%O_(2))的掺混孔径为44.45mm。结果可为改进CRN方法的应用、优化低污染燃烧室的设计提供一定依据。     

0.2MW细粉半焦预热燃烧试验研究

半焦是低阶煤分级转化的中间产品,具有挥发分含量低、着火点高、燃尽困难的燃料特性,实现半焦的高效燃烧对低阶煤的梯级利用具有重要意义。本文采用预热燃烧技术,利用0.2 MW预热燃烧试验台对细粉半焦展开了预热燃烧及氮氧化物排放特性的试验研究。预热室将细粉半焦预热到850℃,再送入下行燃烧室燃烧。试验结果表明,预热室可以向下行燃烧室稳定连续的提供预热燃料;预热燃烧工艺实现了细粉半焦的稳定和高效燃烧,燃烧效率最高达到98.8%,NOx的最低排放值为207 mg/m3(6%O2)。0.2 MW细粉半焦预热燃烧试验为预热燃烧技术的发展和容量放大提供了试验数据和理论支撑。     

燃料对生物质炉排炉燃烧特性影响的数值模拟研究

对于生物质往复炉排炉实际运行中所面临的燃料波动及适应性问题,以额定蒸发量为130 t/h的往复式水冷炉排炉为模型,用CFD(计算流体力学)技术对锅炉在不同生物质燃料条件下的燃烧过程及污染物排放特性进行了模拟。结果表明,不同入炉燃料的不同成分对其燃烧过程及产生的烟气成分有一定的影响。模板混合燃料中氮元素含量较高导致其燃烧时第一烟道出口截面NO_X排放浓度达到了412.9 mg/m~3,设计燃料、黄秆混合燃料及灰秆混合燃料对应NO_X排放浓度则分别为:206.3 mg/m~3, 190.5mg/m~3, 262.3 mg/m~3。在采用推荐配风方式时,生物质炉排炉对不同入炉燃料的适应性达到了预期,建议生物质电厂在实际运行中选用氮含量较低的燃料。     

合成气燃气轮机燃烧室的试验研究

对某分管型燃气轮机燃烧室及其两个用于燃烧中热值合成气的改造方案在中压全尺寸试验台上进行了考核和实验研究。试验采用的等容积流率模化准则,即采用与真实燃烧室相同的尺寸、燃料、过量空气系数以及燃料和空气进口温度,而空气的总压和流量以及燃料的流量取为真实参数的1/6。试验结果表明2个改造方案的性能参数,包括燃烧效率、总压损失、出口温度分布、火焰筒壁面温度分布和火焰的稳定性(贫燃料熄火极限)都能够满足设计要求。此外,与原型燃烧室燃烧轻柴油的工况相比,2个改造方案在燃烧合成气时燃烧室主燃区的火焰筒壁面温度升高,而燃烧室的NOx排放大大降低,火焰的稳定性得到明显改善。因此保持火焰筒开孔规律不变,增大气体燃料喷射孔面积并增强旋流对燃烧室进行改造,使其能够高效洁净地燃烧中热值合成气,该方法是可行的。