燃氣輪機雙燃料燃燒室流場及污染排放數(shù)值研究.pdf

1、化學回熱循環(huán)是一種先進的燃氣輪機循環(huán)技術,它具有循環(huán)效率高、燃料適應性好、可以降低燃燒區(qū)溫度和減少污染排放等特點,是當前研究的熱點之一。該技術通過回收利用排氣余熱,給水和燃油加熱,并使高溫蒸汽和燃油進行裂解反應,形成富含H2、CO、CH4等氣體的低熱值裂解氣,然后注入燃燒室進行燃燒,實現(xiàn)循環(huán)工作。這項技術的關鍵之一是要求燃燒室具備單獨燃用燃油或裂解氣燃料及其混合燃燒的性能。因此,深入開展燃氣輪機雙燃料燃燒室技術研究,對推廣化學回熱循環(huán)技

2、術、指導燃燒室的設計與應用具有重要的工程意義和學術價值。
　　 論文詳細介紹了燃燒室設計、實驗分析和數(shù)值模擬方法的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,系統(tǒng)分析了裂解氣燃料特征,全面梳理了燃燒室內(nèi)部化學反應模型、流場數(shù)理模型和數(shù)值模擬方法。論文采用適用于旋流燃燒流場的RNG k-ε湍流模型、平均混合分數(shù)/PDF燃燒模型和有限化學反應速率的EDC模型、液態(tài)燃料的噴霧模型及SIMPLEC算法,分別對原型燃油燃燒室不同工況點的燃燒流場、新改造的雙燃料燃燒室

3、不同燃料流量設計準則下的燃燒流場、實驗設計工況點下的雙燃料混燒燃燒流場以及Nox排放進行了數(shù)值預測,得到了不同狀態(tài)下的燃燒室性能參數(shù)。
　　 論文通過對比不同的計算結果,分析了原型燃油燃燒室和雙燃料燃燒室的特性參數(shù)與不同負荷、不同燃料性質(zhì)的變化關系;考察了火焰筒各處的空氣分配比例,以及主燃孔和摻混孔通流面積改變對雙燃料燃燒室特性參數(shù)變化的影響;分析了實驗參數(shù)下,雙燃料混合燃燒時燃燒室性能參數(shù)與燃料組分比例變化之間的關系。

4、　　 經(jīng)研究得出如下結論:1、設計了具有部分預混特點的氣液雙燃料多點分布式概念噴嘴,該噴嘴能夠滿足裂解氣和燃油雙燃料燃燒室的要求;2、化學回熱燃氣輪機雙燃料燃燒室在保持燃燒室出口溫度不變和加入燃燒室燃料焓不變兩種狀態(tài)下的節(jié)能指標均在26.7％以上;3、燃燒室的燃燒效率隨負荷增加而增加;4、采用注蒸汽或低熱值裂解氣燃料燃燒的方式具有降低火焰溫度,到達低Nox排放的要求,提高出口溫度均勻性等優(yōu)點。因燃燒溫度低,裂解氣燃燒效率會比燃油略有下

5、降,而在裂解氣燃料中摻混燃燒部分燃油燃料有助于提高燃燒效率;5、裂解氣燃燒時,減小主燃孔和摻混孔的通流面積都將增大阻力損失,但減小摻混孔的通流面積將有利于降低Nox排放,而減小主燃孔的通流面積將降低燃燒室出口溫度的均勻性;6、通過多個結果分析,原型火焰筒結構的高溫區(qū)都存在不同程度的偏心現(xiàn)象,而減小部分主燃孔和摻混孔后該現(xiàn)象得到好轉,因此推薦采用減小6孔的火焰筒結構方案為化學回熱燃氣輪機雙燃料燃燒室結構方案。
　　 論文的創(chuàng)新之處

6、:1、首次開展了燃氣輪機雙燃料燃燒室的氣液雙燃料混合燃燒特性的數(shù)值研究,實現(xiàn)了EDC燃燒模型對混合燃燒流場的特性分析,得到了裂解氣組分比例變化對燃燒室性能的影響規(guī)律;2、在不同流量設計準則下分析了裂解氣的流量變化規(guī)律,為化學回熱燃氣輪機的裂解氣燃料供給系統(tǒng)提供了數(shù)據(jù)參考;3、通過對改造設計的低熱值雙燃料燃燒室流場進行優(yōu)化,得到了較為合適的燃燒室結構。論文中進行的一系列研究工作為進一步開展低熱值雙燃料燃燒室的結構設計、實驗、流場優(yōu)化和燃燒