燃气轮机合成气燃烧室燃料气加湿实验研究

本文针对一种燃用合成气的40MW级燃气轮机燃烧室,进行了该型燃烧室的全压燃料气蒸汽加湿试验研究,得到了燃烧室在基本负荷下随加湿量变化污染物排放、燃烧室内动态压力、火焰筒壁面温度等重要参数的变化规律,分析了燃料气加湿对燃气轮机总体性能、污染物排放、火焰筒壁温及燃烧稳定性方面的影响,探讨了燃料气加湿对合成气燃烧中Nox生成的机理性作用. 研究表明燃料气加湿是降低燃用合成气的燃气轮机氮氧化物排放的有效方式.     

燃气轮机燃烧室空气加湿燃烧的实验研究

空气加湿燃烧是HAT循环的关键技术。本文通过中压全尺寸燃气轮机燃烧室空气加湿燃烧实验,研究了加湿度对燃烧特性的影响。实验中发现,燃烧室内温度分布、出口温度场、污染物生成(即NOx、CO、UHC)及燃烧稳定性都受到加湿度的影响。研究结果表明,空气加湿燃烧导致NOx排放显著下降, CO和UHC排放略有上升,燃烧室中压力振荡的频谱产生了变化,燃烧室出口温度场畸变加剧。作者从水蒸气影响燃烧的机理出发对实验结果进行了分析和解释。     

重型合成气燃气轮机掺烧高氢弛放气的实验研究

中国首座煤气化之多联产示范工程已经运行2年多,基于该系统迄今累积的运行实践,计划将甲醇合成过程产生的弛放气掺入合成气中供给燃气轮机作为燃料,以达到优化工艺流程和节能减排的目的。燃气轮机燃料的改变,需要修改合成气喷嘴并进行燃烧室性能试验,本文在中压全尺寸燃烧室试验台上,对该型合成气燃烧室(修改型)掺烧高氢弛放气进行了燃料耐受性试验。试验结果表明,燃烧室头部锥罩温度和火焰筒壁温都位于允许的范围,燃烧室出口温度场品质有略微降低,燃烧稳定性有略微改善,NO_x排放浓度呈现增加趋势。     

不同喷嘴结构合成气燃烧室动态特性的实验研究

通过中压全尺寸燃气轮机燃烧室测试平台的合成气燃烧试验,对单喷嘴和多喷嘴燃烧室的动态特性进行了比较分析.在本文的测试工况下,燃烧室没有产生强烈的热声振荡,所有的燃烧过程都很稳定,说明喷嘴的设计是合理的.多喷嘴燃烧室在相似工况下动态压力幅值比单喷嘴燃烧室要小一半以上,功率谱曲线相对平滑,说明多喷嘴燃烧室确实能降低燃烧噪声....     

燃气轮机合成气双旋流非预混燃烧室的设计及实验测试

本文针对上海交通大学25 kW燃气轮机性能试验台的合成气燃烧室开展了设计研究,完成了燃烧室样机的加工与实验测试。研究过程中,首先对合成气燃烧室开展了结构设计;采用双旋流结构的燃烧器进行合成气燃烧火焰组织;采用了燃烧室头部贫燃方式(低当量比)设计以保证燃烧室低排放特性;利用双层壁冷却方式进行火焰筒壁面冷却。在燃烧室结构设计的基础上,利用数值方法系统分析了合成气双旋流非预混燃烧室工作特性,完成了合成气非预混母型燃烧室的设计优化。根据优化方案,完成了燃烧室样机的加工、安装,并进行了实验性能测试。实验结果表明实验工况该燃烧室燃烧稳定,NO_x排放小于25 mg/m~3@15%O_2。     

燃气轮机中热值合成气燃烧室改造技术——现场调试与考核

将某型烧天然气的燃气轮机改为烧中热值合成气,需要改造燃烧室、燃机控制系统、燃料供给系统和相关配套系统,并校核燃机关键部件的通流匹配情况.在完成合成气燃烧室设计、试验和制造之后,需要进行燃气轮机组的安装调试、现场测试和考核.本研究所建立了燃气轮机现场测试平台;进行了合成气燃气轮机的安装调试、168小时连续运行考核和第三方的燃机性能考核;初步掌握了燃机控制系统和配套系统的改造技术.现场测试平台用贴片式热电偶对火焰筒壁温进行了监测,用示温漆测量了满负荷工况火焰筒壁温分布,用燃气分析仪测量了燃烧室效率和污染物排放.考核结果表明燃机功率、燃机热耗、燃烧效率、污染物排放基本达标.     

进气温度对微燃机燃烧室燃烧特性的影响分析

本文通过实验研究了在保持微型燃气轮机燃烧室出口排气温度不变的情况下,改变进口空气温度对燃烧室燃烧特性的影响.结果表明,随着燃烧室进气温度的增大,燃烧效率提高,燃烧室出口温度不均匀性系数减小,热阻增大,总压恢复系数有所降低.同时,实验结果还表明,随着燃烧室进口空气温度的增大,燃烧室出口处CO及未燃烬碳(UHC)排放浓度显著降低,但NO排放浓度则增大.根据实验结果,本文还分析了进气温度的改变对燃烧室燃烧特性的影响规律,为今后微型燃气轮机燃烧室的研制及改进提供了参考依据.     

亥姆霍兹共振器抑制振荡燃烧理论分析

燃烧室是燃气轮机的核心部件之一,其中的燃烧过程的关键技术之一是如何避免和抑制振荡燃烧现象.本文简要阐述了发生振荡燃烧的机理以及亥姆霍兹共振器抑制振荡燃烧的声学分析,并且通过线性分析与CFD计算相结合的研究方法对燃烧系统的燃烧稳定性进行计算;同时分析了共振器共振频率和安装位置对燃烧稳定性的影响,得出在不同因素影响下,系统的稳定性和模态.这些分析有助于我们在设计和运行燃烧系统时,实现燃烧系统的安全、高效和清洁运行.     

燃气轮机燃烧室化学反应器网络模型研究

本文针对CFD燃烧室设计方法在计算时间以及计算的准确度上的不足,发展了一种计算量较小的、能够快速准确地预测燃气轮机燃烧室污染物排放的化学反应器网络模型方法(CRN).该方法首先根据CFD的计算结果对燃烧室进行分区,不同的区域采用不同的化学反应器模型进行模拟,反应器之间的连接关系以及入口参数都根据CFD的结果确定.本文采用这种方法对某个燃烧富氢合成气的重型燃气轮机燃烧室的NO_x排放随燃料加湿量的变化进行了预测,并与现场测量的结果进行了比较.计算结果与现场试验数据吻合得很好,证明这是一种很好的预测燃烧室NO_x排放的方法,与CFD方法相比预测精度有了很大提高,而且在计算时间上小了几个数量级.     

模型燃烧室水蒸汽伴随稀释燃烧降低污染物排放的实验研究

水蒸汽稀释燃烧是燃气轮机燃烧室降低出口污染物NOx排放的关键技术.本文通过模型燃烧室水蒸汽伴随稀释燃烧实验,研究了稀释对燃烧特性的影响.实验中发现,火焰的形态和尺寸、燃烧室内温度分布、出口污染物生成(即NOx、CO)及燃烧效率都受到稀释度的影响.研究结果表明,水蒸汽伴随稀释使得燃烧室温度场、浓度场发生变化,出口污染物NOx排放下降,CO和UHC上升.     

合成气稀态预混燃烧器设计

稀态预混燃烧技术是实现合成气超低污染物排放利用的一条较为有前景的途径,然而预混燃烧中的燃烧稳定性问题是威胁燃气轮机安全运行的关键问题。为了研究合成气稀态预混燃烧过程的燃烧不稳定性问题,本文设计了一个模型燃烧试验器,并采用详细化学反应模型进行了数值计算,对其流场特性、预混效果及NO_x排放特性进行了详细分析。     

燃气轮机燃烧室燃烧天然气和燃烧中低热值煤气的比较

本文使用商业软件FLUENT,对某燃气轮机燃烧室燃烧大然气和燃烧中低热值煤气进行了比较。原本燃烧天然气的燃烧室直接改为燃烧中低热值煤气,会产生燃料射流速度太快的问题,使阻燃孔失效,火焰太长,高温燃气直接冲击下简壁出口。仅仅增大燃料喷嘴口径可以在一定程度上改善燃烧室内流动结构,使掺混孔起一定的作用,气膜冷却射流也将高温区抬离了下简壁。     

燃料空气供给条件对热声不稳定燃烧影响的研究

对Solar低排放预混燃烧系统的燃烧稳定性进行了数值研究.应用非定常N-S方程、雷诺应力紊流模型及涡团耗散燃烧模型,数值模拟了该类型燃烧器在不同的燃料空气供给条件下的气流流动特性和压力振荡特性,并给出了不稳定发生时压力和速度振荡的幅值和频率.根据供给条件的不同,燃烧可以是稳定的或是不稳定的,取决于燃料到火焰前沿的迟滞时间.采用CFD方法,可精确地获得燃料到火焰前沿的迟滞时间,证实了所采用的模型能够精确预测不稳定燃烧的出现及振荡特性.通过调整燃料与空气的供给条件,可使振荡激励或阻尼.     

燃气轮机合成气燃烧室动态特性的实验研究

本文针对一种燃用合成气的燃气轮机燃烧室,在以VXI总线为基础的测试平台上,进行了该型燃烧室的中压全尺寸动态特性实验研究,获得了燃烧室在点火及变负荷情况下的温度、压力、振动等重要参数的变化规律,对燃烧室动态压力信号进行了动态频谱及功率谱分析,初步探讨了影响合成气燃烧室稳定、高效、安全运行的相关因素及作用机理。     

带有动力涡轮的双轴原理型燃气轮机的研制

描述了一种小型双轴原理型燃气轮机的研制过程。采用离心压气机,向心涡轮,单管燃烧室组成燃气发生器,电机通过齿轮箱由动力涡轮带动。简要介绍了一些主要部件的设计方法,给出了滑油系统和燃油系统原理图。对在研制和实验过程中所遇到的主要问题及其解决方法进行了介绍。经过多次实验表明文中给出的小型双轴原理型燃气轮机能够发出10kW电力,它可用来作为坦克燃气轮机主动力的模拟装置和一些车辆的辅机电站使用。     

Towards the development of an efficient low-NOx ammonia combustor for a micro gas turbine

Recent studies have demonstrated stable generation of power from pure ammonia combustion in a micro gas turbine (MGT) with a high combustion efficiency, thus overcoming some of the challenges that discouraged such applications of ammonia in the past. However, achievement of low NOx emission from ammonia combustors remains an important challenge. In this study, combustion techniques and combustor design for efficient combustion and low NOx emission from an ammonia MGT swirl combustor are proposed. The effects of fuel injection angle, combustor inlet temperature, equivalence ratio, and ambient pressure on flame stabilization and emissions were investigated in a laboratory high pressure combustion chamber. An FTIR gas analyser was employed in analysing the exhaust gases. Numerical modeling using OpenFOAM was done to better understand the dependence of NO emissions on the equivalence ratio. The result show that inclined fuel injection as opposed to vertical injection along the combustor central axis resulted to improved flame stability, and lower NH₃ and NOx emissions. Numerical and experimental results showed that a control of the equivalence ratio upstream of the combustor is critical for low NOx emission in a rich-lean ammonia combustor. NO emission had a minimum value at an upstream equivalence ratio of 1.10 in the experiments. Furthermore, NO emission was found to decrease with ambient pressure, especially for premixed combustion. For the rich-lean combustion strategy employed in this study, lower NOx emission was recorded in premixed combustion than in non-premixed combustion indicating the importance of mixture uniformity for low NOx emission from ammonia combustion. A prototype liner developed to enhance the control and uniformity of the equivalence ratio upstream of the combustor further improved ammonia combustion. With the proposed liner design, NOx emission of 42?ppmv and ammonia combustion efficiency of 99.5% were achieved at 0.3?MPa for fuel input power of 31.44?kW.