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.     

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.     

基于FGM的旋流预混燃烧室超大涡模拟

针对航空发动机燃烧室等复杂工程中的预混燃烧问题发展高精度、高效的数值预测方法,本研究发展了火焰面生成流型(FGM)详细化学反应建表方法结合超大涡模拟方法(VLES),对工程中的GE LM6000预混旋流燃烧室燃烧开展了高精度数值研究,并与实验结果进行了比较.计算结果表明,VLES-FGM方法可以较准确地预测出旋流预混燃...     

N2稀释对双旋流合成气非预混燃烧特性的影响

利用平面激光诱导荧光（PLIF）、高温细丝热电偶及红外气体分析仪对不同N₂稀释量下的双旋流合成气非燃烧流场进行了实验研究。实验结果表明,随着N₂稀释量的增加:双旋流合成气火焰的基本结构发生变化,火焰会出现典型的推举火焰特征;火焰锋面被拉伸,主要反应区域轴向长度和径向宽度增大,喷嘴出口附近火焰锋面由M型分布逐渐转变为W型分布,轴线上未反应区域不断扩大;火焰张角与穿透深度增大,火焰推举高度减小;燃烧排气温度略有减小,NO排放明显降低。     

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。     

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。     

燃气轮机合成气燃烧室中燃烧噪声的现场测试与分析

燃气轮机的燃烧噪声是反映燃烧室燃烧稳定性的主要参数.本文对国内某座煤基IGCC示范电站的40 MW级燃气轮机在诸多运行条件下的燃烧噪声进行了现场测试,分析了气液双燃料喷嘴在燃烧轻柴油、燃烧合成气以及油气切换过程中燃烧室的燃烧噪声,另外分析了合成气掺烧驰放气与合成气加湿对燃烧稳定性的影响.结果表明:合成气燃烧室在油气切换过程中燃烧噪声会增加,但距离振荡燃烧的阈值仍有很大的裕度;烧合成气时随着燃气轮机功率增加燃烧噪声降低;合成气加湿时随着蒸汽流量增加污染物NOx排放显著降低,并且燃烧噪声也有降低的趋势.     

准二维狭缝ODPP/OESC的研究分析

针对准二维狭缝燃烧系统,进行了扩散燃烧、预混燃烧、空气部分预混燃烧以及稀氧部分预混/富氧补燃(ODPP/OESC)等燃烧技术的排放特性对比;并进行了稀氧部分预混/富氧补燃技术中不同预混氧浓度、不同补燃氧浓度、不同预混当量比以及不同补燃位置火焰的燃烧特性以及污染物的生成特性的对比分析。研究结果表明,ODPP/OESC的燃烧工艺,能够有效地实现燃烧过程中高效率和低排放的双优化,随着预混当量比的增大以及后期补燃位置的增大,快速型NO_x生成比重明显增大。     

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....     

旋流气粒两相流动的研究

旋流气粒两相流动广泛存在于燃气轮机燃烧室,旋风分离器和旋风炉,锅炉旋流燃烧器等装置中。用测量和数值模拟更好地了解其流动特性,对优化和放大设计,用以提高燃烧效率和收集效率、降低流动阻力和污染物排放,稳定火焰,都十分重要。对其进行了系统的实验测量和数值模拟研究,包括用相位多普勒仪等测量进行的实验研究,雷诺平均模拟和大涡模拟的数值研究,阐明了两相速度,两相湍流特性和颗粒浓度分布等规律,有助于研制低阻力和高效率低污染燃烧装置。     

贫燃料预混燃烧的回火特性研究

回火问题是贫燃料预混燃烧面临的主要问题之一。本文采用计算和实验相结合的方法研究甲烷与富氢合成气贫预混燃烧的回火现象,得到不同燃料、不同稳定方式之间的回火特性。研究结果表明,回火极限可以关联为丕雷数模型,环形稳定器的回火稳定性最好,其次为杆稳定器,旋流稳定器的稳定性最差;环形稳定的甲烷预混火焰的回火过程为边缘稳定,适当加入边缘空气同轴射流后变为中心回火,且同轴射流速度存在最佳范围可以提高回火稳定性。     

声激励下低旋流火焰动态响应特性研究

针对声激励下甲烷/空气预混低旋流火焰动态响应特性开展实验研究.声激励频率为55～295 Hz,相对幅值为0.1～0.3.采用光电倍增管记录火焰自发OH*荧光信号,采用双麦克风法测量入口气流速度脉动,采用高速相机捕获火焰结构动态响应过程.实验结果表明,小幅值激励下火焰时均结构变化不明显,大幅值低频激励下火焰长度明显增加,...     

R0110燃烧室预混均匀性与排放的研究

我国首台自主研发的110 MWR0110重型燃气轮机燃烧室按于式低NO_x(Dry Low NO_x,DLN)原理设计。DLN燃烧技术的关键是在控制总的燃料/空气当量比的前提下,实现其均匀预混。本文针对NO_x排放性能,根据文献调研总结出的燃料/空气均匀预混的基本原则和方法,从结构设计、小型模型试验、全尺寸数值模拟等方面进行了研究。结论是R0110燃烧室的燃料/空气预混均匀性较差,并用热态单管试验测得的NO_x排放数据进行了验证。同时分析了问题的原因并提出了改进的方向和措施。     

湍流旋流燃烧与NO_x生成的实验测量

本文设计了采用分级进风方式的旋流燃烧室,建立了湍流旋流燃烧热态实验装置系统。对分级进风旋流燃烧室内的湍流燃烧与NO_x生成进行了实验测量,获得了在不同的分级进风流量比率即二次风率下燃烧室内气体温度和O₂.CO₂、CO与NO浓度的分布。     

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.     

高比例氢气对受限空间旋流钝体火焰结构的影响

氢是非常有潜力的清洁能源载体,富氢燃料燃烧是降低碳排放的可行方式.燃料掺氢会使火焰结构发生明显改变,进而会影响燃烧过程的排放特性与稳定性.然而,氢气掺混对旋流钝体火焰结构影响机理还不甚明确,高掺氢比下火焰结构特征的研究尚且不足.本文基于预混CH4/H2旋流钝体火焰,对宽广掺氢比范围内(0％～80％)的火焰多场信息进行了...     

管状燃烧器中低热值预混气的燃烧特性

实验研究了低热值CH₄/N₂/Air预混气在旋流管状燃烧器中的燃烧以及污染物排放特性。固定过量空气系数为1.17,通过调节N₂比例得到热值在3.6～5 MJ/m³之间的低热值预混气。结果表明,管状火焰半径随预混气热值降低而减小,当热值小于一定值时,燃烧器的燃烧效率急剧下降,烟气中CO含量大量增加,但NO_x含量始终很低。     

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.     

径向微通道中甲烷/空气预混燃烧的实验研究

对底部加热、间距为2 mm、半径为25 mm的径向微通道中甲烷/空气的预混燃烧进行了系统的实验研究,通过高速数码摄像机发现了圆形的稳定火焰和非稳定火焰、透平叶片形旋转火焰、移动式火焰以及三分叉旋转火焰等多种火焰形态,在此基础上得到了以预混气进口速度和当量比为坐标的火焰形态谱图,表明火焰形态的形成与预混气进口速度和当量比之间有着密切的关系。对燃烧产物的测试和分析证实了燃烧效率的高低与火焰形态之间有着直接的联系。     

滑动弧辅助甲烷/氨旋流火焰的稳燃和排放特性

本文针对滑动弧等离子体辅助下的甲烷/氨气/空气预混旋流火焰,研究了其燃烧稳定性以及NO_x排放特性。研究结果表明,滑动弧不仅能够大幅拓展甲烷/氨气/空气预混旋流火焰的贫燃吹熄极限(在开放空间和受限空间中,贫燃吹熄极限分别从0.60～0.80拓宽到0.30),同时能够降低NO_x排放量。随后,通过NH₂^*化学自发光的光学测量,分析了滑动弧等离子体降低NO_x排放的可能机理。