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.     

预混多喷嘴火焰自激振荡燃烧的实验研究

针对甲烷/空气预混多喷嘴火焰的自激振荡燃烧进行了激光可视化实验研究。采用动态压力传感器记录压力脉动,利用激光诱导荧光技术对多喷嘴火焰结构进行相同步测量。实验结果表明,多喷嘴燃烧室的压力脉动频率为41 Hz,幅值为1370 Pa。火焰沿着轴向发生周期性跳动,在0°~60°相位时,喷嘴发生回火。中心火焰的推举高度比外侧火焰高,但燃烧反应强度低于外侧火焰。在相邻火焰干涉区发生局部熄火与重新点燃,相邻火焰干涉区和火焰根部区的不稳定热释放和压力脉动的耦合是引起预混多喷嘴火焰自激振荡燃烧的主要原因。     

高空低压低温环境航空发动机燃烧室熄火特性实验

航空发动机高空熄火是非常严重的安全威胁,高空燃烧稳定性与可靠再点火是航空发动机燃烧室的普遍要求.文章介绍了高空低压低温条件下航空发动机燃烧室模拟实验设备方案和调试结果,实现了对地面状态到高空10 km处环境条件的模拟.研究表明,随着高度增加,贫油熄火极限油气比不断增大.地面状态的贫油熄火油气比为0.016,高空10 km条件下,熄火油气比为0.071,增大3倍以上.低压低温环境下,火焰锋面位置不断向喷嘴收缩,燃烧释放热区域缩小到燃油喷嘴头部附近,CH*发光强度不断衰减.在模拟高度4 km时,火焰开始转为淡蓝色,10 km时燃烧室内为淡蓝色火焰,燃烧趋于不稳定.      

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。     

旋流燃烧室内湍流燃烧的PDA实验研究

本文建立了采用分级进风的旋流燃烧室实验台，实现了用三维激光粒子动态分析仪（ＰＤＡ）测最湍流旋流燃烧的热态瞬时速度场。在一次风旋流数为０．６９的工况下，衍到了燃烧室内气体时均轴向与切向速度和轴向与切向脉动速度均方根值的分布。     

新一代航空发动机燃烧室

针对新一代高油气比(0.051及以上)航空发动机燃烧室,本文提出头部采用化学恰当比直接混合燃烧设计方案.对于新一代高压比(70及以上)低排放民用航空发动机燃烧室,由于其自着火延迟时间极短,因此采用贫油直接混合燃烧,而不能采用预混合预蒸发燃烧.本文提出了一种贫油直接混合低排放燃烧室方案,其燃油空气模由简单的压力雾化喷嘴和...     

超低热值多孔介质燃烧器功率范围试验

本文对积木式结构多孔介质燃烧器稳定燃烧超低热值燃气的功率范围进行了试验研究。用甲烷和氮气配制了试验燃气的热值为1.4~3.0 MJ/m~3,在理论当量比条件下组织了预混燃烧。通过改变甲烷的流量,测试了不同燃烧强度工况下燃烧室壁面的温度分布,进而判定了各工况条件下燃烧室内是否能保持稳定燃烧。结果表明,本文所设计的燃烧器对于超低热值气体有着良好的适应性,对于热值高于1.4 MJ/m~3的气体都有一个稳定燃烧的功率区间,且稳定燃烧的功率范围随着气体热值的增大而增大。在预热温度为1200 K的前提下,燃气热值为1.4 MJ/m~3时,稳定燃烧的燃烧强度范围为30.57~107.01 kW/m~2,而当气体热值为3.0 MJ/m~3时,燃烧极限的近似范围是107.01~229.30 kW/m~2。     

旋流多级气动喷嘴设计和喷雾特性研究

本文针对可调加热器用燃烧室的需要，设计了两种新型旋流多级气动雾化喷嘴，并对雾化性能进行了实验研究，探讨了影响喷雾特性的主要因素，评价了喷雾场．研究了最佳喷嘴结构形式，在模拟工况下雾化性能良好，适合小流量燃烧室工作需要，ＳＭＤ接近 ２５ μｍ．     

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。     

基于TDLAS技术的煤油燃烧温度与组分分布检测

可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术以其实时在线、高灵敏度、高分辨率等优势在燃烧诊断中发挥着越来越重要的作用。本文采用中心波长在1877 nm的近红外DFB激光器,首次采用波数分别为5329.050 cm~(-1)和5329.521 cm~(-1)的高温谱线对,分析了谱线参数特性,并利用直接吸收的方法首先在实验室平面火焰炉较稳定的燃烧工况条件下验证了所选谱线和方法的准确性,随后在模型燃烧室航空煤油燃烧环境中,对贫燃条件下不同燃烧工况的温度和水组分含量进行了多点分布式测量,获得燃烧室不同区域的温度和水含量变化规律。测量结果表明,沿着气流轴向方向,燃烧室温度和水含量逐渐降低,沿径向方向分布均匀;在回流火焰区内的温度和水量变化较为缓慢;从火焰区转换到燃气区,温度有明显的下降.     

液体火箭推力室面板发汗冷却与燃烧耦合数值模拟

对推力室的喷嘴多孔面板的发汗冷却和燃烧室内的燃料燃烧过程进行了耦合数值计算,建立了一个带燃烧的三维、真实气体、变物性的推力室CFD计算模型。利用UDF编写了CH₄、O₂、CO₂、H₂O气体的实际气体状态方程,并根据NIST物性数据拟合了不同温度和压力下各气体的比热容、扩散系数、黏性系数和导热系数等物性多项式。基于EDC模型建立了甲烷-氧燃烧的多步反应机理。计算了三种厚度的面板和多种燃料进口工况下的推力室内的发汗冷却和燃烧过程,研究了面板厚度、冷却剂进出条件等因素对发汗冷却和燃烧过程的影响规律。     

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烧室内的流场及温度场分布。为了进一步模拟航空发动机真实的燃烧工况,对原始单头部燃烧室使用周期性边界条件来类比全环燃烧室。计算结果表明,VLES-FGM方法计算得到的周期性燃烧室流场回流区相比较固壁边界燃烧室较小,并且固壁边界燃烧室温度场具有明显的颈部结构,燃烧室下游的高温区分布更为均匀。本文计算结果表明基于FGM燃烧模型的自适应湍流模拟方法VLES对于模拟复杂航空发动机相关的旋流预混燃烧具有很大的应用潜力。     

小型直喷式柴油机燃烧室内喷雾碰壁的试验研究

本文采用透射光衰减法研究了小型直喷式柴油机燃烧室内喷雾碰壁特性，并与大气开放条件下和定容燃烧模型室内的研究结果进行了比较。在喷雾碰壁前后，当量喷雾锥角突然增大，然后减小。在正常涡流比条件下，燃烧室内涡流显著地影响壁面油柬的扩展，但未碰壁油束的弯曲量很小。着火前，在燃烧室内喷嘴附近混合气最不均匀。     

二甲醚燃料微动力装置内HCCI试验研究

二甲醚(DME)是一种能从煤、天然气和生物质中制取的燃料,能够实现发动机超低排放。本文以二甲醚为燃料,改变压缩比,对微型HCCI自由活塞式动力装置进行了单次冲击的可视化试验,采用高速数码相机拍摄燃烧过程,且首次开发了微燃烧室内部压力测试及分析系统。通过可视化试验研究,得出了压缩比等关键参数对微动力装置内燃烧特性的影响规律,获得了本文工况下微动力装置压缩着火的临界状态条件,并且通过燃烧压力测试及分析系统首次得到了微燃烧室内部燃烧压力曲线。本文试验研究结果为揭示微动力装置微压缩燃烧规律,以及为微动力系统的设计提供了一定的理论依据。     

燃气轮机燃烧室变工况运行稳定性的建模与分析

F级先进燃气轮机机组在清洁发电技术领域有较多应用,为有效提高机组运行安全性及可靠性,需针对燃气轮机系统尤其是燃烧室特性进行多层次建模分析。本文首先采用整体模块化建模方法,以三菱公司M701F型机组为研究对象,结合机组实测数据,研究了燃机设计/非设计工况性能,掌握了环境条件、IGV控制及排气温度等变量因素对机组特性影响规律。结合系统模型分析结果,针对该机组先进的多喷嘴旋流燃烧室搭建线性网络模型,研究燃烧室的热声稳定性,结果给出了燃烧筒内存在的平面波及周向声波等多种模态形式,与机组实际特性能够较好地吻合,进一步分析了M701F机组特有的旁路阀结构对于燃烧室模态稳定性的影响。     

水煤浆应用于燃气轮机燃烧室的试验研究

一、燃气轮机型燃烧室中烧水煤浆试验1984年中国科学院建立了燃气轮机型燃烧室中烧水煤浆的试验台。 开始简单地把涡喷5航空发动机的燃烧室仅仅在空气分配上作了改进。将头部小孔、二次进风和气膜冷却孔以及四排径向二次进风堵掉,目的是为了保证燃烧室头部有一个较高温度的长回流区,便于水煤浆雾炬着火燃烧。由于燃料改用了水煤浆,喷嘴就由压力离心喷嘴改为内     

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.     

低速燃烧系统的稳态工况的模化法则

本文是以燃烧过程的动力机理和燃烧系统的相似理论为基础,结合发动机的几种典型燃烧情况来研究低速燃烧系统稳态工况的模化法则。燃烧系统的相似与模化法则不仅与燃烧室的几何因素、燃料因素有关,而且还与燃烧的过程因素及发动机的工况有关。本文重点讨论了雾滴喷燃系统的相似与模化问题。作者推荐出临界吹熄条件下的主模化准则以及这些条件下的工况参数关系式。     

微型火焰管中燃烧的研究

提出了一种新型的微动力机电系统观念,即微型热光电 TPV(thermo photovoltaic)系统。微型燃烧室是微型TPV系统中最重要的部分之一。为了获得较高的能量转换效率,需要使燃烧器壁面四周处于较高且分布均匀的温度状态。尺寸效应对微型燃烧室中的持续燃烧带来了很大的影响。为了分析微型燃烧器中燃烧的可行性和有关影响因素,在不同工况下进行实验。结果表明,在一定的流量和混合比范围内,可以在微型火焰管内维持稳定的燃烧,高温能够在燃烧室四周均匀分布。