燃气轮机干式低NO_X燃烧室的方案设计及性能分析

发布时间：2017-11-25 02:25

  本文关键词：燃气轮机干式低NO_X燃烧室的方案设计及性能分析

  更多相关文章： 干式低NO_X燃烧室 方案设计 数值模拟 燃烧模式 预混均匀性

【摘要】：为满足日趋严格的环保要求,燃气轮机普遍采用干式低NO_X(Dry Low NO_X,DLN)燃烧技术,其中重型燃气轮机燃烧室广泛应用贫燃料预混多喷嘴分级燃烧的方式来实现燃料分级、负荷调节、稳定燃烧和污染物排放控制。DLN燃烧室具有与扩散燃烧室不同的设计要求,本文结合先进DLN燃烧室的特点,从结构角度分析了DLN燃烧室在燃料分级、预混均匀性、燃烧稳定性和冷却技术等方面的设计原则。根据总体给定的燃烧室设计条件和性能要求,完成了采用贫预混多喷嘴分级燃烧技术的DLN燃烧室总体方案以及旋流器、喷嘴、火焰筒和过渡段等部件的方案设计。机组的燃烧系统由20个逆流分管型燃烧室组成,每个燃烧室包含6个相同的喷嘴组件,单个喷嘴就能实现扩散燃烧、部分预混燃烧和完全预混燃烧的功能。并根据负荷调整和污染物排放的要求拟定了燃料分级方案。采用数值模拟的方法对设计燃烧室在额定负荷的性能进行分析,得到了燃烧室内的速度、温度和组分分布以及多旋流交互作用等特征。燃烧室出口燃气平均温度为1660K,出口温度最大不均匀度ROTDF=0.034,NO_X和CO的排放浓度分别为5.26×10-6(体积分数,15%O2)和2.12×10-6(体积分数,15%O2),燃烧效率η=99.62%,总压恢复系数σ=0.968,满足燃烧室的设计要求。对燃烧室在机组95%转速下采用“扩散燃烧模式”的工况和25%负荷下采用“先导预混燃烧模式”的工况进行了分析,结果表明:与额定负荷下的“预混燃烧模式”相比,低工况时的两种燃烧模式NO_X排放加大,而且“先导预混燃烧模式”下由于火焰分布不均匀,造成出口温度最大不均匀度升高;各燃烧模式的燃烧效率相差不大,均在99%以上;燃烧室总压恢复系数随负荷的升高而增大。研究了旋流器叶片出口角、燃料喷孔孔径和燃料喷孔布置方式等结构参数对燃料和空气的预混均匀性及NO_X排放的影响。叶片出口角的增大不仅能强化燃料和空气的掺混,降低NO_X的排放,还使出口温度最大不均匀度降低,但叶片出口角过大会产生回火;缩小燃料喷口孔径、喷口采用大小孔或错位布置方式均能改善预混均匀性,减小NO_X的生成量。上述研究工作可为重型燃气轮机DLN燃烧室的初步设计和优化改进提供一定的参考。
【学位授予单位】：上海发电设备成套设计研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK473

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本文编号：1224475