天然气贫预混燃烧器燃空掺混与燃烧特性研究

发布时间：2017-12-10 06:11

  本文关键词：天然气贫预混燃烧器燃空掺混与燃烧特性研究

  更多相关文章： 贫预混燃烧 天然气 预混不均匀度 射流深度 NO_x排放

【摘要】：不断提高燃烧室出口温度且实现污染物特别是NOx的减排,已成为燃气轮机发展的重要需求和趋势。目前,市场上广泛应用的天然气燃气轮机燃烧室以贫预混燃烧技术为主,而提高燃料／空气掺混均匀性、降低峰值火焰温度,是实现燃气轮机燃烧室NOx减排的重要手段。本文针对应用于某天然气燃气轮机燃烧室中的贫预混燃烧器,采用数值模拟结合实验的手段,研究了燃料／空气掺混均匀性对燃烧和排放特性的影响规律,并对燃烧器关键结构进行了参数化研究,获得了各项参数对掺混及燃烧性能的影响规律,随后通过实验研究了优选燃烧器的燃烧特性。本课题主要工作如下：(1)基于CHEMKIN软件平台构建了化学反应网络模型,对比分析了不同绝热火焰温度下,燃料／空气掺混均匀性对NOx生成的影响规律,并结合文献调研确定了本研究中掺混均匀性的评估标准。(2)采用数值模拟结合实验的手段,研究了燃烧器空气旋流结构、预混段长度、燃料射流孔径、燃料射流方向等关键结构参数对燃料／空气掺混性能的影响规律。首先,利用激光测量手段获得了速度和OH浓度分布,验证了数值模拟方法的可靠性。然后,基于预混燃烧器模型,采用数值模拟方法探究了燃烧器关键结构参数对燃／空掺混均匀性的影响。研究结果表明,空气旋流强度、预混段长度和燃／空动量比是影响燃／空掺混性能的关键因素。当空气旋流较强时,空气没有充分卷吸射流燃料,从而导致掺混效果不理想；当空气旋流较弱时,不利于充分发挥湍流扰动强化掺混的作用,从而导致燃料／空气的掺混不能达到理想状态。预混段长度增加有利于强化掺混,但长度增加到一定程度,掺混的相对收益下降,且容易导致旋流耗散从而影响火焰稳定性。燃／空动量比过大时,燃料射流深度过深,致使燃料集中在预混通道外壁面附近,而不能充分耗散到预混空间内；燃／空动量比过小,则会导致燃料集中在预混通道内壁面,因此,存在可获得最优燃／空掺混性能的最佳燃／空动量比。基于上述研究结果,形成了贫预混燃烧器优选方案。(3)利用激光测试手段及烟气分析设备,实验研究了天然气贫预混燃烧器的火焰结构特性和污染物排放特性。结果表明,燃料／空气掺混越均匀,预混火焰的OH/OH*分布越均匀,火焰脉动越小,NOx排放相对越低。本文通过数值模拟结合实验的研究手段,进行了某贫预混燃烧器的燃／空掺混和燃烧特性的研究。通过对模拟和实验结果的分析,对贫预混燃烧器内的燃料／空气掺混和燃烧特性有了一定的认知。该论文为燃气轮机贫预混燃烧室设计提供了理论和数据支撑。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(工程热物理研究所)
【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：1273414