分级燃烧干低排放燃烧室数值模拟

发布时间：2020-06-19 01:08

【摘要】：随着近年来环境污染的不断增加,人们对于工业污染排放问题也越来越重视。其中,作为广泛应用于发电、管道增压、舰船与机车动力等领域的动力机械装备,燃气轮机的低排放技术也得到了国内外的广泛关注和研究。2012年国家出台的《火电厂大气排放标准》,要求燃气轮机出口NO_x排放低于25ppm,更加促进了低排放燃烧室的研究发展。目前国际上先进的低排放燃烧室均采用干式低排放燃烧技术,主要以贫燃预混燃烧技术为主,应用于气体燃料(主要是天然气)的工业燃气轮机。然而,当前的低排放燃烧室技术绝大多数都是在0.7~1.0基本负荷范围内能实现低排放目标,在较低负荷条件下难以实现,导致当工业燃气轮机机组需要低负荷工作时,排放性能不能达到标准。因此,有必要针对燃气轮机燃烧室低排放工况范围拓宽技术展开深入的研究。本文采用数值模拟的方法,对某15MW工业燃气轮机燃烧室的低排放工况范围拓宽技术进行分析,主要工作如下:(1)结合国内外低排放燃烧室研究现状,对15MW燃气轮机燃烧室的结构原理进行分析,通过一维计算得到应用分级燃烧技术和可变几何技术拓宽低排放工况范围的方法。(2)根据现有燃烧室数值模拟方法,应用ANSYS CFX软件,对1.0工况下的燃烧室进行三维数值模拟,并根据计算结果分析对原燃烧室结构进行优化改进,以达到设计要求,最终得到燃烧室结构优化方案。(3)针对结构优化后的燃烧室进行变工况下的三维数值模拟,分析分级燃烧技术和可变几何技术在低工况下对燃烧室排放等性能的影响,验证一维计算得出的低排放工况范围拓宽方案,分析该低排放工况范围拓宽技术将燃烧室低排放工况范围拓宽至0.5~1.0工况的可行性。
【学位授予单位】：中国舰船研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X773
【图文】：

主燃区,排放物,低排放,燃烧室

现状室工作原理烧室排气中的各种污染物形成原理和所受到的工机燃烧室上完全控制所有种类的排气污染物是一件放的有效手段难以综合施行。基于这样的复杂情况，通常都采取折衷的方式，即既要保证高负荷状又要在低工况下保证较高的燃烧效率，从而降低 U难以全面减少各种废气污染物，尤其是氮氧化物难低排放燃烧室的研究。目前控制燃气轮机排放的措烧，另一个是燃烧产物。前者主要通过降低燃烧区主要通过使用催化剂来促进还原，实现污染物排放的燃烧室低排放原理。

当量比,主燃区,污染物排放,低排放

[13]主燃区温度主要取决于反应的当量比（Equivalence Ratio，EQR），即实际油气比与化学恰当油气比的比值，也即过量空气系数的倒数。图1.2 显示了主燃烧区当量比与NOx和 CO 排放的相对量之间的关系。从图中可以看出，两种污染物排放都较低的主燃烧区间非常窄。这意味着减少污染物的核心是控制燃烧区的当量比，使主燃区的当量比在该区间范围内。此外，控制燃烧区的当量比不仅要控制整个燃烧区的总当量比，更重要的是控制局部当量比，即当量比的均匀性。到目前为止，控制燃烧过程污染物排放的低排放燃烧室的研究和发展，几乎都是基于主燃区温度和温度均匀性的控制，即控制主燃区的当量比和当量比的均匀性[14]。1.2.2 低排放燃烧室研究现状目前，低排放燃烧技术主要有两种：湿式低排放（Wet Low Emission

【参考文献】