重型燃气轮机三燃料喷嘴结构设计的研究

发布时间：2020-08-28 09:13

　　重型燃气轮机的设计与制造是一个国家工业综合实力的集中体现,其高速发展也是国家节能减排的重要举措。燃料喷嘴作为其重要部件,直接影响到燃料的雾化分散效果、雾化粒度及均匀程度,进而影响燃气轮机燃烧室内的着火、混合、燃烧和效率,故在保证燃烧及时充分与低污染、低成本、及大工作范围的条件下,拟针对某重型燃气轮机设计一款可以燃用天然气、轻质柴油,并辅助供给裂解气的三燃料喷嘴,并对其喷射性能进行模拟仿真分析,并得出最终优化结构。本文主要研究内容有:(1)针对某型燃气轮机燃烧室的工作条件,采用三维建模软件Solidworks设计了一款可以燃用天然气、轻质柴油和裂解气的三燃料喷嘴的初步结构,并合理布置与设计了各燃料的独立供应装置。(2)应用流体力学分析软件FLUENT,将ICEMCFD软件中的网格模型进行流体分析,完成了该三燃料喷嘴中三种燃料喷射性能仿真,并将得到的三种流场分布图与实际运行情况进行对比分析,找出了其中的不足之处;(3)首先通过对天然气流路喷嘴的斜气孔旋流角度和径向角度进行参数修改,将其原流场中存在的贯穿距过短与回流区域不良的问题得以解决,并用相似的方法优化了裂解气流路喷嘴所存在回流区域不完整的问题。然后对燃油流路喷嘴中的喷口锥角与喷口伸长段长度进行参数改变,将其存在的喷雾锥角过小与喷雾贯穿距较短的问题进行了解决。最终完成了三燃料喷嘴的结构设计;
【学位单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK473
【部分图文】：

双燃料,喷嘴

＾逦＾逡逑图１－２邋Ｗ５０１型双燃料喷嘴逡逑２０世纪７０年代出现的领先世界的重油机组：Ｗ１０１型燃气轮机。Ｋ？装配的双逡逑燃料喷嘴如图１－３所示。它的燃烧室是环管形的，有６个火焰管。喷嘴为低压空气逡逑雾化喷嘴。单喷嘴喷油量为５３２．８ｋｇ／ｈ，喷油锥角为６５°，供油压力为５．８？６．６Ｍｐａ。逡逑？＾ＳＳ＾２２２ＺＺＺＺＳ＾ｆｆｉＳＳＳＳｒ＝ＢＢＳ！＾ｔ４＾逡逑图１－３邋Ｗ１０１型双燃料喷嘴逡逑Ｖ９４．２标准混合式喷嘴如图１－１所示。它可以燃用气体和液体两种燃料。燃逡逑油从中间通道供入。气体燃料一部分通过对角旋流器供入，另一部分通过轴向旋流逡逑器供入。该喷嘴通过将水蒸气重新注入燃烧室来实现低ＮＯｘ排放功能。逡逑ＩＭ２７０型燃气轮机双燃料喷嘴如图１－４所示。气体燃料和液体燃料被分别逡逑单独供给。共有一个先导燃料喷嘴和六个主燃料喷嘴。但是其结构过于复杂，对于逡逑检修和排查都增添了难度。逡逑３逡逑

双燃料,喷嘴

图１－２邋Ｗ５０１型双燃料喷嘴逡逑２０世纪７０年代出现的领先世界的重油机组：Ｗ１０１型燃气轮机。Ｋ？装配的双逡逑燃料喷嘴如图１－３所示。它的燃烧室是环管形的，有６个火焰管。喷嘴为低压空气逡逑雾化喷嘴。单喷嘴喷油量为５３２．８ｋｇ／ｈ，喷油锥角为６５°，供油压力为５．８？６．６Ｍｐａ。逡逑？＾ＳＳ＾２２２ＺＺＺＺＳ＾ｆｆｉＳＳＳＳｒ＝ＢＢＳ！＾ｔ４＾逡逑图１－３邋Ｗ１０１型双燃料喷嘴逡逑Ｖ９４．２标准混合式喷嘴如图１－１所示。它可以燃用气体和液体两种燃料。燃逡逑油从中间通道供入。气体燃料一部分通过对角旋流器供入，另一部分通过轴向旋流逡逑器供入。该喷嘴通过将水蒸气重新注入燃烧室来实现低ＮＯｘ排放功能。逡逑ＩＭ２７０型燃气轮机双燃料喷嘴如图１－４所示。气体燃料和液体燃料被分别逡逑单独供给。共有一个先导燃料喷嘴和六个主燃料喷嘴。但是其结构过于复杂，对于逡逑检修和排查都增添了难度。逡逑３逡逑

喷嘴结构

用ＰＤＡ邋了进行模拟，发现形成了强Ｍ流区，并和喷雾颗粒分布的影响。逡逑丨｜４］与邋Ｊｅｎｇ．Ｓ．Ｍ【１５］等人应用邋ＣＦＤｇｉａｎ－Ｅｕｌｅｆｉａｎ（ＡＬＥ）的数值模拟方法追踪了压力雾喷嘴出口液膜的变化。逡逑Ｉ１６】在ＶＯＦ方法的帮助下，对空气雾化喷嘴中结构锥角等相关性能参数之间的联系，进行了探寻。逡逑ｃｈｅｒ和Ｍ．Ｐｉｅｓｃｈｅｍｌ１７１从三个方面研究／尚心式喷面轮廓的确定和液体束的破碎。最后得到了颗粒燃气轮机喷嘴的研究现状逡逑机研宄所的何敏等人ｎ８｜｜ｌ９］。对航空发动机进行了油，头部斜气孔结构（一共有三排孔）的双燃料喷嘴的中间，斜气孔在外围。试验表明，该喷嘴能油机驱动，气体燃料作为主燃料负责日常运行。逡逑

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