双燃料喷嘴气体燃料路数值模拟与结构优化

发布时间：2021-04-08 20:14

　　针对燃气轮机双燃料喷嘴气体燃料路,采用Fluent仿真分析双燃料喷嘴气体燃料路孔径、布置及喷射角度对燃烧室性能的影响,研究结果表明:对于本型双燃料喷嘴气体燃料路,孔径1.8 mm非均匀5组布置、喷射角度为60°时燃烧室性能最优;喷射孔径从1.5 mm增大至3.3 mm,会导致高温区径向上向火焰筒近壁区发展,火焰筒壁温上升,出口温度场转好,出口平均温度下降;燃料喷射锥角从60°增大至80°,燃烧室性能变化规律与孔径增大时类似;但喷射角度带来的燃烧室性能变化没有气体燃料喷口布置变化带来的性能影响大。当结构限制孔径尺寸时,可以采用非均布布置方法,即"几个一组"的方式进行布置,可在结构限制条件下取得较好的燃烧室性能。 

【文章来源】：燃气轮机技术. 2020,33(03)

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

Siemens SGT100双燃料喷嘴

对于由液体燃料改进设计而来的扩散燃烧双燃料喷嘴,比较常用的设计方法是在燃油路外环进行气体燃料路的布置。比较典型的喷嘴结构有MHPS的FT8燃气轮机使用的双燃料喷嘴(图1)[14]以及原Alstom tornado(已被 Siemens收购)燃气轮机双燃料喷嘴(图2)[15]。采用此种设计方法时,喷嘴气体燃料路外环结构主要受旋流器内径限制,内环主要受燃油路布置外径限制。结构受限导致其布置非常困难,同时还需考虑双燃料混合燃烧条件下两种燃料之间的相互影响,设计难度较大,但优点是可以沿用大部分原有燃烧室结构,整体设计工作量较小。本文采用上述设计方法,以某型燃油喷嘴为基础,设计一种可以兼烧天然气和轻柴油的气液双燃料喷嘴,并对气体喷嘴结构进行优化设计,得出气体喷口结构变化对燃烧室性能的影响规律,可为双燃料喷嘴设计提供参考。图2 Siemens SGT100双燃料喷嘴

图3给出了设计的双燃料喷嘴示意图,喷嘴分为气体燃料路与液体燃料路:液体燃料路位于喷嘴中心位置,采用压力旋流雾化,喷射锥角为70°,外部周向布置气动辅助空气路;气体燃料喷口位于外环,采用多孔式布置;天然气喷口与燃油喷口中增设一路防护气流用于冷却及吹扫喷嘴端面,增加喷嘴使用寿命,防止积炭的产生。其结构对于图1双燃料喷嘴结构,不同点在于简化了蒸汽路与注水路,同时将防积炭路改至气体燃料路与液体燃料路之间,整体更为紧凑,喷嘴整体外形尺寸与原型机相同,以便于安装及更换。由图4可以看出,双燃料喷嘴在布置完燃油路结构后,若不改变图5中旋流器结构的情况下,轴向布置环腔天然气喷射区域已极为狭窄,但环缝喷口可能会导致出口温度场均匀性差且难以调试的问题,故气体燃料喷射采用“胡椒瓶式”结构。本文将在满足不改变旋流器结构及燃油路结构的前提下,对气体燃料路进行结构优化。

【参考文献】：
期刊论文
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[2]航改型燃气轮机双燃料燃烧室喷水降排放试验研究[J]. 金戈.  燃气轮机技术. 2016(04)
[3]双燃料燃气轮机喷嘴结构及性能研究[J]. 李雅军,师蓓蓓,张晨曦,李名家.  舰船科学技术. 2015(05)
[4]某重型燃气轮机双燃料喷嘴组试验研究[J]. 刘凯,张宝诚,马洪安.  燃气涡轮试验与研究. 2009(01)
[5]双燃料燃气轮机的燃料切换与混烧[J]. 刘瑞同.  燃气轮机技术. 2001(01)

硕士论文
[1]小型燃机燃烧室双燃料喷嘴一体化结构的性能研究[D]. 潘桓.南京航空航天大学 2016
[2]双燃料喷嘴设计与燃烧流场数值模拟[D]. 杨洪磊.哈尔滨工程大学 2010



本文编号：3126195