大气温度对某型燃气轮机燃烧稳定性和NO x 排放影响的数值研究
发布时间：2021-04-12 16:25
为了对比扩散和预混两种不同燃烧模式下大气温度对燃气轮机燃烧稳定性和NOx排放的影响规律,针对某重型燃气轮机燃烧室,对多旋流喷嘴燃烧室的燃烧稳定性和NOx排放进行了数值研究。结果表明:对于扩散燃烧,大气温度升高,燃烧室内高频脉动增强,燃烧稳定性变差;对于预混燃烧,大气温度升高,有利于提高燃烧的稳定性;在扩散燃烧模式下燃烧室燃料喷嘴下游回流区的温度最高,NOx生成量最大;预混燃烧下燃烧室头部温度分布较均匀,燃烧室NOx生成主要集中在驻涡回流区和燃烧室中下游位置,燃料喷嘴下游回流区NOx生成量很小;随着大气温度的升高,扩散燃烧和预混燃烧下燃烧室内NOx的生成量均增加。研究结果可为指导燃气轮机运行提供参考。
【文章来源】：燃气轮机技术. 2020,33(03)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
某重型燃气轮机燃烧室结构
考虑到燃气轮机压气机排气是从燃烧室尾部经过渡段内外夹层的流道再由导流衬套与火焰筒之间所形成的环形空间进入燃烧室头部,然后再通过燃料喷嘴进入火焰筒进行掺混燃烧。在不考虑火焰筒壁面以及过渡段内壁面与空气之间对流换热的情况下,可忽略过渡段内外夹层、火焰筒与导流衬套夹层的空气流路,仅需对燃料喷嘴旋流器、火焰筒和过渡段内部进行建模,简化后建立的燃烧室实体模型见图2。1.2 计算方法[15]
数值计算的准确度很大程度上依赖于数值模型的网格精度,网格的划分是数值计算的关键环节。本文利用ICEM软件,采用分块结构化网格离散技术和交接面技术,对图2所示的燃烧室实体模型进行了结构化网格划分,网格离散结果见图3。通过调整火焰筒和过渡段内结构化网格的最小尺寸,对燃烧数值计算的网格无关性进行了验证,采用了620万、800万和1 000万三种不同数量的网格离散模型,通过分析燃烧室出口温度计算结果,发现三种计算网格之间偏差不超过6%,本文采用了620万的网格离散模型。某重型燃气轮机燃烧的是天然气燃料,其燃烧化学反应极其复杂,考虑到天然气的主要成分是甲烷气体,数值模型中采用甲烷燃料代替天然气,燃烧反应采用文献[16]给出的甲烷与空气的五步反应机理,该机理包含了7种组分(CH4、O2、CO、H2O、CO2、N2、NO),燃烧模型采用涡耗散概念(EDC)燃烧模型,采用SAS(Scale Adaptive Simulation)湍流模型对燃烧室内复杂涡流运动进行计算。
【参考文献】：
期刊论文
[1]预混燃烧下环境温度对某型燃气轮机燃烧稳定性和NOx排放影响的数值研究[J]. 肖俊峰,李晓丰,高松,王峰,王玮. 燃气轮机技术. 2019(02)
[2]燃气轮机污染物排放影响因素相关性分析[J]. 肖俊峰,李晓丰,胡孟起,王玮,王峰. 热力发电. 2018(10)
[3]重型燃气轮机燃烧室压力变化对NOx排放的影响[J]. 李晓丰,肖俊峰,王玮,王峰. 热力发电. 2017(09)
[4]某重型燃气轮机燃烧室进气速度变化对燃烧流动特性影响规律的数值研究[J]. 李晓丰,肖俊峰,王峰,王玮. 燃气轮机技术. 2017(02)
[5]部分预混旋流火焰不稳定燃烧的大涡模拟[J]. 柳伟杰,葛冰,臧述升,翁史烈. 热能动力工程. 2016(04)
[6]入口流动参数脉动对燃气轮机燃烧室燃烧不稳定的影响[J]. 谢法,张珊珊,蒋洪德. 航空动力学报. 2015(07)
本文编号：3133603
【文章来源】：燃气轮机技术. 2020,33(03)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
某重型燃气轮机燃烧室结构
考虑到燃气轮机压气机排气是从燃烧室尾部经过渡段内外夹层的流道再由导流衬套与火焰筒之间所形成的环形空间进入燃烧室头部,然后再通过燃料喷嘴进入火焰筒进行掺混燃烧。在不考虑火焰筒壁面以及过渡段内壁面与空气之间对流换热的情况下,可忽略过渡段内外夹层、火焰筒与导流衬套夹层的空气流路,仅需对燃料喷嘴旋流器、火焰筒和过渡段内部进行建模,简化后建立的燃烧室实体模型见图2。1.2 计算方法[15]
数值计算的准确度很大程度上依赖于数值模型的网格精度,网格的划分是数值计算的关键环节。本文利用ICEM软件,采用分块结构化网格离散技术和交接面技术,对图2所示的燃烧室实体模型进行了结构化网格划分,网格离散结果见图3。通过调整火焰筒和过渡段内结构化网格的最小尺寸,对燃烧数值计算的网格无关性进行了验证,采用了620万、800万和1 000万三种不同数量的网格离散模型,通过分析燃烧室出口温度计算结果,发现三种计算网格之间偏差不超过6%,本文采用了620万的网格离散模型。某重型燃气轮机燃烧的是天然气燃料,其燃烧化学反应极其复杂,考虑到天然气的主要成分是甲烷气体,数值模型中采用甲烷燃料代替天然气,燃烧反应采用文献[16]给出的甲烷与空气的五步反应机理,该机理包含了7种组分(CH4、O2、CO、H2O、CO2、N2、NO),燃烧模型采用涡耗散概念(EDC)燃烧模型,采用SAS(Scale Adaptive Simulation)湍流模型对燃烧室内复杂涡流运动进行计算。
【参考文献】：
期刊论文
[1]预混燃烧下环境温度对某型燃气轮机燃烧稳定性和NOx排放影响的数值研究[J]. 肖俊峰,李晓丰,高松,王峰,王玮. 燃气轮机技术. 2019(02)
[2]燃气轮机污染物排放影响因素相关性分析[J]. 肖俊峰,李晓丰,胡孟起,王玮,王峰. 热力发电. 2018(10)
[3]重型燃气轮机燃烧室压力变化对NOx排放的影响[J]. 李晓丰,肖俊峰,王玮,王峰. 热力发电. 2017(09)
[4]某重型燃气轮机燃烧室进气速度变化对燃烧流动特性影响规律的数值研究[J]. 李晓丰,肖俊峰,王峰,王玮. 燃气轮机技术. 2017(02)
[5]部分预混旋流火焰不稳定燃烧的大涡模拟[J]. 柳伟杰,葛冰,臧述升,翁史烈. 热能动力工程. 2016(04)
[6]入口流动参数脉动对燃气轮机燃烧室燃烧不稳定的影响[J]. 谢法,张珊珊,蒋洪德. 航空动力学报. 2015(07)
本文编号：3133603
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