燃氣輪機運行過程中會產(chǎn)生氮氧化物（NOX）、一氧化碳（CO）、未燃碳氫化合物（UHC）等污染物,這些污染物具有很大的危害性,尤其是NOX。隨著燃氣輪機使用的逐漸增加,以及燃燒室工作壓力和溫度的大幅度提高,排放到大氣中的污染物也日益增多,為了保護環(huán)境,控制大氣污染物的產(chǎn)生,實現(xiàn)低污染排放成為了燃氣輪機技術(shù)的主要發(fā)展方向之一,如何控制燃氣輪機燃燒室的NOX排放量,減少燃燒過程中的污染物生成量,提高燃燒效率,成為設(shè)計、改良燃燒室的關(guān)鍵問題,是人們關(guān)注和研究燃氣輪機的重點。在發(fā)展低污染燃燒室這一大背景下,本文對低污染燃燒室頭部進行了研究,主要內(nèi)容及結(jié)論如下:本文首先進行的是單旋流器預(yù)混燃燒室頭部氣動和結(jié)構(gòu)設(shè)計,根據(jù)燃燒室設(shè)計指標(biāo),設(shè)計燃燒室頭部的流經(jīng)旋流杯氣體當(dāng)量比0.5696,總當(dāng)量比為0.3987。根據(jù)燃燒室的進氣量等初步確定了擴壓器、旋流器、燃燒室頭部及火焰筒的尺寸,其中擴壓器計算得到總壓恢復(fù)系數(shù)為99.58%。為了驗證氣動設(shè)計的合理性,建立了一維chemkin模型,計算得到燃燒室出口溫度為1680.5K,NO^排放量為4.67ppm（15%O2 濃度）,CO 為 0.8ppm（15°/... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院工程熱物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：112 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１國際民航組織對ＮＯｘ的排放要求??Ｆｉｇ?１．１?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ａｃｈｉｅｖｅｄ?ｌｅｖｅｌ?ｏｆ?ＮＯｘ?ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ?ｗｉｔｈ?ＩＣＡＯ?ｓｔａｎｄａｒｄｓ１１０１??

也會降低火焰溫度，但是，從總體趨勢上來看，隨著過量空氣系數(shù)的增??力口，Ｎ０Ｘ生成量先增加，到達一個極值后下降，不同類型火焰Ｎ０Ｘ生成量隨過量??空氣系數(shù)的變化規(guī)律如圖１．３所示??授?：?｜?ｉ??２?丨：＿?ｉ??１?１?Ｉ?！?１?！?Ｉ?Ｉ?？??０．６?０．８?１．０?１．２?１．４?１．６?１．８??ａ??圖１．３熱力型ＮＯｘ生成量與過量空氣系數(shù)的關(guān)系Ｍ??Ｆｉｇ?１．３?Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔ＞ｖｅｅｎ?ｔｈｅｒｍａｌ?ＮＯｘ?ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｅｘｃｅｓｓ?ａｉｒ?ｒａｔｉｏ１２３１??高溫?zé)煔馔Ａ魰r間對熱力型ＮＯｘ生成量也有一定影響，主要是因為ＮＯｘ生??成反應(yīng)速度較慢，當(dāng)時間較短時，反應(yīng)還沒有達到化學(xué)平衡。而在其它條件不變??的情況下，高溫?zé)煔馔Ａ魰r間越長，ＮＯｘ生成量就越大，直至達到化學(xué)平衡濃度，??因此控制縮短高溫?zé)煔馔Ａ魰r間也能減少ＮＯｘ的排放??（２）快速型＾＾（＾生成機理??快速型ＮＯｘ可以在溫度比較低的情況下，在不含燃料氮的燃燒火焰中產(chǎn)生??［２４］，Ｆｅｎｉｍｏｒｅ等人進行了一系列的研宄，最終認(rèn)為不能用擴大的澤爾道維奇機理??來說明，并提出了如下快速型ＮＯｘ的生成機理，ＨＣＮ是快速型ＮＯｘ生成的重要??中間產(chǎn)物［２５－２８］。??Ｎ２＋ＣＨｘ—ＨＣＮ＋Ｎ＋…?（１．３）??Ｎ２＋Ｃ２＾２ＣＮ?（１．４）??Ｎ＋ＯＨ—ＮＯ＋Ｈ?（１．５）??Ｆｅｎｉｍｏｒｅ等人研究了甲烷火焰內(nèi)ＨＣＮ濃度以及溫度變化規(guī)律，如圖１．４所??示。從圖中可以看出

隨溫度變化的趨勢相反，常規(guī)燃燒室的主燃區(qū)溫度為１０００－２５００Ｋ，一般很難同??時保證兩者的排放量都較低，只有在１６７０－１９００Ｋ范圍內(nèi)時，燃燒室產(chǎn)生Ｃ０及??很少，如圖１．５所示�；诖嗽�，如果能控制主燃區(qū)溫度處于低排放的??溫度區(qū)，則可兼顧ＣＯ?（包括ＵＨＣ）和ＮＯｘ的排放量都處于低值范圍。??ＣＯ／１０－６?１?；?ＮＯｘ／ｌ（）＂６??：?低排放物丨?／??１〇〇?－?ｍ?溫廑區(qū)———?－２５??８０?－?！?！?／?－?２０??６〇?－?＼?：?＼?－?１５??４°?■?Ａ！?／??１５００?１６００?１７００?１８００?１９００?２０００?２１００??１０００Ｋ?．?常規(guī)麟室溫—?＾?２５〇〇Ｋ??圖１．５主燃區(qū)溫度對排放物的影響ｌ４｜ｌ??Ｆｉｇ?１．５?Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ｏｆ?ｐｒｉｍａｒｙ?ｚｏｎｅ?ｏｎ?ｔｈｅ?ｅｍｉｓｓｉｏｎ１４１１??８??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]干式低NOx燃氣輪機燃燒室的燃料/空氣預(yù)混均勻性問題分析[J]. 馮沖,祁海鷹,謝剛,陳曉麗.  中國電機工程學(xué)報. 2011(17)
[2]燃氣輪機燃燒室燃燒氣體燃料的數(shù)值模擬[J]. 王朝暉,王成軍,王丹丹,吳鎮(zhèn)宇.  沈陽航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報. 2010(02)
[3]重型燃氣輪機燃燒室設(shè)計與試驗研究[J]. 金戈,齊兵,王克新,劉常青,尹家錄,顧銘企.  燃氣輪機技術(shù). 2009(04)
[4]燃氣輪機燃燒技術(shù)的研究與應(yīng)用[J]. 侯曉春.  燃氣輪機技術(shù). 1998(02)
[5]突擴回流與大速差射流回流湍流氣－固兩相流動的數(shù)值模擬[J]. 張健,周力行.  空氣動力學(xué)學(xué)報. 1996(02)
[6]突擴燃燒室湍流預(yù)混燃燒溫度場的測量[J]. 張健,周力行.  航空動力學(xué)報. 1995(04)

碩士論文
[1]低NOx雙旋流燃氣燃燒器流動及燃燒特性的實驗研究[D]. 姜磊.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院工程熱物理研究所) 2017



本文編號：3267684