航改燃氣輪機燃燒室與煙氣出口溫度品質(zhì)改善的數(shù)值研究.pdf

1、燃氣輪機具有系統(tǒng)效率高、投資成本低、最小的現(xiàn)場施工場地和污染物排放低等優(yōu)勢，其在多產(chǎn)業(yè)領域的發(fā)電備受關(guān)注。在工業(yè)化國家，燃氣輪機多年來已經(jīng)廣泛的應用于發(fā)電,船舶和機械驅(qū)動領域。為了保護環(huán)境，國內(nèi)近年來對陸基燃氣輪機發(fā)電量需求的增長非?？?。在眾多的燃氣輪機的應用中，航改機以其研發(fā)周期短，風險和成本低，性能和穩(wěn)定性高而得到越來越多的關(guān)注。
　　為深入理解燃氣輪機燃燒室的燃燒特性、優(yōu)化燃氣輪機的設計，仍然需要大量的基礎研究，數(shù)值研究可以

2、為完成上述目標發(fā)揮重要的作用。
　　本文三維數(shù)值研究航改機燃燒室燃燒特性，同時給出了改善出口溫度品質(zhì)的建議。本燃燒室為某發(fā)電廠11500kw燃氣輪機，利用PRO-E軟件重建燃燒室結(jié)構(gòu)，采用Gambit軟件生成網(wǎng)格。在化學反應劇烈的主燃區(qū)，以及物性變化較大的空氣入口出采用了較細的網(wǎng)格，網(wǎng)格總數(shù)為123萬，并進行了網(wǎng)格無關(guān)化的檢驗。
　　建立的數(shù)學模型包括質(zhì)量守恒方程、動量守恒方程、能量守恒方程，以及描述湍流和燃燒模型。穩(wěn)態(tài)的N

3、avier-Stokes方程組，在適當?shù)倪吔鐥l件，基于有限容積法和SIMPLE算法求解。計算基于三維k-ε湍流模型，化學反應采用PDF計算。模型中考慮了氣體輻射傳熱，輻射方程用DO模型求解，壓力和速度的耦合選用SIMPLE算法。
　　首先，數(shù)值計算了設計工況下的燃燒器內(nèi)的流動、傳熱和燃燒，并就行了討論。計算結(jié)果顯示，火焰穩(wěn)定在主燃燒區(qū)，這是因為在回流區(qū)燃料和空氣快速混合和反應。本文的模型成功的預測到了該現(xiàn)象。這種類型的回流區(qū)有助于

4、改善燃氣和空氣的混合，并且成功的應用于工業(yè)級的燃氣輪機中。主燃燒區(qū)最高溫度為2376K，在主燃燒區(qū)的下游，由于冷空氣的摻混，氣體溫度下降。隨后，在摻混孔的下游觀測到氣體溫度的小幅度上升，這是由于未燃盡的燃氣在主燃孔二次風噴入后，煙氣將二次風溫度提升所致。
　　其次，為提高煙氣出口品質(zhì)，優(yōu)化供氣方式，重點研究旋流器安裝角度，頭錐外環(huán)孔安裝角度、主燃孔和摻混孔的進氣比例對燃燒器燃燒特性和煙氣出口溫度的影響。結(jié)果表明，適當降低旋流器和頭

5、錐外環(huán)孔安裝角度，提高混合主燃孔的空氣投入比例可以改善煙氣出口品質(zhì);高溫區(qū)域輕微的向上游移動。
　　最后，本文給出了空氣進氣方式的改進方案，并給出和分析了改進方案的計算結(jié)果。結(jié)果表明，根據(jù)改進的方案，煙氣溫度出口品質(zhì)得到改善，煙氣出口的平均溫度和熱點溫度降低；平均溫度，最高溫度，周向溫度分布系數(shù)和徑向溫度分布系數(shù)，分別由1278K,1409K,0.2025,0.1167,降低到1239K,1358K,0.1968和0.1039。數(shù)