蒸汽回注双燃料喷嘴设计及燃烧流场模拟

摘要

双燃料燃气轮机可以回收排气中的部分废热来提高整体循环热效率和燃机输出功率，降低NOx排放。化学回热燃气轮机不但具有单独燃烧燃油或重整气燃料的功能，还具有两种燃料混烧的功能。在化学回热循环过程中，化学回热器启动前需要进行水蒸汽回注，随着水蒸汽回注流量的增加，可能造成燃烧室熄火。
　　本文以某型号燃气轮机的燃烧室为基础，创建了化学回热燃气轮机燃烧室内部结构的几何计算模型，利用Fluent软件，采用可实现k??湍流模型、PDF燃烧模型和EDC模型，对燃烧流场进行了数值模拟；同时采用污染物生成模型对NOx排放进行了计算。
　　首先对原型燃烧室冷态场进行模拟，在简化几何模型中使用EDC模型计算燃烧场，获得了燃烧室内部各种物质质量分数、温度场、速度场分布等指示燃烧室内部燃烧状态的各项数据；然后对燃烧室熄火原因进行分析，并对射流孔径和射流速度对贯穿距的影响进行了模拟计算，拟合出相应的贯穿距计算公式。
　　根据计算结果对双燃料喷嘴水蒸汽喷口进行改进，通过对数值模拟计算结果中燃烧室内高温区位置、回流区效果，水蒸汽流速和熄火点水蒸汽回注流量等重要数据结果进行比较分析，总结了喷嘴结构的可行性和优缺点，最终设计改进出的喷嘴结构使水蒸汽回注流量由0.25kg/s增加到0.6kg/s。对喷嘴不同安装位置进行分析计算，优化得出最佳安装位置，并将优化喷嘴后的燃烧场与原型喷嘴模拟结果进行对比分析。模拟结果表明改进喷嘴后燃烧室 NOx排放量降低，随着水蒸汽回注流量的增加出口最大不均匀度下降，燃烧室NOx排放量降低至1ppm左右。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

符号说明

第1章 绪论

1.1课题研究背景及目的意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要内容

第2章 燃烧场数学模型

2.1基本守恒方程

2.2湍流模型

2.3燃烧模型

2.4离散相模型

2.5本章小结

第3章 燃烧室简化模型和回注蒸汽量模拟

3.1 燃烧室几何模型及其简化模型

3.2熄火判断标准

3.3实验室原型喷嘴最大回注蒸汽量模拟

3.4贯穿距

3.5本章小结

第4章 喷嘴设计与优化

4.1双向开孔喷嘴

4.2分级喷嘴

4.3径向旋流喷嘴

4.4斜口径向旋流喷嘴

4.5四种喷嘴对比

4.6 本章小结

第5章 喷嘴安装位置优化

5.1不同安装位置熄火计算

5.2不同安装位置流场对比

5.3 全尺寸燃烧室计算结果对比

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢