富氧燃烧技术应用于微型燃气轮机的研究

摘要

微型燃气轮机是分布式能源系统的核心装置，近些年来随着分布式能源系统的发展而得到了广发的应用，微型燃气轮机的制造技术也得到了国家的重视。本文设计了一种新型燃烧室，将煤层气这一国内储藏丰富的能源应用到微型燃气轮机中。燃烧过程采用了提高空气中氧浓度的富氧燃烧方式。
　　首先，根据已有的微型燃气轮机运行工况，进行了燃气轮机循环热力计算，在此基础上设计了微型燃气轮机燃烧室。按照设计尺寸加工了燃烧室，采取模化试验的方法对燃烧室进行了性能研究。
　　其次，对燃烧室的设计工况进行了数值模拟，模拟显示燃烧室的流场符合预期要求，燃烧室内出现了回流区，燃烧室的燃烧效率以及压力损失系数均满足设计要求。同时发现，出口温度场的分布稍微偏离设计要求。
　　最后，通过模拟方法对燃烧室在不同氧浓度和不同燃烧负荷下的表现分别进行了研究。研究发现，氧浓度的增大提高了燃烧室内的温度，有利于燃烧的稳定，但是氧浓度增加到一定程度后会导致NOx的产生急剧增加。因此在实际应用时应控制氧浓度不要过高。通过不同负荷下的模拟发现，值班燃气的设置能够保证燃烧室在较低燃烧负荷时保持点火区域有着足够高的温度，从而能够稳定燃烧。燃烧需要的空气采取分级供入的方式能够保证在不同燃烧负荷下的燃烧效率和燃烧的稳定性。在高于设计负荷时，燃烧室的不完全燃烧损失增加。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 分布式能源系统

1．1．2 微型燃气轮机

1．1．3 煤层气

1．1．4 富氧燃烧

1．2 本文的主要工作

第2章 微型燃气轮机燃烧室设计

2．1 燃气轮机循环

2．1．1 燃气轮机循环概述

2．1．2 微型燃气轮机循环热力计算

2．2 燃烧室设计

2．2．1 燃烧室布置方案

2．2．2 外形设计

2．2．3 气流通道设计

2．2．4 旋流器设计

第3章 试验系统

第4章 燃烧室性能研究

4．1 数值模拟

4．1．1 燃烧数值模拟概述

4．1．2 网格划分

4．1．3 模型选择

4．2 实验研究

4．3 设计工况模拟结果

4．3．1 速度场

4．3．2 温度场

4．3．3 燃烧室性能

4．4 不同氧浓度助燃下的燃烧室性能

4．5 不同负荷下的燃烧室性能

第5章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢