论文部分内容阅读
燃气轮机燃烧室低NO_x排放设计是燃气轮机设计过程中的一个重要环节。本论文针对CFD方法在预测燃气轮机燃烧室出口NO_x排放方面在计算时间以及计算的准确度上的不足,发展了一种计算量较小,能够快速准确的预测燃气轮机燃烧室出口NO_x排放的CRN(Chemical Reactor Networks)化学反应器网络模型方法。论文首先对CRN化学反应器网络模型的提出和发展,以及目前国内外的主要的研究发展情况作了简单的回顾。通过对采用扩散燃烧方式的燃烧室的一般反应流动的特征结构进行分析,提出喷嘴出口处流体按可燃范围分为三部分的建模方案。接下来对某个采用扩散燃烧的分管型重型燃机燃烧合成气的单个火焰筒进行了CRN网络模型分析。采用该模型对燃烧室在额定工况下NO_x排放随着燃料加湿量以及压力变化情况进行了预测,并将不同加湿量下得到的NO_x排放结果与现场测量结果进行了比较,与之符合的非常好。同时模拟结果表明该燃烧室的NO_x排放正比于压力的0.67次方,与文献中结果基本一致。通过对该燃烧室的分析证明采用这种建模方案构建的网络模型在变工况下具有较强的适应性。采用本方法对某重型燃气轮机分管型燃烧室由烧天然气改烧中低热值合成气后的NO_x排放特性进行了研究,单个火焰筒具有多个扩散燃烧喷嘴,有环形燃烧室与筒形燃烧室串联的结构形式,对燃烧室在额定工况以及三种不同燃料加湿量的工况进行了计算,计算结果以及不同工况下的变化趋势都较为合理。最后,对某个贫燃料预混燃烧室的出口NO_x排放进行了预测。通过对预混燃烧室的一般性流场结构以及流场的CFD计算结果分析,对流场进行了主要特征区域的划分并构建了CRN网络模型。结合预混燃烧不稳定的特点,对燃烧室在额定工况下,增加值班火焰以及不同值班火焰燃料量的工况进行了模拟,计算结果以及变工况下变化趋势都较合理。通过计算结果与实验结果的对比,以及对预测结果的分析,证明CRN网络模型方法在预测燃汽轮机燃烧室出口NO_x的排放方而具有较高的准确度,对燃烧室的设计、校核都具有较高的应用价值。