2.3.影響合成氣擴散燃燒不穩定的因素
影響合成氣燃燒穩定性的主要因素是輕柴油噴嘴的霧化效果,它可以改變燃燒的振蕩。合成氣擴散燃燒相對比較穩定且動態壓力較小。通過空氣加濕燃燒實驗表明空氣加濕后會在很大程度上改善燃燒的穩定性,這是因為空氣加濕后降低了燃燒區的燃料和氧氣的濃度,導致化學反應變慢。輕柴油進行燃燒時,動態壓力會隨著燃氣輪機發電功率的增加而增加,而合成氣在燃燒時,動態壓力則會隨發電功率的增加而減小。燃燒室熱負荷的增加會增加燃燒的不穩定性,而燃料噴嘴壓比的增加會改善燃燒的不穩定性,因此燃燒室內的動態變化是非常復雜的過程。
促進燃燒穩定性的方法
3.1.穩定火焰的方法分析
在高速射流中,當氣流速度大于火焰的傳播速度時,就會出現熄火的狀況,導致燃燒室內燃燒不穩定。在高速氣流中保證燃燒穩定的基本方法就是穩定火源,從而建立一個平衡點。影響燃燒穩定的因素主要包括兩個:一個是氣流因素,另一個是物理化學因素。對于氣流因素,應該采取流體動力學的方法來穩定燃燒;對于物理和化學因素,應該采取化學動力學以及熱力學來穩定燃燒。
3.2.擴散燃燒
傳統的燃氣輪機采用擴散燃燒的方法,雖然不會發生回火現象但是由于高速氣流,火焰很容易被吹熄。防止熄火除了采取穩定點火源外,還要保證空燃比與化學計量比相等。保證燃燒室穩定燃燒的辦法包括:采取壁面凹槽、偏轉射流、逆向射流產生回流區方法;采用旋轉射流方法來穩定燃燒;當燃料為煤粉時,可以采用高速同向射流穩定燃燒。
3.3.預混火焰燃燒
為了保護環境,燃氣輪機需要降低NOx,沒完全燃燒的碳氫化學物等氣體的排放。擴散燃燒的方法會引起燃燒室局部高溫,同時NOx的排放量大,目前燃氣輪機大部分采用預混燃燒方法。穩定預混燃燒的方法包括:產生回流區穩定燃燒;采用金屬棒、值班火焰穩定燃燒。
燃燒的不穩定性與振蕩燃燒
燃氣輪機的燃燒是一種劇烈的化學反應現象,且燃燒時會產生自激振蕩,同時燃燒室內的壓力會隨時間的變化而變化。燃燒時產生的振蕩會影響燃氣輪機的燃燒效率、燃氣輪機的安全性和可靠性。
Higgins在研究擴散燃燒時發現:在筒罩內做燃燒實驗時,在火焰上方會有明顯的聲調。Load Rayleigh根據這一現象提出:火焰放熱時產生的波動和壓力波動之間的差值決定能否產生振蕩燃燒。Dwoling通過研究得出:熱能在轉化為聲能的過程中,大于聲能的損失量。影響燃燒不穩定的因素包括:燃料供應系統、燃燒室排氣系統、壓氣機排氣系統等。控制振蕩燃燒主要是利用作動器(聲波發生器、空氣燃料調節器等)來控制壓力的振動。
燃燒室的穩定燃燒對燃氣輪機的安全穩定運行具有重要意義,本文對燃燒室燃燒穩定性進行分析,總結了影響燃燒穩定性的因素,并提出了穩定燃燒室燃燒的方法。根據影響燃燒穩定性的不同因素采取不同的方法來穩定燃燒。隨著環保意識的提高以及燃氣輪機在各領域中的廣泛應用,我國一定會研究出更加先進有效的方法來保證燃燒的穩定性,從而保證燃氣輪機的安全穩定運行。
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