合成氣燃燒室

合成氣燃燒室是熱-功轉換類發電設備燃氣輪機的重要組成部分。合成氣燃燒室的燃燒不穩定阻礙著超低NOx燃燒技術套用於IGCC，這直接影響了IGCC性能的提高，所以，減少合成氣燃燒室的燃燒不穩定是提高IGCC性能的關鍵技術。

基本介紹

• 中文名：合成氣燃燒室
• 外文名：Synthesis gas combustion chamber
• 學科：熱力學
• 領域：熱功轉換髮電
• 燃料類型：煤基合成氣
• 技術要點：減少合成氣燃燒室的燃燒不穩定

結構設計

燃氣輪機燃燒室以富氫合成氣為燃料，採用單管式結構設計。部分燃料與空氣在徑向旋流器預混後進入燃燒室燃燒，達到燃燒迅速、穩定，並且能夠控制燃燒區溫度，降低熱力型NO的排放。剩餘燃料通過擴散作用和點火空氣在燃燒室頭部形成火炬，起到順利點火以及穩定火焰的作用;燃料在火焰筒內經二次風的補燃完全燃燒，在摻混空氣摻混降溫後進入渦輪做功;燃燒室採用逆向進氣，通過來流空氣與火焰筒壁面的對流換熱來達到冷卻目的，不再對火焰筒的壁面添加冷卻措施。整個燃燒室的設計如圖1。

圖1燃燒室設計

噴嘴設計

到目前研究為止，燃燒室的噴嘴設計探究有兩種，即：單噴嘴和多噴嘴。不管是單噴嘴還是多噴嘴燃燒室，在相同工況和燃料情況下，動態壓力振盪幅值不超過壓力均值的5%，屬於典型的燃燒噪聲，沒有產生強烈的熱聲振盪，所有的燃燒過程都很穩定，說明噴嘴的設計是合理的。多噴嘴燃燒室在相似工況下動態壓力幅值比單噴嘴燃燒室要小一半以上，功率譜曲線相對平滑，說明多噴嘴燃燒室確實能降低燃燒噪聲。單噴嘴和多噴嘴在某些工況都出現了極低頻壓力振盪(10 Hz以下)，且振盪功率相對較大，可能會產生較大的危害，需要進一步研究其產生的機理和抑制方法。中壓實驗基本不能反映整機的動態特性。要控制現場燃氣輪機的動態特性，從實驗上看還需要進一步的全壓全尺寸的測試。

進氣口分布

燃燒室進氣口分布如圖2所示，採用值班燃氣穩定燃燒，進氣方式採用旋流噴嘴進氣，強化氣流擾動及高溫煙氣回流以強化燃燒。在火焰管前半部分設有二次風進口，調節火焰管內氣動結構以增大氣流擾動、保證過量空氣係數和保證燃料充分燃燒，同時實現對燃燒室壁的冷卻。在火焰管後部有摻混冷卻孔，保證進入透平做功的高溫燃氣溫度在允許的安全範圍內。

圖2燃燒室結構

燃燒不穩定研究

不穩定描述

燃燒室出現燃燒振盪時，人們通常根據其響度的大小和聲調的高低，運用不同程度的“擬聲詞”感性地描述燃燒不穩定現象。例如，某些燃氣輪機公司不區分頻率，對燃燒室內可聽見的聲學振盪全部用rumble(低沉的隆隆聲)描述;另一些公司對起動或慢車狀態下出現的頻率為50~180Hz的聲學振盪，用rumble或growl描述，而對高速怠速狀態下出現的較高頻率的聲學振盪，用howl或humming(猛烈的嗡嗡聲)描述。有些學者也用chugging(間歇性燃燒)、buzz(嗡嗡聲)和Screaming(或whistling嘯聲)分別描述低頻、中頻和高頻的燃燒不穩定。因為這種描述方法具有很強的主觀性，目前燃燒不穩定現象的描述還沒有規範統一的術語。眾所周知，燃燒不穩定受到燃料種類、燃料一空氣當量比、噴嘴結構和安裝位置、燃燒室幾何、燃燒室溫度和壓力等參數的影響，因此在每個燃燒系統中所表現的特徵都不同。為了更深入地認識和研究燃燒不穩定的機理，學者們還是將這些不同燃燒系統中具有特殊性的燃燒不穩定進行了歸類。