【摘 要】
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重型燃气轮机技术在一定程度上代表一个国家重工业发展的水平,随着对环境污染愈发重视,重型燃气轮机污染物排放问题成为当前重型燃气轮机研究及发展的重点问题,在空气污染问题亟待解决的背景下,控制污染物排放是解决污染问题的主要手段之一,而污染物排放预估方法的研究是控制污染物排放的研究基础。为研究重型燃气轮机燃烧室污染物排放预估问题,选取M701型号重型燃气轮机作为研究对象进行研究。具体研究内容如下:1.首先
【基金项目】
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“十三五专项”中“两机专项”的燃气轮机专项；
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重型燃气轮机技术在一定程度上代表一个国家重工业发展的水平,随着对环境污染愈发重视,重型燃气轮机污染物排放问题成为当前重型燃气轮机研究及发展的重点问题,在空气污染问题亟待解决的背景下,控制污染物排放是解决污染问题的主要手段之一,而污染物排放预估方法的研究是控制污染物排放的研究基础。为研究重型燃气轮机燃烧室污染物排放预估问题,选取M701型号重型燃气轮机作为研究对象进行研究。具体研究内容如下:1.首先采用UG三维建模软件构建火焰筒物理模型,并运用ANSYS Mesh模块进行网格划分,在此基础上,运用计算流体力学软件FLUENT对燃气轮机燃烧室进行数值研究,为考虑多种情况,数值计算过程中燃烧模型选择非预混燃烧模型和柔和燃烧模型,将影响污染物排放的主要参数,如进口压力、空气质量流量、燃烧区平均温度、进口风温等作为研究参数,进而对基于两种燃烧模型的温度云图、速度云图及NOx分布云图进行分析;2.在数值计算结果的基础上,扩大研究参数变化范围,采用响应面优化方法对主要气流参数如一次风温度、二次风温度、冷却风温度、燃气温度、一次风量、二次风量和燃气量进行数值优化,基于非预混燃烧的36组算例和基于柔和燃烧弹152组算例,对数据进行分析。结果表明,基于非预混燃烧模型进行计算时,在研究参数范围内NOx排放值均小于0.35g/kg,进口压力从1.15×106Pa增加到1.38×106Pa,NOx排放值减少0.012g/kg;空气质量流量从4.22kg/s增加到5.16kg/s,NOx排放值减少0.08g/kg;燃烧区平均温度从1668K升高到1720K,NOx排放值增加0.03g/kg。基于柔和燃烧模型进行计算时,燃烧区平均温度由1460K升高到1520K时,NOx排放量由0.16g/kg增加到0.24g/kg,CO排放量由0.06g/kg增加到0.24g/kg;进口压力由1.29×106Pa增加到1.32×106Pa时,NOx排放由0.24g/kg减少到0.16g/kg,CO排放量由0.23g/kg减少到0.06g/kg;进口风温为540K到680K时,NOx排放值由0.28g/kg增加到0.33g/kg;进口风温升高到720K到880K时,NOx排放值由0.24g/kg减小到0.18g/kg。可以分别得到基于非预混燃烧模型和柔和燃烧模型的多参数影响的污染物排放预估公式;3.利用响应曲面优化方法对影响污染物排放的参数进行敏感性分析,结果表明,一次风量、一次风温度、二次风温度是主要敏感度因素,对NOx排放影响显著,其它因素敏感度低,性能参数敏感性大小排序为mfirst>Tfirst>Tsecondary>msecondary>mfuel>Tfuel>Tcooling;一次风量和一次风温与NOx排放呈反比,一次风量由3.6kg/s增加到4.5kg/s时,NOx排放由0.24g/kg减少到0.16g/kg;一次风温度由720K升高到880K时,NOx排放值由0.24g/kg下降到0.18g/kg;二次风温与NOx排放呈正比,二次风温度由720K升高到880K时,NOx排放值由0.17g/kg增加到0.22g/kg。研究结果可为重型燃气轮机燃烧室NOx排放预估提供研究基础。
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