燃气轮机低排放燃烧室冲击冷却研究
Research on Impingement Cooling of Gas Turbine Low Emission Combustor
在燃烧室设计中,一方面为了提高燃气轮机效率,燃烧室温升不断提高,不断增加的火焰温度促使燃烧室冷却结构的进一步改进.另一方面,环境问题得到了公众越来越多的关注,2012年国家出台的《火电厂大气排放标准》,要求燃气轮机出口NOx排放低于25ppm,这更加促进了低排放燃烧室的研究.贫燃预混是降低排放的重要手段之一,但是,贫燃条件下,燃烧室需要更多的空气参与燃烧,在传统的燃烧室冷却结构下冷却空气量不得不减少,为燃烧室的结构设计带来了更大挑战.因此,有必要针对低排放燃烧室的冷却结构开展深入的分析和设计工作.本文主要完成了如下几方面的工作:首先,调查了国内外几类主要的燃烧室冷却结构,考虑到低排放和壁面冷却性能的要求,着重对冲击冷却结构进行研究,对采用气膜冷却结构的原型环管型燃烧室进行了数值模拟,分析了该型燃烧室的气动性能、壁面及内部温度场以及低排放性能.其次,通过平板冲击冷却模拟研究了结构参数对冲击冷却效果的影响,结果表明:在小孔无倾角、板间距2至3.5倍孔径、纵向间距8倍孔径、横向间距6.5至10倍孔径、采用顺排布置并且孔径尽量缩小的条件下,平板冲击冷却能获得最好的冷却效果.最后,在原型燃烧室的基础上设计了三种燃烧室冲击冷却结构,对采用这三种冲击冷却结构的某型燃气轮机燃烧室进行了数值模拟,并与采用气膜冷却结构的原型燃烧室进行了性能对比.结果表明:在燃烧空气量不变时,采用冲击冷却结构时,虽然燃烧室的总压损失和出口不均匀度较气膜冷却燃烧室略微上升,但是壁面的最高温度明显下降并且出口CO排放大幅度降低.本文通过对低排放燃烧室冲击冷却的研究,掌握了贫燃预混燃烧室的基本特性和规律,对后续低排放燃烧室的优化设计具有重要的指导意义.
- 作者：
- 宋磊
- 学位授予单位：
- 中国舰船研究院
- 专业名称：
- 轮机工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2017年
- 导师姓名：
- 李东明
- 中图分类号：
- TK401
- 关键词：
- 燃气轮机；燃烧室；冲击冷却；数值模拟
- gas turbine; combustor; impingement cooling; numerical simulation;