燃气轮机原理第四章 燃烧室4-3

1、燃气轮机原理第四章 燃气轮机燃烧室4-3 燃烧室中燃烧过程的组织燃烧室中发生的整个工作过程包括：燃烧区中气流流动过程的组织；燃烧区中燃料浓度场的组织；燃烧区中可燃混合物的形成、着火与燃烧；混合区中二次掺冷空气与高温燃气掺混过程的组织；火焰管壁冷却过程的组织。 在燃气轮机燃烧室中发生的燃烧过程总是在余气系数 较大，且 的变化范围又很宽的高速气流中进行的，因此燃烧室工作有两点困难：若把燃料直接喷到由压气机送来的全部空气中去燃烧，那么燃烧区的温度必然很低，燃料不能完全燃烧，燃烧效率非常低；由于气流的流动速度很高，因而燃烧火焰很容易被吹熄。同时，还会产生非常大的压降损失。解决办法采用扩压器，使进入燃烧

2、区的气流速度由压气机出口的120135m/s降低到2030m/s左右，借以减小气流的压降损失；采取气流“分流”的办法，以提高燃烧区的温度；采用“火焰稳定器”，使在燃烧区内能够形成一个特殊形态的气流结构，为稳定火焰创造条件。空气燃烧室应采取的形状燃烧室中空气流的组织1.采用气流分流的办法以提高燃烧区的温度 利用火焰管这种结构，把由压气机送来的空气分流成为两大部分。其中一部分空气将直接进入火焰管前部的燃烧区，参与燃料的燃烧过程，这部分空气称为“一次空气”。所余的另一部分空气，称为“二次空气”，则由冷却流道和混合机构逐渐流入火焰管，以便冷却火焰管壁，或是掺冷高温燃气。 这种“分流”方法，相对于把燃料

3、直接喷到“全部空气”中去的燃烧方法，可以保证燃烧区具有相当高的燃烧温度，有利于提高燃烧反应的速度。 在分流方法中，控制“一次空气”的数量是改善燃烧工况的关键。试验表明：在燃烧柴油和天然气时，在满负荷工况下的一次空气量控制在 =1.11.3（相当于燃烧区温度为1800左右），在空载工况下， =2.02.5（相当燃烧区温度为1000左右）是合适的。否则，燃烧效率将严重恶化。一次空气供应方式将一次空气全部通过装在火焰管头部旋流器供入燃烧区将一次空气分别由旋流器和开在火焰筒前段的几排一次空气射流孔供入燃烧区2旋流器5一次空气射流孔试验表明，第种供气方式，即将一次空气分别由旋流器和开在火焰筒前段的几排一

4、次空气射流孔供入燃烧区，可以保证燃烧室具有比第种供气方式，即将一次空气全部通过装在火焰管头部旋流器供入燃烧区，更为宽广的负荷变化范围。这是由于在第种供气方式中，燃烧室具有“一次空气量自调特性”。一次空气量自调特性定义：随着火焰长度的伸缩能自动调整直接参与燃烧反应的一次空气量的特性。l机组负荷降低，燃烧火焰的长度缩短，通过开在火焰长度之后的一次空气射流孔供入的空气量不会直接射到火焰中去掺冷火焰，低负荷时，燃烧温度仍很高；l机组负荷增加，燃烧火焰的伸长，后排射流孔供入的空气向火焰补充所需的氧，防止缺氧引起的燃烧不完全和火焰过长。试验表明，具有一次空气量自调特性的供气方式对于扩大燃烧室负荷变化范围的

5、效果是明显的。 例如，对某燃烧室 采用第种供气方式 采用第种供气方式4 .1494. 4%70%95b4 .14%92b燃烧室中空气流的组织2.采用火焰稳定器以稳定高速气流中的火焰 利用火焰稳定器在火焰管的前部造成一个特殊形态的速度场，以便强化燃料与空气的混合作用，并为燃烧火焰的稳定提供条件。 火焰稳定器：造成高速气流中的局部低速区，从而保证燃烧火焰不被吹灭，如同大风中背风点火吸烟一样。旋流器的轴侧图装有单个旋流器的燃烧室中气流运动的示意图1-主流区主流区2-旋流器内轮毂旋流器内轮毂3-旋流器旋流器4-环流环流适于火焰稳定的低速区不断输送热量的点火源火焰管内气体的轴向速度场1回流回流2回流区边

6、界回流区边界燃烧室前段工作情况的描述新鲜空气经旋流器不断进入，燃油不断喷入，依靠回流区供给热量，形成可燃混气并着火燃烧之后，小部分燃烧产物进入回流区补充回流区消耗掉的气体质量和能量，大部分燃烧产物则流到火焰管后段与二次空气掺合流向涡轮。这一过程连续不断，就可以使火焰管头部保持火焰稳定，从而为整个燃烧过程的可靠进行提供了基础。燃烧室中燃料流的组织根据燃烧理论得知：可燃混合物的着火和燃烧只有在一定的浓度范围内才能发生。为了使燃料能够稳定而又完全地燃烧，应确保在任何负荷工况下，燃烧空间中燃料与空气的局部配合关系都能处于可燃范围之内。因此，需要合理地组织燃烧室内燃料浓度场。燃料浓度场的组织与燃料的喷射

7、特性密切相关。燃烧室中燃料流的组织1.使燃料雾化成很细的颗粒目的：加速液滴蒸发为蒸汽的过程液体燃料先蒸发后燃烧，要燃烧得好，首先要气化得好，气化得快；液体燃料的燃烧速度主要取决于气化速度。燃料液滴表面积越大，气化得就越快。1公斤燃油l团成一个球体，表面为0.05m2；l均匀雾化成直径都是30m的油滴时，表面积变为330m2，比前者增大了6400倍。在燃气轮机中，所有的燃烧室几乎全部采用雾化燃料，液滴的平均直径在100m以下。l液滴尺寸大，完全燃烧时间长，未及燃烧就被带走，燃烧效率降低；l液滴尺寸小，穿透能力小，导致局部区域燃料过浓或过淡，容易发生熄火。燃烧室中燃料流的组织2.把燃料合理地供应到燃烧室空间中去，与空气较好地混合1旋流器旋流器2喷油嘴喷油嘴3中空的锥形燃料流中空的锥形燃料流4燃料炬燃料炬燃烧空间中燃料浓度场的示意图燃料炬轴线燃料炬轴线of上，上，燃料的浓度燃料的浓度C最大，最大，余气系数余气系数 最小最小燃料浓度场分布的优点燃烧空间中燃料浓度场的分布与空气的分布特性相适应（新鲜空气大部分分布在火焰管的外侧，中心部位是缺氧的燃烧产物），有利于空气和燃料的相互混合；分布不均匀的燃料浓度场对于提高燃烧稳定性也是有好处的。在负