燃气轮机13-燃烧室.ppt
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1、第五章第五章 燃烧室燃烧室燃烧室的作用燃烧室的作用n把压气机送来的高压空气同燃料很好把压气机送来的高压空气同燃料很好地混合和燃烧,产生高温高压的燃气,地混合和燃烧,产生高温高压的燃气,并送入透平涡轮中作功。并送入透平涡轮中作功。5-1 燃烧室的工作简图及其要求燃烧室的工作简图及其要求n主要由五部分组成:主要由五部分组成:n外壳外壳1、火焰管、火焰管2、旋流器、旋流器3、喷油嘴油嘴4、混合器、混合器5。简单工作原理简单工作原理n压缩空气和燃料分别输入燃烧室。压缩空气和燃料分别输入燃烧室。n高压空气高压空气经导管引入燃烧室分成两股经导管引入燃烧室分成两股:n 一股空气经旋流器一股空气经旋流器3 3
2、进入火焰管,这是燃料燃烧所进入火焰管,这是燃料燃烧所必需的助燃空气,称为必需的助燃空气,称为一次空气一次空气;n 一股空气则进入火焰管一股空气则进入火焰管2 2与燃烧室外壳与燃烧室外壳1 1间的环形空间的环形空间,这部分主要是冷却用的空气,称为间,这部分主要是冷却用的空气,称为二次空气二次空气。n燃油燃油经喷油嘴经喷油嘴4 4喷入火焰管内,形成雾状与一次空气喷入火焰管内,形成雾状与一次空气混合。外源点火后近似等压燃烧,生成高温高压的混合。外源点火后近似等压燃烧,生成高温高压的燃烧产物。燃烧产物。n最关键部分:最关键部分:长期高温下工作,长期高温下工作,必须进行冷却必须进行冷却火焰管火焰管二次空
3、气二次空气的作用的作用n大部分用来大部分用来冷却冷却火焰管外壁和燃烧室外壳,一部分火焰管外壁和燃烧室外壳,一部分冷却火焰管内壁;冷却火焰管内壁;n一部分经混合器一部分经混合器5 5进入混合区与燃气混合进入混合区与燃气混合掺冷掺冷,把温,把温度降低到给定的燃气温度;度降低到给定的燃气温度;n补燃补燃作用。作用。85%70%15%30%n结构不太复杂。结构不太复杂。n燃烧过程复杂:燃烧过程复杂:n 气体流动气体流动三元紊流三元紊流+化学反应;化学反应;n 传热、传质过程传热、传质过程导热、对流换热、辐射换热;导热、对流换热、辐射换热;n 化学反应化学反应碳氢燃料的燃烧机理。碳氢燃料的燃烧机理。对燃
4、烧室的要求对燃烧室的要求n判断燃烧室性能的好坏,主要是看它能否可靠地、经济地提供合格的高温燃气。1 1燃烧要完全燃烧要完全n要求绝大多数进入燃烧室的燃料,能够在燃烧室内燃烧掉,不发生严重的积炭和冒烟现象。燃烧效率特性n燃烧效率-衡量燃烧的完善程度nQi 燃烧室的各项热损失:n (1)化学不完全燃烧n (2)机械不完全燃烧n (3)散热损失冒黑烟、积冒黑烟、积炭、结焦等炭、结焦等B过量空气系数4.0CO、H2、CH4等等2 2燃烧稳定燃烧稳定 要求燃烧室在燃气轮机的一切工况下均能稳定燃烧,不发生灭火现象以及强烈的火焰脉动现象。保证(保证(1 1)火焰不被高速气流吹灭)火焰不被高速气流吹灭(火焰稳
5、定器火焰稳定器);(2 2)不发生熄火。)不发生熄火。熄火极限指一定的油气比范围(fmin fmax)其差值越大,稳定性越好。一般 油气比 f=1/40 1/330 过量空气系数=2.7322.5富油富油熄火熄火贫油贫油熄火熄火3.3.整体尺寸要小、结构要紧凑整体尺寸要小、结构要紧凑 要求容积热强度越大越好。固定式固定式:QV=30200 W/(m.N)移移动式式:QV=100300 W/(m.N)4.4.压力损失要小压力损失要小n要求燃烧室内的粘性摩擦、涡流阻力以及热阻力等越小越好。n一般燃一般燃烧室室总压保持系数:保持系数:B=0.92 0.98压力损失增加压力损失增加1%1%,整机效率下
6、降整机效率下降2%2%。5 5燃烧室出口温度场要均匀燃烧室出口温度场要均匀 要求使燃气温度大小及分布均匀,避免叶片受热不均匀而变形、甚至被烧坏。n整个燃烧室不同部位温度相差不大于50C;n存在多个燃烧室时,平均温差不超过1520C。6.6.起动、点火性能要好起动、点火性能要好7.7.排气污染少排气污染少8.8.寿命长寿命长运输式燃机:运输式燃机:300010000小时小时航空:航空:3001000小时小时船用:船用:400010000小时小时固定式燃机:大于固定式燃机:大于20000小时小时n上述各项要求往往又存在矛盾,很难同时满足。上述各项要求往往又存在矛盾,很难同时满足。n一般基本要求一般
7、基本要求:n燃烧完全、燃烧过程稳定、足够的使用寿命以及外形尺寸小等。5-2 燃烧室类型与基本结构燃烧室类型与基本结构分类:分类:圆管型、分管型、环形和环管型圆管型、分管型、环形和环管型 逆流式和顺流式逆流式和顺流式基本结构:基本结构:一次空气的配气结构、火焰管壁的冷却结构、一次空气的配气结构、火焰管壁的冷却结构、燃气混合机构、燃料供应机构、点火机构等。燃气混合机构、燃料供应机构、点火机构等。按总体结构:按总体结构:按气流流动:按气流流动:1、圆筒型、圆筒型n 具有圆筒形的外壳和火焰管;具有圆筒形的外壳和火焰管;n 多采用逆流式结构(紧凑);可按多采用逆流式结构(紧凑);可按1-21-2个;个;
8、n 可直立或横卧于燃机上方,或直立于燃机侧面。可直立或横卧于燃机上方,或直立于燃机侧面。n优点:优点:结构简单、便于维修、使用寿命结构简单、便于维修、使用寿命n缺点:空间利用率差、容积热强度较低;缺点:空间利用率差、容积热强度较低;n 调试时所需风源较大。调试时所需风源较大。n应用:应用:广泛应用于小功率燃机及部分中等功率燃机广泛应用于小功率燃机及部分中等功率燃机。圆筒型圆筒型2、分管型、分管型n一台燃气轮机中设置若一台燃气轮机中设置若干分开的小燃烧室,通干分开的小燃烧室,通常常8-128-12个,围绕燃机个,围绕燃机轴线均匀布置,各燃烧轴线均匀布置,各燃烧室之间由室之间由联焰管联焰管联接。联
9、接。n每个燃烧室有单独的外每个燃烧室有单独的外壳、火焰管、喷油嘴,壳、火焰管、喷油嘴,但仅有但仅有2 2个个点火器点火器,其,其它则靠联焰管点燃它则靠联焰管点燃。12345分管型分管型n优点:尺寸较小,易组织燃烧;易调试、易拆卸。尺寸较小,易组织燃烧;易调试、易拆卸。n缺点:构造复杂,较笨重;需冷却的火焰管表面较多;构造复杂,较笨重;需冷却的火焰管表面较多;启动点火较慢;周向温度不均匀度大;压力损失大。启动点火较慢;周向温度不均匀度大;压力损失大。n应用:大功率工业型燃气轮机;已较少应用。大功率工业型燃气轮机;已较少应用。549混合区混合区混合器混合器143、环形燃烧室、环形燃烧室n在燃烧室内
10、壳、外壳体所形成的环形空腔内,安装一在燃烧室内壳、外壳体所形成的环形空腔内,安装一个由内、外环构成的火焰管。在环形火焰管头部沿周个由内、外环构成的火焰管。在环形火焰管头部沿周向均匀布置若干喷嘴和旋流器(向均匀布置若干喷嘴和旋流器(12201220个)。个)。n优点:优点:n 空间利用率高,尺寸小、结构紧凑;空间利用率高,尺寸小、结构紧凑;n 需冷却保护的火焰管面积较少,比容积热强度高;需冷却保护的火焰管面积较少,比容积热强度高;n 可获最佳的流路配合,压力损失小;可获最佳的流路配合,压力损失小;n 启动点火性能好。启动点火性能好。环形燃烧室环形燃烧室n缺点:缺点:n 调试时耗气量大;调试时耗气
11、量大;n 油气匹配难、组织燃烧难;油气匹配难、组织燃烧难;n 出口温度场的稳定性差;出口温度场的稳定性差;n 高温下火焰管易变形;难拆卸。高温下火焰管易变形;难拆卸。n应用:应用:n 广泛应用于航空燃机中。广泛应用于航空燃机中。4、环管型、环管型n在燃烧室内、外壳体所形成的环形腔内,沿周向均在燃烧室内、外壳体所形成的环形腔内,沿周向均匀布置若干管形火焰管(匀布置若干管形火焰管(8-128-12个),以点火传焰用个),以点火传焰用的联焰管连接。的联焰管连接。n结构特点均介于分管型与环形两燃烧室之间。结构特点均介于分管型与环形两燃烧室之间。n优点:优点:尺寸较小;易组织燃烧;易调试。尺寸较小;易组
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