10-燃气轮机-第十讲-燃烧室原理及结构课件

第五章压气机工作原理和结构1、燃烧室简单工作原理2、燃烧室类型与基本结构第五章压气机工作原理和结构1、燃烧室简单工作原理燃烧室的作用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，并送入透平涡轮中作功。燃烧室的作用把压气机送来的高压空气同燃料很好地混合和燃烧，产一、燃烧室的工作简图及其要求主要由五部分组成：外壳1、火焰管2、旋流器3、喷油嘴4、混合器5。一、燃烧室的工作简图及其要求主要由五部分组成：简单工作原理压缩空气和燃料分别输入燃烧室。高压空气经导管引入燃烧室分成两股：一股空气经旋流器3进入火焰管，这是燃料燃烧所必需的助燃空气，称为一次空气；一股空气则进入火焰管2与燃烧室外壳1间的环形空间，这部分主要是冷却用的空气，称为二次空气。燃油经喷油嘴4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，生成高温高压的燃烧产物。最关键部分：长期高温下工作，必须进行冷却火焰管简单工作原理压缩空气和燃料分别输入燃烧室。长期高温下工作，必二次空气的作用大部分用来冷却火焰管外壁和燃烧室外壳，一部分冷却火焰管内壁；一部分经混合器5进入混合区与燃气混合掺冷，把温度降低到给定的燃气温度；补燃作用。85%~70%15%~30%二次空气的作用大部分用来冷却火焰管外壁和燃烧室外壳，一部分冷结构不太复杂。燃烧过程复杂：

气体流动—三元紊流+化学反应；

传热、传质过程—导热、对流换热、辐射换热；

化学反应—碳氢燃料的燃烧机理。结构不太复杂。对燃烧室的要求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．燃烧要完全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。对燃烧室的要求判断燃烧室性能的好坏，主要是看它能否可靠地、经燃烧效率特性燃烧效率-衡量燃烧的完善程度Qi—燃烧室的各项热损失：（1）化学不完全燃烧（2）机械不完全燃烧（3）散热损失冒黑烟、积炭、结焦等B过量空气系数4.0CO、H2、CH4等燃烧效率特性燃烧效率-衡量燃烧的完善程度冒黑烟、积炭、结焦等2．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（1）火焰不被高速气流吹灭(火焰稳定器)；（2）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=2.73~22.5富油熄火贫油熄火2．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3.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:

QV=30~200W/(m.N)

移动式:

QV=100~300W/(m.N)4.压力损失要小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。一般燃烧室总压保持系数：B=0.92~0.98压力损失增加1%，整机效率下降2%。3.整体尺寸要小、结构要紧凑要求容积热强度越大越好。压力损5．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。整个燃烧室不同部位温度相差不大于50C；存在多个燃烧室时,平均温差不超过15~20C。6.起动、点火性能要好7.排气污染少8.寿命长运输式燃机：3000~10000小时航空：300~1000小时船用：4000~10000小时固定式燃机：大于20000小时5．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，上述各项要求往往又存在矛盾，很难同时满足。一般基本要求：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。上述各项要求往往又存在矛盾，很难同时满足。二、燃烧室类型与基本结构分类：圆管型、分管型、环形和环管型逆流式和顺流式基本结构：

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。按总体结构：按气流流动：二、燃烧室类型与基本结构分类：按总体结构：按气流流动：1、圆筒型具有圆筒形的外壳和火焰管；多采用逆流式结构（紧凑）；可按1-2个；可直立或横卧于燃机上方，或直立于燃机侧面。优点：结构简单、便于维修、使用寿命缺点：空间利用率差、容积热强度较低；调试时所需风源较大。应用：广泛应用于小功率燃机及部分中等功率燃机。1、圆筒型具有圆筒形的外壳和火焰管；圆筒型圆筒型2、分管型一台燃气轮机中设置若干分开的小燃烧室，通常8-12个，围绕燃机轴线均匀布置，各燃烧室之间由联焰管联接。每个燃烧室有单独的外壳、火焰管、喷油嘴，但仅有2个点火器，其它则靠联焰管点燃。123452、分管型一台燃气轮机中设置若干分开的小燃烧室，通常8-12分管型

优点：尺寸较小，易组织燃烧；易调试、易拆卸。缺点：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。应用：大功率工业型燃气轮机；已较少应用。549混合区混合器14分管型

优点：尺寸较小，易组织燃烧；易调试、易拆卸。59混3、环形燃烧室在燃烧室内壳、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向均匀布置若干喷嘴和旋流器（12~20个）。优点：

空间利用率高，尺寸小、结构紧凑；需冷却保护的火焰管面积较少，比容积热强度高；可获最佳的流路配合，压力损失小；启动点火性能好。3、环形燃烧室在燃烧室内壳、外壳体所形成的环形空腔内，安装一环形燃烧室缺点：调试时耗气量大；油气匹配难、组织燃烧难；出口温度场的稳定性差；高温下火焰管易变形；难拆卸。应用：

广泛应用于航空燃机中。环形燃烧室缺点：4、环管型在燃烧室内、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（8-12个），以点火传焰用的联焰管连接。结构特点均介于分管型与环形两燃烧室之间。优点：尺寸较小；易组织燃烧；易调试。缺点：气体流动比较复杂，扩压器设计困难；存在传焰问题，启动点火性能较差。应用：航空型燃机(顺流式)；工业型燃机(逆流式)。4、环管型在燃烧室内、外壳体所形成的环形腔内，沿周向均匀布置火焰稳定器

（旋流器）改善气流的流动结构，稳定高速气流中的火焰，使燃烧工况得到改善的装置。主要作用：在火焰管的前部造成一个特殊形态的速度场，以便强化燃料和空气的混合作用，并为燃烧火焰的稳定提供条件。工作过程：具体见教材P120-122（自学）。高速气流中的低速区火焰稳定器

（旋流器）改善气流的流动结构，稳定高速气流中的火三、燃烧室的工作过程特点：一、进入燃烧室的空气量比理论空气量多得多。

总=3.7~12二、气流速度高，燃料停留时间很短。

一般26~40m/s，航空70m/s以上主要过程：（1）燃料的雾化；（2）燃料与空气的混合；（3）着火、稳焰与燃烧；（4）高温燃气与二次空气的混合掺冷。三、燃烧室的工作过程特点：第五章压气机工作原理和结构1、燃烧室简单工作原理2、燃烧室类型与基本结构第五章压气机工作原理和结构1、燃烧室简单工作原理燃烧室的作用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，并送入透平涡轮中作功。燃烧室的作用把压气机送来的高压空气同燃料很好地混合和燃烧，产一、燃烧室的工作简图及其要求主要由五部分组成：外壳1、火焰管2、旋流器3、喷油嘴4、混合器5。一、燃烧室的工作简图及其要求主要由五部分组成：简单工作原理压缩空气和燃料分别输入燃烧室。高压空气经导管引入燃烧室分成两股：一股空气经旋流器3进入火焰管，这是燃料燃烧所必需的助燃空气，称为一次空气；一股空气则进入火焰管2与燃烧室外壳1间的环形空间，这部分主要是冷却用的空气，称为二次空气。燃油经喷油嘴4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，生成高温高压的燃烧产物。最关键部分：长期高温下工作，必须进行冷却火焰管简单工作原理压缩空气和燃料分别输入燃烧室。长期高温下工作，必二次空气的作用大部分用来冷却火焰管外壁和燃烧室外壳，一部分冷却火焰管内壁；一部分经混合器5进入混合区与燃气混合掺冷，把温度降低到给定的燃气温度；补燃作用。85%~70%15%~30%二次空气的作用大部分用来冷却火焰管外壁和燃烧室外壳，一部分冷结构不太复杂。燃烧过程复杂：

气体流动—三元紊流+化学反应；

传热、传质过程—导热、对流换热、辐射换热；

化学反应—碳氢燃料的燃烧机理。结构不太复杂。对燃烧室的要求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．燃烧要完全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。对燃烧室的要求判断燃烧室性能的好坏，主要是看它能否可靠地、经燃烧效率特性燃烧效率-衡量燃烧的完善程度Qi—燃烧室的各项热损失：（1）化学不完全燃烧（2）机械不完全燃烧（3）散热损失冒黑烟、积炭、结焦等B过量空气系数4.0CO、H2、CH4等燃烧效率特性燃烧效率-衡量燃烧的完善程度冒黑烟、积炭、结焦等2．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（1）火焰不被高速气流吹灭(火焰稳定器)；（2）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=2.73~22.5富油熄火贫油熄火2．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3.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:

QV=30~200W/(m.N)

移动式:

QV=100~300W/(m.N)4.压力损失要小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。一般燃烧室总压保持系数：B=0.92~0.98压力损失增加1%，整机效率下降2%。3.整体尺寸要小、结构要紧凑要求容积热强度越大越好。压力损5．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。整个燃烧室不同部位温度相差不大于50C；存在多个燃烧室时,平均温差不超过15~20C。6.起动、点火性能要好7.排气污染少8.寿命长运输式燃机：3000~10000小时航空：300~1000小时船用：4000~10000小时固定式燃机：大于20000小时5．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，上述各项要求往往又存在矛盾，很难同时满足。一般基本要求：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。上述各项要求往往又存在矛盾，很难同时满足。二、燃烧室类型与基本结构分类：圆管型、分管型、环形和环管型逆流式和顺流式基本结构：

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。按总体结构：按气流流动：二、燃烧室类型与基本结构分类：按总体结构：按气流流动：1、圆筒型具有圆筒形的外壳和火焰管；多采用逆流式结构（紧凑）；可按1-2个；可直立或横卧于燃机上方，或直立于燃机侧面。优点：结构简单、便于维修、使用寿命缺点：空间利用率差、容积热强度较低；调试时所需风源较大。应用：广泛应用于小功率燃机及部分中等功率燃机。1、圆筒型具有圆筒形的外壳和火焰管；圆筒型圆筒型2、分管型一台燃气轮机中设置若干分开的小燃烧室，通常8-12个，围绕燃机轴线均匀布置，各燃烧室之间由联焰管联接。每个燃烧室有单独的外壳、火焰管、喷油嘴，但仅有2个点火器，其它则靠联焰管点燃。123452、分管型一台燃气轮机中设置若干分开的小燃烧室，通常8-12分管型

优点：尺寸较小，易组织燃烧；易调试、易拆卸。缺点：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。应用：大功率工业型燃气轮机；已较少应用。549混合区混合器14分管型

优点：尺寸较小，易组织燃烧；易调试、易拆卸。59混3、环形燃烧室在燃烧室内壳、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向均匀布置若干喷嘴和旋流器（12~20个）。优点：

空间利用率高，尺寸小、结构紧凑；需冷却保护的火焰管面积较少，比容积热强度高；可获最佳的流路配合，压力损失小；启动点火性能好。3、环形燃烧室在燃烧室内壳、外壳体所形成的环形空腔内，安装一环形燃烧室缺点：调试时耗气量大；