燃气轮机13-燃烧室.ppt

1、第五章：燃烧室，燃烧室的作用，将压缩机送来的高压空气与燃料井混合燃烧，产生高温高压气体，送至汽轮机工作。5-1燃烧室的工作原理图和要求主要由五部分组成：壳体1、火焰筒2、旋风分离器3、喷油器4和混合器5。工作原理简单，压缩空气和燃料分别输入燃烧室。高压空气通过导管引入燃烧室，并分成两股气流：一股气流通过旋风分离器3进入火焰筒，这是燃料燃烧所必需的助燃空气，称为一次空气；空气流进入火焰筒2和燃烧室外壳1之间的环形空间，主要是冷却空气，称为二次空气。燃料通过燃料喷射器4喷入火焰管，形成雾并与一次空气混合。外部点火后，它在大约相等的压力下燃烧，并在高温高压下产生燃烧产物。最关键的部分：在高温下长期工

2、作必须冷却。火焰筒和二次风主要用于冷却火焰筒外壁和燃烧室外壳，部分用于冷却火焰筒内壁；它的一部分通过混合器5进入混合区，与燃料气体混合进行冷却，从而将温度降低到给定的燃料气体温度；加力效应。85p%，150%，结构不太复杂。燃烧过程是复杂的：气体流动的三维湍流化学反应；传热、传质过程中的热传导、对流传热和辐射传热；化学反应碳氢燃料的燃烧机理。燃烧室的要求燃烧室的性能主要取决于它能否可靠、经济地提供合格的高温气体。燃烧要求进入燃烧室的大部分燃料能够在燃烧室中燃烧，而不会产生严重的积碳和烟雾。燃烧效率特性，燃烧效率衡量燃烧的完善程度齐燃烧室的各种热损失：(1)化学不完全燃烧(2)机械不完全燃烧(3

3、)热损失、黑烟、积碳、结焦等。空气过剩系数，4.0、一氧化碳、H2、甲烷等。2燃烧稳定性，要求燃烧室处于燃气轮机的所有工作状态。确保(1)火焰不会被高速气流吹出(火焰稳定器)；(2)不熄火。熄火极限是指一定范围的油气比(fmin fmax)，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，富油熄火，贫油熄火，3。整体尺寸应该小，结构应该紧凑，体积热强度越大越好。固定的： QV=30200瓦/(米牛顿)移动的： QV=100300瓦/(米牛顿)4。压力损失越小，燃烧室中的粘性摩擦、涡流阻力和热阻越小越好。燃烧室总压保持系数一般为B=0.920.98，压力

4、损失增加1%，整机效率降低2%。5.燃烧室出口的温度场应均匀，气体温度的大小和分布应均匀，以避免叶片因受热不均匀而变形甚至燃烧。整个燃烧室不同部位的温差不超过50；当有多个燃烧室时，平均温差不超过1520。6。更好的起动和点火性能。减少废气污染。长寿命：运输燃气轮机30001000小时，航空3001000小时，船舶40001000小时，固定式燃气轮机20000小时以上。这些要求往往相互矛盾，同时又难以满足。一般基本要求：燃烧完全，燃烧过程稳定，使用寿命长，外形尺寸小。5-2燃烧室的类型和基本结构，分类：圆管型、支管型、环形和环状管型，逆流和顺流基本结构：一次配风结构、火焰管壁冷却结构、气体混合

5、机构、燃料供给机构、点火机构等。根据整体结构，根据气流流向，1、圆柱形，带有圆柱形外壳和火焰筒；大部分采用逆流结构(紧凑)；能一种燃气轮机，具有几个分开的小燃烧室，通常为8-12个，它们围绕燃气轮机的轴线均匀布置，并且燃烧室通过火焰管连接。每个燃烧室都有单独的外壳、火焰筒和燃料喷射器，但只有两个点火器，其他的由火焰筒点燃。1，2，3，4，5，枝型，优点：体积小，易于组织燃烧；易于调试和拆卸。缺点：结构复杂、笨重；火焰筒有许多表面需要冷却。启动点火缓慢；周向温度不均匀性大；压力损失很大。用途：大功率工业燃气轮机。应用较少。5，4，9，混合区，混合器，14，3，环形燃烧室，在由燃烧室的内壳和外壳形

6、成的环形空腔中，安装有由内环和外环组成的火焰管。多个喷嘴和旋风器(1220)沿圆周方向均匀地布置在环形火焰筒的头部。优点：空间利用率高，体积小，结构紧凑；需要冷却保护的火焰筒面积小，比容热强度高。可以获得最佳的流路匹配，压力损失小；良好的起动点火性能。环形燃烧室，缺点：调试期间气体消耗量大；很难匹配油气和组织燃烧；出口温度场稳定性差；火焰筒在高温下容易变形；难以拆卸。用途：广泛用于航空燃气轮机。4。环形管式，在燃烧室和外壳形成的环形空腔内，沿圆周方向均匀布置有多个管状火焰管(8-12)，它们通过连接火焰管连接，用于点火和火焰传递。结构特点都在对开管燃烧室和环形燃烧室之间。优点：体积小；易于组织

7、燃烧；易于调试。缺点：气流复杂，扩散器设计困难；存在火焰传播问题，点火性能差。应用：航空燃气轮机(下游)；工业燃气轮机(逆流型)。火焰稳定器(旋风)，改善气流的流动结构，稳定高速气流中的火焰，并改善燃烧条件。主要功能：在火焰筒前部创建一个特殊的速度场，以增强燃料和空气的混合效果，为燃烧火焰的稳定提供条件。工作过程：详见教材P120-122(自学)。5-3燃烧室的工作过程。特点：首先，进入燃烧室的空气比理论空气量多得多。总计=3.712秒，气流速度高，燃油停留时间短。一般2640米/秒，航空70米/秒以上：(1)燃油雾化；(2)燃料和空气的混合；(3)点火、火焰稳定和燃烧；(4)高温气体和二次空

8、气的混合和冷却。第6章燃气轮机变工况及环境条件对燃气轮机性能的影响6-1单轴燃气轮机概述、燃气轮机变工况研究的基本要求及不同性能指标的轴系方案1。燃气轮机非设计工况，整个机组偏离设计状态的各种工况(1)稳定的非设计工况，如部分负荷或环境条件变化引起的非设计工况；(2)不稳定的过渡条件，如启动和加速。它非常复杂(三个负载)。其次，研究目的是分析燃气轮机机组各部分相互联系、相互制约的变化规律，从而掌握燃气轮机的变工况过程及其特点。(1)为选择设计新机组的方案提供依据，以及(2)为用户提供非设计工况下的性能曲线。第三章。基本要求和性能指标，基本要求是：能够保证机组在各种负荷下经济可靠地运行，同时具有

9、很强的适应外部负荷变化的能力。性能指标： 1经济机组的效率或燃油消耗率不会因功率下降而严重降低；机组的负荷特性曲线变平。各种负荷下的稳定性，压缩机不喘振，涡轮不过热，燃烧室不失速；该装置运行稳定可靠。3可加载单元电源可以满足ext的需要满载、部分负载、低速、起动等。4。负载特性，负载功率Ne和负载速度Ne之间的关系N=f(N)1。恒速负载特性负载功率ne的变化与负载速度N无关，即N=常数Ne=f (n)是一条垂直线、N、Ne，例如：恒频交流电机，2负载功率Ne与其转速N的三次幂成正比，即Ne=c n3 (c是比例系数)变速负载，例如：定距螺旋桨(船)叶轮机械(泵、风扇等)。)，Ne=c n3，

10、3，速度控制负载特性，负载功率Ne和转速n在一定范围内任意匹配以驱动变速负载。频率控制负载，n，Ne，示例：变桨距负载或机车燃气轮机、4、机械牵引负载特性，使用机械方式(如联轴器、齿轮等)。)驾驶各种车辆。启动时有最大扭矩，即n=0，Me=Memax当转速增加时，扭矩减小；当n=最大值时，Me=Memin。负载功率：NeMen Ne随着n. 5的增加而增加。燃气轮机的轴系方案，1单轴方案(C-T-1)压缩机、涡轮机和负载共享n、ne轴。适用于恒速负载。具体组合方式，2轴方案，2.1轴方案，压缩机与高压涡轮同轴(C-HT)和燃烧室共同构成一个气体发生器；低压涡轮与负载同轴。适用于变速负载。2.2

11、并联双轴方案，高压压缩机由高压涡轮驱动；低压压缩机由低压涡轮驱动。有两种类型的负载驱动：高速或低速，高速适用于恒速负载。低压轴驱动负载，适用于变速负载。3三轴方案，3.1低压涡轮驱动负荷由高压涡轮驱动的高压压缩机；低压压缩机由中压涡轮驱动。可用于变速负载。3.2中压涡轮驱动负荷，高压压缩机由高压涡轮驱动；低压压缩机由低压涡轮驱动。它适用于经常在部分负荷下工作的高效机组。MT-L、6-2单轴燃气轮机的非设计特性，1。燃气轮机的平衡运行条件当机组在不同负荷下稳定运行时，各部件的参数(流量、速度、压力比、功率)应满足相互配合的条件。分析和讨论燃气轮机变工况的基础是：各部件的特性和平衡工况；1.转速是平衡的，每个轴上转子的转速是相同的。单轴单元：nC=nT=n分裂轴单元：nC=nHT nLT=n 2，压力比平衡T*=C*，压缩机压力比，涡轮膨胀比，总压保持系数=CBT，平行双轴单元，3。功率平衡，机械连接的各部件的驱