由于天然氣價格高居不下,以天然氣為主要能源的燃氣輪機機組需要支付較高的發(fā)電成本,因此世界各國都希望采用不同類型燃料拓寬燃氣輪機燃料靈活性,以利用更多中低熱值煤氣和其他燃料,降低天然氣燃氣輪機機組的發(fā)電成本。因此如何改型設(shè)計相關(guān)燃氣輪機機組,使得其能夠燃燒多種燃料是人們關(guān)注的重點。航改型燃氣輪機由于其體積小、燃料適應(yīng)性強等特點受到越來越多的關(guān)注。本文對發(fā)展燃氣輪機燃料靈活性這一大背景下,針對航改型燃氣輪機燃料靈活性進行了研究,主要內(nèi)容和結(jié)論如下:本文首先進行了航改燃氣輪機燃燒室改進設(shè)計。以原型燃燒室指標(biāo)為基礎(chǔ),確定改型燃燒室設(shè)計要達到的指標(biāo),并進行燃氣輪機氣量分配,以某典型焦?fàn)t煤氣為燃料,計算了其物性參數(shù),并根據(jù)設(shè)計指標(biāo)明確了焦?fàn)t煤氣燃料流量,同時計算燃燒室總當(dāng)量比為0.3297。針對航改燃氣輪機和中低熱值燃料特點,初步確定采用擴散燃燒方式的燃燒器結(jié)構(gòu)。由于低工況下的燃料燃燒不穩(wěn)定性和寬爆炸極限,采用雙燃料雙油路結(jié)構(gòu)噴嘴,根據(jù)經(jīng)驗公式系數(shù)法對噴嘴液體路進行設(shè)計,確定噴口半徑、旋流槽大小等參數(shù),并進行霧化粒徑SMD校驗。計算得出副油路SMD在設(shè)計點2.5MPa時為40μm,與試驗對比較好,... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院工程熱物理研究所)北京市

【文章頁數(shù)】：102 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

GE燃氣輪機使用燃料能力[3]

第1章緒論3先概述常用的燃氣輪機燃料來源，再介紹國內(nèi)外各大燃氣輪機廠商的燃料靈活性工程應(yīng)用實例進行總結(jié)，最后對國內(nèi)外研究機構(gòu)對中低熱值燃料燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)研究進行綜述。1.2.1航改燃氣輪機的燃料及其來源早期的重型燃氣輪機是在燃煤的蒸汽輪機基礎(chǔ)上發(fā)展的，輕型燃氣輪機是燃用煤油的航空燃氣輪機改型。面對地球上各種氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)燃料的開發(fā)和利用，為了合理利用、節(jié)約能源，重型和輕型燃氣輪機都必須擴大燃料使用范圍，這些燃料主要是源自于地底的化石燃料，如氣體和原油。圖1.2中展示了陸地地底的化石燃料，同時海洋底下也同樣存在化石燃料，可通過海洋鉆井平臺開發(fā)。我們每天使用的許多燃料都是從其中一種來源生產(chǎn)的。還有一些燃料則是工業(yè)過程的直接或間接產(chǎn)物。本節(jié)對其中一些發(fā)電用的替代燃料進行概述。圖1.2傳統(tǒng)化石能源來源Figure1.2Sourcesoffossilfuels（1）天然氣天然氣雖然不屬于替代燃料，但了解天然氣的特性非常重要，因為它是許多其他燃料的組分部分。天然氣的開采過程通常分為兩類：伴生和非伴生。伴生氣主要來自生產(chǎn)原油的油井，在這種情況下，天然氣被稱為伴生氣，因為它與原油一起被泵送。在非伴生井中，天然氣是從專用井抽出來的，不生產(chǎn)任何原油。天然氣可以來自被蓋層覆蓋（或密封）的氣穴中的常規(guī)氣井，也可以來自富含天然氣的頁巖地層。根據(jù)大多數(shù)國家的定義，標(biāo)記為天然氣的氣體可以在燃氣輪機中直接使用，幾乎沒有困難。美國環(huán)保署（USEPA）定義天然氣為“至少含有70%（體積含量）的甲烷”。歐盟標(biāo)準(zhǔn)將天然氣定義為不超過20%（體積含量）的惰性氣體，或者換句話說，至少有80%（體積含量）的甲烷。

第1章緒論7續(xù)表1.1多種燃料在國內(nèi)外燃氣輪機機組的應(yīng)用[10-20]Table1.1ApplicationofVariousFuelsinDomesticandForeignGasTurbineUnits[10-20]沈陽發(fā)動機設(shè)計研究所QD128航改型燃機焦?fàn)t煤氣/柴油雙燃料噴嘴；擴散燃燒室根據(jù)需求，可燃燒天然氣、柴油或柴油/焦?fàn)t煤氣雙燃料；最低熱值11.7MJ/m3R0110重型燃機合成氣/柴油雙燃料噴嘴；氮氣稀釋；CO含量占60%、H2含量占35%的合成氣；從表中可以看出，國外各大燃氣輪機公司均對燃料靈活性做了大量的應(yīng)用研究，并取得了不少的成果，GE公司對這類中低燃料的使用有著更豐富的經(jīng)驗，例如LM2500和LM6000系列航改燃機自1969年投入使用至今已有50年，并積累了大量的商用運行時間[21]。下面對GE公司的燃料靈活性應(yīng)用做進一步的介紹。GE公司[22]對MS6001機組燃燒室內(nèi)的的噴嘴進行了改型設(shè)計，使其可以燃燒低熱值煤氣，改造后的噴嘴采用了雙燃料雙渦流器結(jié)構(gòu)，如圖1.3所示。中心使用柴油空氣霧化噴嘴，空氣渦流器與燃料旋流器旋向相反，這樣可以通過增強燃料和空氣射流的旋流強度，使燃料和空氣能夠快速混合，并在燃燒室頭部形成中心回流區(qū)來穩(wěn)定火焰。圖1.3MS6001機組低熱值噴嘴[22]Figure1.3LowCalorificValueNozzleofMS6001Unit[22]Battista和Bahr等人[23]通過實驗方法，分別研究了GE公司LM500和MS5001機組，改燒各類中低熱值氣體燃料的可行性。實驗證明燃料熱值為16.74MJ/Nm3時，燃燒室的性能都能夠達到甚至超過原本的設(shè)計值。當(dāng)燃料的熱值在±20%范圍內(nèi)波動時，燃燒室仍能保持在足夠高的性能狀態(tài)。Sabla等人[25]以實驗方式，測試了LM2500機組使用由一氧化碳、氫氣和氮氣組成的燃料氣體的燃燒性能，這些氣體類似于煤氣化爐或生物質(zhì)氣化爐，典型

【參考文獻】：
期刊論文
[1]我國航改型燃氣輪機發(fā)展現(xiàn)狀及建議[J]. 劉培軍,李輝全,張鳳梅,谷思宇,李順勇.  燃氣輪機技術(shù). 2019(02)
[2]合成氣注氮燃燒室的數(shù)值模擬與實驗研究[J]. 吳鑫楠,于宗明,馮永志,王岳,孔文俊.  推進技術(shù). 2016(07)
[3]雙燃料燃氣輪機噴嘴結(jié)構(gòu)及性能研究[J]. 李雅軍,師蓓蓓,張晨曦,李名家.  艦船科學(xué)技術(shù). 2015(05)
[4]重型燃氣輪機現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 蔣洪德,任靜,李雪英,譚勤學(xué).  中國電機工程學(xué)報. 2014(29)
[5]M701SDA高爐煤氣燃氣輪機低熱值試驗研究[J]. 穆克進,雍一正.  燃氣輪機技術(shù). 2014(01)
[6]M701SDA燃氣輪機BPT偏差大跳機事件分析[J]. 穆克進,雍一正.  燃氣輪機技術(shù). 2013(04)
[7]R0110合成氣燃燒室方案設(shè)計和數(shù)值模擬[J]. 金戈,齊兵.  燃氣輪機技術(shù). 2013(03)
[8]N2稀釋對雙旋流合成氣非預(yù)混燃燒特性的影響[J]. 葛冰,臧述升,郭培卿,田寅申.  工程熱物理學(xué)報. 2012(09)
[9]當(dāng)量比變化對合成氣雙旋流噴嘴燃燒火焰特征的影響[J]. 謝岳生,胡國菊,郭培卿,葛冰,臧述升.  動力工程學(xué)報. 2012(06)
[10]現(xiàn)代艦船燃氣輪機發(fā)展趨勢分析[J]. 聞雪友,肖東明.  艦船科學(xué)技術(shù). 2010(08)

博士論文
[1]氣路蒸汽回注雙燃料噴嘴設(shè)計及其性能研究[D]. 潘剛.哈爾濱工程大學(xué) 2015
[2]雙旋流合成氣非預(yù)混燃燒特性的實驗研究與數(shù)值模擬[D]. 郭培卿.上海交通大學(xué) 2011
[3]多旋流合成氣燃燒室燃燒特性的實驗研究[D]. 宋權(quán)斌.中國科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所） 2009

碩士論文
[1]雙燃料噴嘴設(shè)計與燃燒流場數(shù)值模擬[D]. 楊洪磊.哈爾濱工程大學(xué) 2010
[2]雙燃料燃燒室燃燒流場數(shù)值模擬[D]. 賀紅娟.哈爾濱工程大學(xué) 2009



本文編號：3244630