中低热值合成气燃气轮机燃烧室数值模拟

• 作 者: 熊燕
• 机 构: 中国科学院工程热物理研究所
• 出 处: 中国科学院工程热物理研究所
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 燃气轮机

整体煤气化联合循环(IGCC)是我国未来清洁高效利用煤炭资源的重要发展方向，燃气轮机是IGCC系统中的关键设备之一。为此，必须要研制能够燃烧合成气的燃气轮机，燃烧室的研发是研制合成气燃气轮机的关键。本报告采用数值模拟的方式来研究合成气燃气轮机燃烧室，主要做了以下几个方面的工作：　　
通过和圆筒型模型燃烧室试验结果比较，认为在选择合适的模型和良好网格划分的基础上，采用商用软件FLUENT能够有效的模拟燃烧室冷态情况下的流动，热态情况下能够定性的预测燃烧室内部的流场、温度场以及燃烧产物的分布，在趋势上是可信的。和真实燃烧室中压试验结果对比，数值模拟能够较好的预测壁面过热点位置，较好的预测过渡段出口温度分布，进一步确认了数值模拟手段的可信度。对于工程设计、研究，该种数值模拟手段有参考价值。　　
通过数值模拟的方式，研究了不同冷却头部方案、喷嘴不同缩进方案、喷嘴旋流配合方案、火焰筒不同开孔方案。通过分析数值模拟结果，起到了优选的效果，有助于缩短研制周期、节省试验经费。通过分析比较，获得以下结论：①认为冲击冷却头部方案相对气膜冷却头部方案更有优势；②喷嘴向内缩进虽有利于加强空气/燃料的掺混，但不利于喷嘴锥罩壁面冷却，且向内缩进不利于扩大、增强回流区；③同向/反向旋流配合，区别体现在锥罩附近的区域，反向旋流配合更有利于掺混，由于燃料气占主导地位，同向/反向旋流配合对回流区的影响不大，综合来看反向旋流更有利于燃烧稳定；④通过在原型燃烧室火焰筒上增加一排主燃孔，加强了主燃孔和回流区的配合，调整了火焰筒空气沿程分布，有利于缩短火焰长度，利于出口温度分布均匀。　　
针对拟进行试验的方案，提出若干局部优化、改进措施。数值模拟结果表明在火焰筒增加气膜冷却孔和修改锥罩形状，能最为有效地解决火焰筒壁面过热问题。