气体燃料燃气轮机低排放燃烧室技术发展现状及水平

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇａｓｆｕｅｌ；ｇａｓｔｕｒｂｉｎｅ；ｃｏｍｂｕｓｔｏｒ；ｌｏｗ ｅｍｉｓｓｉｏｎ；ｌａｎｄｇａｓｔｕｒｂｉｎｅ
燃气轮机是能源动力装备领域的最高端产 品，燃气轮机产业是国家能源战略性产业。燃气 轮机产业的发展对我国先进制造业和先进能源技
术的研究至关重要，同时推动着我国国民经济的 发展。
ห้องสมุดไป่ตู้
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沈 阳 航 空 航 天 大 学 学 报
第 ３５卷
和能源的核心装备，直接关系到国防安全、经济发 展和 科 技 发 展，具 有 极 高 的 政 治、军 事 和 经 济 价 值。当前，在国际上能够独立研发和制造燃气轮 机的国家只有美、德、日、英、法、俄。这些国家在 该领域投入了大量的人力、物力并进行了长期的 研发，掌握着研发、制造燃气轮机的核心技术。我 国对燃气轮机的研究始于上世纪五六十年代，自 行研制了几个机型，但由于功率小、可靠性低、性 能未能达到国际标准，因此仅在国内部分领域得 到应用。目前我国尚未形成严格意义上的燃气轮 机产业，燃气轮机整体水平落后国外 ２０～３０年， 远未具备先进燃气轮机自主开发和制造的能 力［１］。因此，为 发 展 我 国 燃 气 轮 机 产 业，需 要 对 世界先进燃气轮机研制的技术和经验进行研究和 借鉴。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｘｐｅｃｔｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｌｏｗ ｅｍｉｓｓｉｏｎｃｏｍｂｕｓｔｏｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｌａｎｄｇａｓ ｔｕｒｂｉｎｅｆｒｏｍ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｏｆｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅｌｏｗｅｍｉｓｓｉｏｎｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｔｈｅｔｕｒｂｉｎｅ ｕｓｉｎｇｇａｓｆｕｅｌｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｔｙｐｅｓ，ｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｍａｉｎｇａｓｆｕｅｌｕｓｅｄ ｉｎｉｎｄｕｓｔｒｙｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｏｆｔｈｅｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｉｎ ｔｈｅｔｕｒｂｉｎｅｃｏｍｂｕｓｔｏｒｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｂｒｉｅｆｌｙ．Ｆｉｎａｌｌｙ，３ｋｉｎｄｓｏｆａｄｖａｎｃｅｄｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｐｐｌｉｅｄｉｎ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｃｈａｍｂｅｒ，ｓｕｃｈａｓｗｅｔｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｄｒｙｌｏｗ ｅｍｉｓｓｉｏｎｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｃａｔａｌｙｔｉｃｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆ ｔｈｅｓｅ３ｋｉｎｄｓｏｆｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗｅｒｅｆｕｒｔｈｅｒｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ，ｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｐｒｏｖｉｄｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｒｅｆｅｒ ｅｎｃｅｓｆｏｒｄｅｓｉｇｎｉｎｇａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｌｏｗ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎｃｏｍｂｕｓｔｏｒｏｆｄｏｍｅｓｔｉｃｇａｓｔｕｒｂｉｎｅ．
燃气轮机按使用对象分为航空、舰船和工业 用燃气轮机，按功重比分为重型、轻型、微型和超 微型。航空和舰船用燃气轮机都为轻型燃气轮 机，工业用燃气轮机覆盖了重型燃气轮机、轻型燃 气轮机和微型燃气轮机。重型燃气轮机市场已被 美、德、日、法等国家高度垄断，主要研发生产单位 包括美国 通 用 公 司 （ＧＥ）、德 国 西 门 子 公 司 （Ｓｉｅ ｍｅｎｓ）、日本三菱公司（ＭＨＩ）和法国 ＡＢＢ公司。 轻型燃气轮机包括舰船用燃气轮机和地面用燃气 轮机。地面用轻型燃气轮机的一个主要来源为航 空发动机改型燃气轮机，如世界上航空发动机最 先进的通用公司、普惠公司、罗罗公司和俄罗斯的 彼尔姆公司等无一例外地将先进成熟的航空发动 机改型发展为轻型燃气轮机，并占据了世界轻型 燃气轮机的 大 部 分 市 场［２］。以 美 国 为 首 的 发 达 国家上世纪九十年代中期率先推出了一系列先进 微型燃气轮机，目前，在国际上有一定市场占有率 的主要 有 以 下 微 燃 机 生 产 商：美 国 Ｃａｐｓｔｏｎｅ公 司、美国 ＩｎｇｅｒｓｏｌｌＲａｎｄ公司、英国 ＢｏｗｍａｎＰｏｗｅｒ 公司、意大利 Ｔｕｒｂｅｅ公司、英国 ＴｕｒｂｏＧｅｎｓｅｔ公司 和日本 Ｅｌｌｉｏｔｔ公司等［３］。
燃气轮机有着极其广泛的应用，是航空、舰船
收稿日期：２０１８－０６－２０ 基金项目：国家自然科学基金（项目编号：５１４７６１０６），航空科学基金（项目编号：２０１７０３５４００１） 作者简介：刘爱虢（１９７９－），男，辽宁义县人，副教授，博士，主要研究方向：先进低排放燃烧技术，Ｅｍａｉｌ：ａｇｌｉｕ＠ｓａｕｅｄｕｃｎ。
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｔａｔｕｓａｎｄｌｅｖｅｌｏｆｌｏｗ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃｏｍｂｕｓｔｏｒｆｏｒｇａｓｔｕｒｂｉｎｅｕｓｉｎｇｇａｓｆｕｅｌ
ＬＩＵ Ａｉｇｕｏ
（ＦａｃｕｌｔｙｏｆＡｅｒｏＥｎｇｉｎｅ，ＳｈｅｎｙａｎｇＡｅｒｏｓｐａｃｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０１３６，Ｃｈｉｎａ）
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檪檪檪檪殏 名家综述
文章编号：２０９５－１２４８（２０１８）０４－０００１－２８
气体燃料燃气轮机低排放燃烧室技术 发展现状及水平
刘爱虢
（沈阳航空航天大学 航空发动机学院，沈阳 １１０１３６）
摘要：为了从科学和技术的角度展望地面用燃气轮机低排放燃烧室技术的发展方向，对使用气体 燃料的地面用燃气轮机的低排放燃烧技术进行了介绍。首先介绍了工业用主要气体燃料的种类、 来源及特点，其次简要论述了燃气轮机燃烧室中污染物的产生机理及抑制方法，最后，介绍了湿化 燃烧技术、干式低排放燃烧技术和催化燃烧技术等 ３类用于地面燃气轮机燃烧室的先进低排放燃 烧技术，并详细论述了这 ３类燃烧技术的作用原理及应用进展，可为国内燃气轮机低污染燃烧室 的设计与研制提供技术参考。 关键词：气体燃料；燃气轮机；燃烧室；低排放；地面用燃气轮机 中图分类号：Ｖ２３１２ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５－１２４８．２０１８．０４．００１