燃烧室的基本原理及结构

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燃气轮机燃烧室
燃烧室工作特点和要求
燃烧过程和气流的组织
燃烧室的结构和型式
燃烧室的变工况特性
气体燃料的燃烧技术
液体燃料的雾化和喷嘴
燃烧室的低NOx燃烧技术
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燃烧室工作特点和要求
燃烧室工作过程
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燃烧室工作特点和要求
燃烧室的工作特点
1、燃烧室是一个在连续的、高速气流中及 贫油混合气情况下进行的燃烧过程；
温度不均匀系数：
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对燃烧室的基本要求
尺寸小、质量轻
尽可能地提高燃烧热强度，以减小燃烧 室的尺寸和重量，以适应整台燃气轮机 结构紧凑性的要求。
燃烧热强度：指在单位时间内、在单位体积的燃 烧空间中（或在单位面积的燃烧截面上），能够 释放出来的热量。
燃烧热强度
体积热强度 面积热强度
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燃烧过程和气流的组织
燃烧室中气流流动过程的组织 燃烧区中燃料浓度场的组织 燃烧区中可燃混合物的形成与 燃烧
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燃烧室中气流流动过程的组织
燃烧区中气流流动过程的组织 混合区中二次掺冷空气与高温燃 气掺混过程的组织 火焰筒壁冷却过程的组织
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对燃烧室的基本要求
点火可靠,燃烧稳定
在各种工况，包括工况急剧变化的过程 （过渡过程）, 燃烧室应保证稳定燃烧， 即不熄火，无燃烧脉动。
空气过量系数α：燃烧时实际空气量 L与理论上需要的空气量L0的比值， 即α＝L／L0。
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对燃烧室的基本要求
燃烧完全
在燃气轮机的主要工况下，燃烧室应 具有足够高的完全燃烧程度和最小的 散热损失。
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燃烧室中燃烧火焰的概况
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燃烧室中燃烧火焰的概况
火焰筒内壁与火焰波峰之间的第一区段。在这 个区域内，充满了一次新鲜空气和燃料的混合 物，它不断地接受由火焰波峰传递过来的热量， 以及促使燃烧反应进行的活化分子的交换，从 而使可燃混合物逐渐进入着火状态。
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燃烧室中燃烧火焰的概况
一次空气 ≈ 25% 压气机送来的空气 冷却空气
二次空气
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燃烧区中气流流动过程的组织
3、“火焰稳定器” — 旋流器
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燃烧区中气流流动过程的组织
4、经火焰筒上孔、缝的气流流动
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燃烧区中气流流动过程的组织
4、经火焰筒上孔、缝的气流流动
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火焰波峰所占的空间范围，即所谓第二区段。 在这里，燃料与空气的混合物在火焰波峰范围 内发生化学反应作用而逐渐完成燃烧过程。这 时，燃料的浓度迅速下降，而燃料和空气混合 物的温度将逐渐升高到最高值。这个区段又称 为燃烧反应区。
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燃烧室中燃烧火焰的概况
火焰波峰与火焰筒轴线之间的第三区段， 在那里，充满了高温燃烧产物。由喷油 嘴喷射出来的燃料，基本上是在这个区 域内蒸发变成油气的。
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燃烧室中二次掺冷空气与高温燃气的掺混
燃烧产物温度太高，温度场也不均匀，必须由 二次空气掺冷。火焰筒内外压差一般为0.01～ 0.02MPa，二次空气约占空气总流量的70 ％～85％，二次空气经混合射流孔进人的速度 约为80－100m／s，一般在燃烧完成之后的 区域射入火焰筒，不宜过早或过于集中，以免
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对燃烧室的基本要求
排气污染小
排气无黑烟，含NOx等有害成分少
Байду номын сангаас02:18:49
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对燃烧室的基本要求
寿命长
燃烧室必须具有足够的刚度、强度和气密 性，能承受振动负荷。合理地组织燃烧， 燃烧室的高温元件冷却良好，避免火焰筒 等高温元件局部过热、严重变形、裂纹和 积炭等，有助于燃烧室部件可靠性和寿命 的提高。目前，重型燃气轮机的翻修寿命 要求在20000～30000h。
第四章 燃烧室的原理和结构
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燃烧室的原理和结构
燃烧室功用
燃烧室的功用就是把燃料中 的化学能经过燃烧释放出来，转 变为热能，使气体的总焓增大， 提高燃气在涡轮和尾喷管中膨胀 作功的能力。
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燃气轮机燃烧室
燃气轮机的性能和可靠性与燃烧室有着密切的 关系。例如，
燃烧室出口局部温度过高会引起透平叶片的过热和 烧毁； 燃烧的不稳定会导致熄火； 燃烧组织不好，会使燃烧过程的流动损失增加，燃 烧效率降低， 同时在火焰筒和透平叶片工作表面会产生积炭。火 焰筒壁面上积炭会使冷却变坏，造成过热变形甚至 开裂，透平叶片上积炭将使叶片的气动性能变坏， 降低了透平效率，并会影响转子的平衡，造成燃气 轮机的振动。
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燃烧区中气流流动过程的组织
5、燃烧区中的气流流动
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燃烧区中燃料浓度场的组织 燃料的燃烧方式
{ 预混燃烧
气体的燃烧方式
扩散燃烧
液体的燃烧方式： 雾化燃烧
雾化 蒸发 扩散混合 燃烧 掺冷
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燃烧区中燃料浓度场的组织
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燃烧室中燃烧火焰的概况
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2、燃烧室在高温、大负荷下工作； 3、燃烧室在变工况下工作； 4、燃烧室需要具备燃用多种燃料的能力； 5、燃烧室内的燃烧过程是一个极其复杂的
物理化学过程。
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对燃烧室的基本要求
点火可靠,燃烧稳定
要求启动时能迅速、可靠地点火燃烧， 并在整个启动、升温过程中不出现熄火、 超温和火焰过长等现象。未装点火器的 火焰筒，也能借助联焰管迅速、可靠地 联焰，保证启动百分之百的成功。点火 可靠，燃烧稳定，不发生大幅度脉动。
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燃烧区中气流流动过程的组织
措施： 1、采用扩压器 2、采取气流“分流”的办法 3、采用“火焰稳定器”
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燃烧区中气流流动过程的组织
1、扩压器及其气流流动
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燃烧区中气流流动过程的组织
2、气流“分流”的办法
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燃烧区中气流流动过程的组织
2、气流“分流”的办法
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对燃烧室的基本要求
压力损失小
工质流过燃烧室时，由于扩压、摩擦、 分流、掺混、倒流、热交换等，气体 的总压必然下降。流体阻力的大小与 燃烧室的结构和加热程度有关。
燃烧室的压力损失系数
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对燃烧室的基本要求
燃烧室出口温度场符合透平要求
温度沿叶片高度的分布，应能保证在最 小的叶片重量下，与应力沿叶片高度分 布相适应。