模型燃烧室水蒸汽伴随稀释燃烧降低污染物排放实验研究.pdfVIP

ee闺丁程热物理学会 燃烧学 2006年学术会议 编号：064006 模型燃烧室水蒸汽伴随稀释燃烧 降低污染物排放的实验研究 刘泉1’2 徐纲1 房爱兵1’2 (1．中国科学院工程热物理研究所2．中国科学院研究生院北京100080) Tel：(010 摘要：水蒸汽稀释是燃气轮机燃烧室降低出口污染物NO。排放的关键技术．本文通过模型燃烧室水蒸 汽伴随稀释燃烧实验，研究丫稀释度对燃烧特性的影响．实验中发现，火焰的形态和尺寸、燃烧室内 温度分布、出口污染物生成(即NO。、CO)及燃烧效率都受到稀释度的影响。研究结果表明，水蒸汽 伴随稀释使得燃烧室温度场，浓度场发生变化，出口污染物NO。排放下降，CO和UHC上升．作者从 水蒸汽影响燃烧的机理出发对实验现象进行了分析和解释． 关键词：合成气燃烧NO，排放伴随稀释 1引言 现今，整体煤气化联合(IGCC)循环是一种可以提高能源利用效率的新型发电循 环Il】。由于其燃料——合成气的主要成分是CO和H2，其中H2含量人而且容易随工况 的变化而变化，所以不容易用干式低NO。燃烧技术。为了降低NO。排放，可以采用稀 释燃烧方案。 、 稀释燃烧可能降低燃烧温度，减少Nox的生成，也可能促使CO的排放增加，并且 对火焰的形状、燃烧稳定性带来负面影响。目前国内外对稀释燃烧进行了一些研究。 行了研究，他发现在相同的火焰温度下，若加入的水蒸汽量合适可以使NO。的排放降低 90％，他认为稀释燃烧改变了化学反应机理，是影响NO。排放的主要因素，而火焰温度 降NO。的实验，其中选择了将蒸汽注入气体燃料中和空气中两种形式，实验结果显示达 到相同的NO。排放指标，燃料稀释要比空气稀释需要的蒸汽量少，但CO排放却要比空 气稀释’1：况下大很多。目前稀释燃烧燃料气多为传统燃料气，对为合成气的研究较少。 中国科学院工程热物理研究所在怀柔实验基地进行了在全尺寸燃烧室实验台上进行了 合成气注水燃烧实验和数值模拟，对于稀释后带来的诸多影响给出了一定的解释【6】。 在燃气轮机合成气燃烧中，燃料稀释和伴随稀释是合成气低污染燃烧的两种常用技 术，而水蒸汽是较为常用的稀释剂之一。燃料稀释是指燃料气和水蒸汽预混后经燃料喷 口进入燃烧室，采j{；j了降低了燃料热值的方法来降低NO。排放，效果很好，但也有～些 缺点：首先水蒸汽要提到高压才能注入到燃料中，高压蒸汽是高品位的作功介质，注入 基金项目：固家自然科学基金资助项目(No 674 燃料气将带来整个系统效率下降；其次水蒸汽注入燃料后，燃料气路相应的速比阀、控 制阀、截止阀等均需放大，成本较高；再次燃料喷口流速的增加对流场的影响比较大， 在稀释剂量达到燃料韦伯数10％数变动时，需要对燃烧室结构做一些改变。伴随稀释燃 烧是在喷嘴喷入燃料气和空气的同时喷入伴随稀释物，它具有控制简单，对燃烧室结构 改动少、所需蒸汽压力等级较低等优点，可以在机组运行当中随时加入稀释物，同一燃 烧室结构可以适应不同稀释量，而且伴随稀释降低污染物的效果与燃料稀释相近。目前 对伴随稀释降低污染物排放的机理还不十分清楚。。 本文研究模型燃烧室水蒸汽伴随稀释燃料燃烧实验，涉及火焰总体特征、燃烧室温 度场、污染物生成、燃烧效率等内容，它们能够反映稀释燃烧对不同燃烧工况的影响， 能够反映伴随稀释对燃烧室性能的影响。根据稀释燃烧实验现象对污染物产生的机理做 初步的探讨。 2实验简介 2．1模型燃烧室实验台 ． 图l所示为燃烧实验台系统。压气机供给的压缩空气在电加热器中被加热，温度可 以在100-。350℃之间调节。蒸汽发生器产生的水蒸汽，经电加热器过热后注入到燃烧室 或者与燃料气混合。一氧化碳、氢气和氮气经汇流排配制成合成气。实验台系统实验能 口空气温度270℃。 图l燃烧实验台系统示意图 图2为燃烧室及喷嘴结构简图。燃烧室的几何结构为筒形，分为内外两层，中间