燃烧振荡驱动机理.pdfVIP

第 19 卷 　第 3 期 《燃 　气 　轮 　机 　技 　术》 Vol19 　No. 3 2006 年 9 月 GAS TURBINE TECHNOLOGY Sept. ,2006 燃烧振荡的驱动机理 季俊杰 ,罗永浩 ,胡 元 (上海交通大学热能工程研究所 ,上海 　200240) 摘 　要 :针对热力系统中声耦合燃烧振荡问题 ,分析了强迫共振和热声自激两类声耦合燃烧振荡的机理 ,重点 综述了热声自激振荡的若干驱动机制 ,并给出了防止声耦合燃烧振荡的措施。 关 　键 　词 :热力系统 ;强迫共振 ;热声振荡 ;声耦合 ;燃烧振荡 + ( ) 中图分类号:TK16 ,O6432 1 　　　文献标识码 :A 　　　文章编号 :1009 - 2889 2006 03 - 0032 - 05 　　燃烧振荡是指与常规的稳态燃烧不同的周期性 学简化如图 1 所示。活塞做功后的蒸汽废汽由废汽 振荡的燃烧过程 ,其压力和燃烧放热等参数都是周 喷嘴喷入排气室 ,再经烟囱排入大气。同时 ,燃烧室 期变化的 ,具有固定的频率。近代 ,人们利用有控燃 的烟气经过换热器 ,也通过排气室和烟囱排入大气。 烧振荡效率高、污染小的优点 ,发明了脉动燃烧器 , 该火车机车在时速超过 14km/ h 时就出现强烈的燃 ( 达到节能环保的目的。 烧振荡。研究发现 ,燃烧室实测的压力波动谱 图 但另一方面 ,在设计为稳态工作的热力系统 ,如 2) 的基本波动频率为205Hz ,而机车时速在 14km/ h 燃气轮机[1 ] 、电站锅炉[2 ] 、家用锅炉[3 ] 中却经常出现 时 ,活塞的运行频率约为 20Hz , 恰好与压力波动频 无控的燃烧振荡。它不仅伴随着强烈的噪声 ,还造 率吻合。根据声学简化模型进行的谐响应分析可 成燃烧不稳定、结构部件疲劳损坏 ,甚至回火、熄火 知 ,燃烧室和烟道系统的声学固有频率正是 21Hz 从而引发灾难性事故 ,它是设计为稳态工作的燃烧 ( 图3) ,与活塞激励频率吻合。由此可见 ,燃烧室的 设备中的一种燃烧故障。 压力振荡是由活塞运动激励引起的。活塞的周期运 本文结合具体实例分析了热力系统中具有破坏 动激发了燃烧室及烟道气体的共振 ,引起燃烧振荡。 性的强迫共振和热声自激两类燃烧振荡的产生机 外部强迫振荡的机理比较简单 ,它有两个必要 制 ,重点研究了热声自激燃烧振荡的若干驱动机理 , 条件 :一是存在外部周期性激励源并达到一定的强 总结了排除燃烧振荡的措施。 度 ;二是激励源频率与燃烧室烟气的固有频率吻合。 因此 ,当燃烧设备发生强迫共振燃烧振荡时 ,可通过 1 　外部强迫共振 消除周期性激励源或者使燃烧室烟气固有频率与激 燃烧系统中的烟气具有十分繁多的声学固有频 励源频率错开来达到排除燃烧振荡的目的。当激励 率。它们主要是由声波在燃烧室内传播、反射叠加 源无法消除时 ,可考虑通过错开烟气声学固有频率 形成驻波而产生的 ,这与固体固有频率有所区别。 和