燃气轮机教学课件15-燃烧室.ppt

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1、第五章燃烧室燃烧室的作用把压气机送来的高压空气同燃料很好地混合和燃烧，产生高温高压的燃气，并送入透平中作功。通过燃烧（在工质内部进行化学反应）提高工质的内热能（具体表现温度提高，作功能力增强）。与其他两部件的关系：空气动力方面——紧密联系（工质连续稳定流动）；机械方面——相对比较独立（没有功的传递）。燃烧室的最基本功能(1)从设计的角度讲，透平前温度越高，整个燃气轮机的效率和功率就越高。在其他限制条件的范围内，燃烧室必须保证提供工质所需要的高温，而同时维持工质的压力不降低。(2)从应用的角度看，一台运行中的燃气轮机要适应外部负荷需求的变化，最基本的调节手段就是改变燃烧室的燃料供应量。因

2、此燃烧室是燃气轮机的主要调节部件，必须在负荷变动时既保证自身又保证整个机组的顺利而高效地运转。燃气轮机燃烧室在设计和制造中的各种问题都是围绕着这两个基本功能而产生的。5-1燃烧室的工作特点、要求和指标典型分管型燃烧室简图1-燃气导管2-外壳3-火焰管4-冷却鱼鳞管5-点火器6-过渡锥顶7-配气盖板8-燃料喷嘴9-旋流器10-一次射流管11-燃烧区12-混合射流孔13-混合区14-环腔一、工作特点压缩空气和燃料分别输入燃烧室。高压空气进入外壳与火焰管间的环腔14分成几股：（1）一股空气经旋流器9、射流孔10等进入火焰管中的燃烧区11，燃料燃烧所必需的助燃空气，称一次空气；燃料经喷嘴8喷入

3、火焰管内，形成雾状与一次空气混合。外源点火后近似等压燃烧，生成高温高压的燃烧产物。（2）一股空气经冷却鱼鳞管4进入火焰管中，力求沿着火焰筒内壁流动。主要是冷却用空气，称为冷却空气。最关键部分：长期高温下工作，必须进行冷却。火焰管15%~30%（3）混合空气一部分经混合射流孔12射到燃烧区流来的1800-2000℃高温燃气中，对其进行掺冷，使其温度比较均匀地降到透平进口的平均温度值。燃气结构非常简单。燃烧规律非常复杂：气体流动—三元紊流+化学反应；传热、传质过程—导热、对流换热、辐射换热；化学反应—碳氢燃料的燃烧机理。工作条件更苛刻：高温；高气流速度（火焰不易稳定，易出现燃烧不完全）；高

4、燃烧热强度（强化燃烧、加强掺混、加强冷却）；高过量空气系数（一般都在3.0以上）；运行参数变化剧烈（∑=4～15）需要燃用多种燃料。设计一个工作可靠、经济、使用维修方便的不容易！二、燃烧室的工作要求和性能指标判断燃烧室性能的好坏，主要是看它能否：可靠地、经济地提供合格的高温燃气。1．燃烧稳定性要求在燃气轮机的一切工况下均能稳定燃烧，既不会熄火，也不会发生强烈的火焰脉动现象。保证（1）火焰不被高速气流吹灭(火焰稳定器)；（2）不发生熄火。燃烧稳定范围—一定的油气比范围（min~max）其差值越大，稳定性越好。一般油气比f=1/40~1/330贫油熄火极限富油熄火极限燃烧室入口气

5、流速度ABC-通常发生贫油熄火，max至少要大于25。而运输式燃气轮机负荷变化范围很广，max还应取得更大一些。ABC-蒸发式供油AB’C’-喷雾式供油2．燃烧完全性要求进入燃烧室的燃料能绝大部分被烧尽，而且不发生严重的积炭和冒烟现象。燃烧不完全不可避免，设法尽量减少。燃烧效率特性燃烧效率-衡量燃烧的完善程度Q∑—燃烧室的各项热损失,kJ/kg:（1）化学不完全燃烧（2）机械不完全燃烧（3）散热损失冒黑烟、积炭、结焦等B过量空气系数4.0CO、H2、CH4等3.流阻损失要求燃烧室内的粘性摩擦、涡流阻力以及热阻力等越小越好。其大小主要与燃烧室的结构形式和工质的加热程度有关。表示方

6、法：总压保持系数：B=p3*/p2*=0.95~0.97流阻损失系数：通过实验测定。总压损失增加1%，整机效率下降2%。“热阻”——在燃烧室中由于发生放热的化学反应，工质温度升高而密度下降，也会伴随有总压的下降或损失而表现出的一种阻力。4．出口温度场要求使燃气温度大小及分布均匀，避免叶片受热不均匀而变形、甚至被烧坏。整个燃烧室不同部位温度相差不大于60~80C；存在多个燃烧室时,平均温差不超过15~20C。图5-4分管式燃烧室出口温度示例温度场的不均匀程度：出口温度沿径向的分布有一种中间高，两端低的自然趋势；发挥透平叶片材料的潜力所要求的。透平叶片尖部（外径处）受气流加热最严重，

7、容易局部金属温度高；叶片根部（内径处）则应力最大，希望金属温度低些以保证更好的强度。叶片中径处气流温度相对高一些正好满足叶片等强度的要求。5.燃烧热强度与尺寸紧凑性为保证整台机组的紧凑性，要求燃烧热强度越大越好。试验表明：同一结构的燃烧室，其QV、QA大体与工作压力成正比，因而不能确切地反映燃烧室结构的紧凑程度。航空燃气轮机:350~480W/(m.N)地面燃气轮机:60~120W/(m.N)6.火焰筒壁面温度火焰筒壁面温度的高低及其均匀程度，