低排放航空燃气轮机燃烧技术

《低排放航空燃气轮机燃烧技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、ReviewofLowEmissionCombustionTechnologyforGasTurbineAeroengine西北工业大学动力与能源学院张群范玮中国燃气涡轮研究院徐华胜钟士林张群西北工业大学动力与能源学院副教授，硕士生导师。博士。主要从事先进航空燃气轮机燃烧室技术及脉冲爆震燃烧技术研究等。当前的空中交通正在飞速增长，预计到2020年，空中交通的运输量将达到目前的两倍，因此必须考虑航空对环境的影响。目前，美国和欧盟都已把航空燃气轮机作为重要的污染源，联合国国际民航组织(ICAO)*国家自然科学基金项

2、目(51176158)、西北T业大学基础研究基金项目(JC200912)资助。对于干式低排放燃烧技术，富油急冷贫油燃烧室、贫油预混预蒸发燃烧室、贫油直喷燃烧室是最值得关注的概念，同时这些燃烧概念通常也需要与分级概念结合使用。本文针对当前较受关注的低排放燃烧技术，对其能力、限制和发展做一个简要而全面的介绍。为了控制民航中CO、UHC、NOx和烟气的排放量制定了相应的法规，特别是对于Nq排放量的限制更为严格。下一代航空发动机燃烧室的发展主要是由未来对于NO。排放量的限制要求来推动的。此外，未来发动机循环要求将耗油率

3、和CO，排放量降到最低⋯，这将使高度负载的核心机燃烧室进口压力和温度提高，并显著降低空／燃比，从而对燃烧系统的NO。排放性能造成负担。因此，新发动机设计需要折衷考虑提高燃料效率，降低噪声(通过降低风扇压比)和降低NO，排放(通过降低总压比)等多种因素。研究表明，在获得最低NO。排放的设计和获得最低CO，排放的设计中，LTO循环的NO，排放量之间的差别可以高达30％。当前航空发动机循环的发展趋势是要求总压比(OPR)大于50和燃烧室进口温度小于1000K工况下的低排放燃烧技术，这就要求当前的富油或贫油燃烧室技术必

4、须取得革命性的发展，无论是富油燃烧系统还是贫油燃烧系统，燃烧室的设计方案必须确保在从慢车到起飞状态的整个工作范围内，尽可能避免出现化学恰当比的状态，以便降低热力型Nq的生成量口】。近30年来，喷水、可变几何燃烧室、催化燃烧室、分级燃烧室、贫油预混预蒸发燃烧室、富油急冷贫油燃烧室、贫油直喷燃烧室成为最重要的低排放燃气轮机燃烧技术。然而，如喷水、可变几何燃烧室和催化燃烧室由于自身的缺点在实际的民航发动机中已不再采用。对于干式低排放燃烧技术，富油急冷贫油燃烧室、贫油预混预蒸发燃烧室、贫油直喷燃烧室是2013年第9期·

5、航空制造技术75最值得关注的概念，同时这些燃烧概念通常也需要与分级概念结合使用。本文针对当前较受关注的低排放燃烧技术，对其能力、限制和发展做一个简要而全面的介绍。■油燃烧富油燃烧技术在过去的20多年里不断优化，已经显著降低了NO，的排放量，这些先进的富油低排放燃烧室几乎都遵循了RQL燃烧室的设计原理[3-510在RQL概念中(图1)[61，燃油首先在良搅拌反应区的受控富油状态下燃烧，由于反应区温度较低并且氧气不足，NQ排放量是有限的；而后受控冷空气射流形成了淬熄区，在淬熄区中，富油区燃气与进入的冷却空气快速均匀

6、混合；最后，混合物在极贫状态下进行燃烧。在RQL燃烧室中，需要注意两个问题。首先，燃烧从富油向贫油的转换必须以极快的速度完成，以便跳过化学恰当区并避免在高温下较长的驻留时间，从而实现这种燃烧室的全部优点，否则将会形成大量的碳烟和CO，导致大量热传至壁面，引起材料问题【71；其次，在主燃区中应该避免出现回流区，以便减小驻留时间并相应减小NO。排放量【8】。此外，RQL燃烧室设计上的复杂性也为其用于航空发动机提出了许多困难，然而出于安全性以及整个任务循环内的总体性能考虑，相对于贫油预混燃烧室而言，在航空发动机中更倾

7、向于使用RQL燃烧室。自20世纪80年代以来，NASA、P·W公司以及R·R公司都对RQL燃烧室进行了研究。R·R公司已经将RQL燃烧室用于RRTrent发动机和RRDBR700发动机燃烧室上，这就是所谓的第5阶段燃烧室概念。所做的一些技术改进包括冷却燃烧室头部和位于主燃区的火焰筒壁面，为了节省冷却空气量、精确控制当量比以及延长燃烧室寿命，火焰筒壁面采用了浮动壁结构。20世纪90年代中期，在NASA的资助下，P·W公司开始为TALON系列(先进低NO，排放技术)研制RQL燃烧室。TALONI被安装到PW4098

8、发动机中，NO。排放量比ICAOCAEP2规定的标准低50％。此后为了满足ICAOCAEP4规定的排放标准，发展研制了TALONII燃烧室，在该燃烧室中，采用了如气动雾化喷嘴、优化的稀释孔以及浮动壁火焰筒等常规方法。在21世纪初，PW6000TALON11燃烧室由于具有结构简单、总成本降低约1／3等优点，因而实际工作情况很理想，满足民用客机对于可靠性和安全性的需求。RQL原理可以推进到