RR公司RB211燃氣發生器干低排放燃燒技術

侯麗娟，王艷，郭珍蘭

中國石油管道壓縮機組維檢修中心

RR公司RB211燃氣發生器干低排放燃燒技術

侯麗娟，王艷，郭珍蘭

中國石油管道壓縮機組維檢修中心

應燃氣發生器排放新標準，干低排放燃燒技術亟待發展，研究了具代表性的RR公司RB211燃氣發生器干低排放燃燒室的設計原理和結構安排，指出了這項技術發展的一些關鍵點，為我國研究發展此項技術提供借鑒意義。

干低排放；燃燒室；燃氣發生器

引言

近年來，隨著國內環保立法和環保意識的增強，燃氣輪機的污染物排放將越來越受重視，西方國家各燃氣輪機廠商早在三、四十年前就展開了這方面的研究，發展了各自的技術并取得了顯著成效，如RR、GE、Allison研究了貧油預混串列分級燃燒室、富油-猝熄-貧油燃燒室等低排放燃燒室，NOX排放水平已達到（25-9）x10-6等級。而中國在這方面的研究為之甚少，干低排放燃燒技術亟待發展。本文通過針對性深入研究RR公司RB211航改型燃氣輪機的干低排放燃燒室的設計理念，為我國自主研究提供借鑒意義。

1.干低排放技術的原理和優勢

根據化學反應公式CH4+2O2+2(3.67)N2=CO2+2H2O+7.52N2,天然氣/空氣充分燃燒的理想配比值為0.067，在這種配比情況下，能夠實現完全充分燃燒，并且不產生其他附帶的雜質，即NOX等，但此時的燃燒溫度卻非常高,而且這種理想的燃燒情況在實際環境中也很難實現。根據CO和NOX隨燃燒溫度變化值，必須將燃燒溫度控制在一定區域，才能實現污染物排放量最小化。干低排放技術指無需使用注水或水蒸氣的方法，在不對燃燒穩定性產生不利影響的情況下，通過控制天然氣與空氣混合物的燃燒溫度，從而降低一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOX）和未燃燒的碳氫化合物（UHC）等的排放量。

干低排放技術的重點在于通過研究天然氣與空氣的配比量，混合物在進入燃燒室前預混合，降低燃燒室的火焰溫度，最終達到低碳和低氮排放。利用這種技術同時增加了燃氣輪機的熱功率，延長燃機壽命。

2.RB211干低排放燃燒室主要構造

RR自20世紀70年代起，經過十多年的設計實驗，最終發展了串列分級貧油預混燃燒室用于RB211，見圖1。從傳統航空單環管型燃燒室變為了包括有9個徑向安裝的反向流環管型燃燒室。這種設計應用于RR燃氣輪機單元體機構上，只需更改HP單元體以及做其他簡單的改動，而對前后單元體及相互安裝面不發生變化。

圖1.串列分級貧油預混燃燒室

2.1.級燃燒和冷卻

這種兩級串列貧油預混干低排放燃燒室，和傳統燃燒室結構一樣，也設置了旋流器，用于充分混合并穩定混合氣體的狀態。但干低排放用的燃料噴嘴卻比傳統型大的多，包括預混腔室和大量的預混氣體，預混氣體占整個燃燒室氣體流量的50%—60%。一次燃燒室設兩個徑向安裝的旋流器，用于減少混合區的長度并促進充分混合。一次燃燒形成的火焰流被加速，用于限定一次燃燒區的長度并阻止二次燃燒的火焰流反流入一次燃燒區。二次燃燒預混通道環形包圍一次燃燒室，其間另有一提供內壁冷卻空氣的環形通道介于兩者之間。二次預混通道的氣流與燃燒室中心線呈一定角度注入腔體，促進與一次燃燒火焰快速完全混合。RR采用了TRANSPLY材料作為內壁冷卻管，這種材料具有很高的換熱系數，從而需要最少量的冷卻空氣。

2.2.料注入

RR公司經過一系列模型試驗，最終確定了一次和二次燃燒預混通道的燃料注入方法。一次預混通道的內外部旋流器各有8個葉片，每兩個葉片之間設有一個燃料棒，每個燃料棒上分別有兩組供油孔，每組孔有6個，向旋流通道供應燃料，形成一個緊湊的混合通道，擴散噴嘴位于其中。燃料分配是否均勻關系到最終能否限定CO和NOX的排放。燃料棒上供油孔設設計能夠滿足最大程度上實現燃料分配均勻。因此二次預混通道同樣采取了32個燃料棒供應的方法。

2.3.化氣動狀態

天然氣與空氣比的均勻混合，同時需要考慮燃燒室外空氣動力問題，即天然氣在注入瞬間時的狀態。因此采用的方法是，首先降低氣流進入噴嘴前的速度，然后對其加速，提高燃料均勻分布程度。同時，預混區非均勻度的減小，能夠極大降低燃燒區的溫度。

2.4.子控制流量

火炬點火器位于每個燃燒室的頭部，并采取電子技術調節油氣混合物的燃氣量，而不用通過調節空氣流量來控制燃燒溫度。

3.結束語

RR RB211串列分級燃燒室采用貧油預混燃燒技術，降低燃燒室火焰溫度，加上合理的構型設計和先進的結構材料，最終能夠完全滿足燃氣輪機降低CO和NOX等的排放，同時增加燃機熱功率，延長了燃機壽命，符合燃氣輪機技術發展趨勢和市場需求。

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