燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室燃燒穩(wěn)定性分析

韓嘯

【摘 ?要】使用燃?xì)廨啓C(jī)的原理是將可燃物在燃燒時(shí)所釋放的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成為燃?xì)廨啓C(jī)室在工作時(shí)候所需要的機(jī)械能的一種設(shè)備，因?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)在工作的時(shí)候，具有功率大、效率高的特點(diǎn)，并且因?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)設(shè)備的占地面積小，而且運(yùn)行穩(wěn)定，污染程度也比較低，所以說在一些發(fā)電或者天然氣管道輸送的時(shí)候，往往都會(huì)采用燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備，并且在一些電廠改造等行業(yè)也有所應(yīng)用，可以說燃?xì)廨啓C(jī)的市場(chǎng)非常廣闊，而且燃?xì)廨啓C(jī)也是現(xiàn)在世界中衡量一個(gè)國家工業(yè)技術(shù)水平的重要指標(biāo)。而燃?xì)廨啓C(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，燃燒室就是其關(guān)鍵的組成部分，可以說，燃燒室支撐了燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，所以說，只有讓燃燒室能夠穩(wěn)定燃燒，才能保證燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定，否則一旦發(fā)生熄火或者回火等情況，甚至火焰延長或者出現(xiàn)強(qiáng)烈的火焰脈動(dòng)都會(huì)給燃燒室可燃物的穩(wěn)定燃燒造成影響。如果燃燒室出現(xiàn)了熄火的情況，會(huì)導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)重啟啟動(dòng)，而一旦出現(xiàn)回火很容易造成燃?xì)廨啓C(jī)的透平葉片被燒壞，同樣的強(qiáng)烈的火焰脈動(dòng)也會(huì)給燃?xì)廨啓C(jī)帶來不小的損壞。

【關(guān)鍵詞】燃?xì)廨啓C(jī);燃燒室;燃燒穩(wěn)定性

引言

所謂燃燒穩(wěn)定是說火焰在燃燒室中燃燒的時(shí)候，能夠保證對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)有一個(gè)穩(wěn)定的推力，從而讓燃?xì)廨啓C(jī)正常工作，而不穩(wěn)定燃燒一般來說是因?yàn)樵谌紵龝r(shí)候在短時(shí)間內(nèi)釋放了大量的熱量而導(dǎo)致對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)有一個(gè)破壞性的震蕩，這種震蕩被叫做熱聲震蕩繞少，通過對(duì)燃燒室可燃物燃燒原理進(jìn)行分析，就可以幫助穩(wěn)定燃?xì)廨啓C(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)還需要對(duì)不穩(wěn)定燃燒進(jìn)行數(shù)學(xué)模型構(gòu)建來幫助燃燒輪機(jī)在燃燒時(shí)控制燃燒的穩(wěn)定，到現(xiàn)在為止人們已經(jīng)開始通過對(duì)燃燒不穩(wěn)定進(jìn)行了多種方式的套索，本文就燃燒室在火焰燃燒穩(wěn)定進(jìn)行了深入探討，為燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展打下鋪墊。

一、火焰穩(wěn)定性的方法

1.1方法分析

因?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)在燃燒的時(shí)候?qū)儆诟咚偕淞鳎虼似溥吔鐚涌梢哉f非常稀薄，這就導(dǎo)致了在外圈的氣流速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于火焰的傳播速度，這就造成了火焰不能穩(wěn)定燃燒而最終被吹熄，而如果想要讓火焰穩(wěn)定的燃燒，就需要采取相應(yīng)的措施來穩(wěn)定火焰，讓火焰穩(wěn)定的一個(gè)最基本的方法就是創(chuàng)造出穩(wěn)定的點(diǎn)火源，所以說在這個(gè)時(shí)候，能夠?qū)鹧嫒紵€(wěn)定產(chǎn)生影響的有兩種情況，一種是流動(dòng)因素，而另一個(gè)就是物理以及化學(xué)因素，流動(dòng)因素采取流體動(dòng)力學(xué)的手段來穩(wěn)定燃燒時(shí)產(chǎn)生的火焰，而因?yàn)槲锢砘瘜W(xué)因素產(chǎn)生的影響就需要通過熱力學(xué)以及動(dòng)力學(xué)來穩(wěn)定火焰，如果只是單單的采用其中一種措施來穩(wěn)定火焰往往是不夠的，這個(gè)時(shí)候就需要兼顧兩種措施，來達(dá)到更好的穩(wěn)定效果。

1.2擴(kuò)散火焰穩(wěn)定法

對(duì)于以往的燃?xì)廨啓C(jī)，運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，通常會(huì)采用擴(kuò)散燃燒方法，擴(kuò)散火焰的端面積在空燃比等于化學(xué)計(jì)量比的界面處，所以說采用擴(kuò)散燃燒的辦法，很難發(fā)生回火的情況，不過這種辦法的一個(gè)弊端就是火焰很有可能會(huì)因?yàn)闅怏w流速過高而被吹滅，針對(duì)這種情況，可以在火焰的最底部來穩(wěn)定火源，盡可能不讓火焰熄滅，不僅題詞，一定要保證空燃比等于化學(xué)計(jì)量比，在穩(wěn)定火焰的時(shí)候，通常會(huì)采用回流區(qū)穩(wěn)定法，對(duì)于一些比如鈍體或者一些偏轉(zhuǎn)射流、避免凹槽、射流等等情況，可以采用環(huán)狀射流以及同軸射流的方法來幫助火焰穩(wěn)定燃燒，如果燃燒物是煤粉的話，那么可以使用大差速同向射流來幫助火焰穩(wěn)定燃燒。

1.3預(yù)混火焰穩(wěn)定方法

由于社會(huì)上人們環(huán)保的意識(shí)越來越強(qiáng)，所以說在使用燃?xì)廨啓C(jī)的時(shí)候就必須降低產(chǎn)生的NO，以及CO和其他沒有完全燃燒而產(chǎn)生的物質(zhì)，這種擴(kuò)散火焰的燃燒方式會(huì)導(dǎo)致局部產(chǎn)生高溫，所以說到現(xiàn)在為止普遍使用的方式就是預(yù)混燃燒，使用該種方法有下面幾種方案，第一種就是利用回流熱氣體產(chǎn)生的氣體來幫助穩(wěn)定火焰，也就是使用高溫回流氣體來幫助穩(wěn)定點(diǎn)火時(shí)候所需要的溫度，第二種方式就是使用金屬棒或者金屬環(huán)等來穩(wěn)定火焰，第三種方式就是用值班火焰來穩(wěn)定。

二、燃燒不穩(wěn)定性和震蕩燃燒

2.1產(chǎn)生原因和危害

因?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)在燃燒的時(shí)候，燃燒過程非常復(fù)雜，并且因?yàn)樵谌紵臅r(shí)候會(huì)有傳熱以及其他劇烈化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，所以說這是一種多擾動(dòng)的耦合燃燒過程，在燃燒的時(shí)候，因?yàn)檫@種復(fù)雜的燃燒過程很容易產(chǎn)生自激振蕩，導(dǎo)致燃燒室內(nèi)的壓力不穩(wěn)定，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)周期性或者類似這種周期性的變化，這種周期新的不穩(wěn)定變化又會(huì)稱之為燃燒不穩(wěn)定性，這種呈現(xiàn)周期性變化的燃燒很容易在燃燒的過程中發(fā)出低頻或者高頻的壓力震動(dòng)，同時(shí)會(huì)因?yàn)槿紵龝r(shí)發(fā)出的噪聲，也被稱作震蕩燃燒，這種振蕩燃燒有很大的危害，比如會(huì)增加污染物的排放，并且會(huì)影響燃燒效率，在同一時(shí)刻，因?yàn)殚L時(shí)間的壓力增加也非常有可能會(huì)導(dǎo)致燃燒室的一些零件出現(xiàn)損壞的情況，一旦出現(xiàn)零件損壞，那么會(huì)給燃?xì)廨啓C(jī)的帶來極大的安全隱患。

2.2研究情況

Higgins在1802年的時(shí)候，通過對(duì)燃燒輪機(jī)的研究發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的事實(shí)，他給火焰蓋上一個(gè)筒罩，在筒罩的正上面出現(xiàn)了一個(gè)較為明顯的聲調(diào)，并且在之后人們的研究中發(fā)現(xiàn)，因?yàn)榛鹧嬖谌紵臅r(shí)候，會(huì)釋放熱波，這種熱波動(dòng)會(huì)跟壓力波動(dòng)之間的相位差有可能決定著能否產(chǎn)生震蕩燃燒，在燃燒的時(shí)候，會(huì)將燃?xì)鈮嚎s，在壓縮之后會(huì)將震動(dòng)方法，在之后人們的研究中發(fā)現(xiàn)在燃燒時(shí)與燃燒時(shí)間以及在某一時(shí)刻釋放的熱量和燃燒室的壓力油很大關(guān)系。Dwoing對(duì)這一情況提出了一個(gè)大膽的假設(shè)，發(fā)現(xiàn)了振蕩燃燒不衰竭的條件，在燃燒的時(shí)候，因?yàn)闊崃吭诒晦D(zhuǎn)化聲能量的時(shí)候，這一數(shù)值超過了聲能損失的能量，也就是說聲能的變化量是非負(fù)的，能夠影響燃燒不穩(wěn)定的原因有以下幾種：第一種是壓氣機(jī)排氣系統(tǒng)，第二種是燃料供應(yīng)系統(tǒng)，第三種是燃燒室的排氣系統(tǒng)，因?yàn)樵谌紵臅r(shí)候，可能會(huì)因?yàn)榱鲃?dòng)不穩(wěn)定，或者燃料空氣比波動(dòng)都會(huì)造成燃燒的不穩(wěn)定，在之后學(xué)者的研究中可以看到振蕩燃燒的控制條件主要是通過作動(dòng)器較小的能量來控制壓力的震動(dòng)，對(duì)于作動(dòng)器壁板有聲波發(fā)生器或者空氣燃料調(diào)節(jié)器等等。西門子f級(jí)燃機(jī)是由壓氣機(jī)以及燃燒室和透平機(jī)組成，可以以空氣以及燃料氣為工質(zhì)的、旋轉(zhuǎn)式熱力發(fā)動(dòng)機(jī)。

三、環(huán)形燃燒室分析

3.1環(huán)形燃燒室的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

環(huán)形燃燒室是由軸流式壓氣機(jī)以及燃燒室和軸流式渦輪構(gòu)成，組成上是由一個(gè)主軸鏈接進(jìn)氣口和壓氣機(jī)以及燃料管，同時(shí)連接燃燒室、渦輪以及排氣口。燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子和渦輪轉(zhuǎn)子在一根轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，共同組成了燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子，渦輪在向外提供動(dòng)力的同時(shí)也帶動(dòng)其一同旋轉(zhuǎn)。從剖面來看，燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子安裝在機(jī)殼內(nèi);在壓氣機(jī)與渦輪之間又一個(gè)環(huán)形燃燒室，燃燒室內(nèi)安裝環(huán)形火焰筒，有燃料管向多個(gè)燃燒器輸送燃料。

3.2特點(diǎn)

環(huán)形燃燒室一般比較短，可以縮短發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子長度，從而提高轉(zhuǎn)子剛度，利于解決動(dòng)力學(xué)問題。其次，具有最小的發(fā)動(dòng)機(jī)的迎風(fēng)面積;3、與壓氣機(jī)流場(chǎng)匹配容易，壓力損失小;4、起動(dòng)聯(lián)焰可靠。

四、結(jié)束語

燃?xì)廨啓C(jī)在燃燒室中的燃燒穩(wěn)定性決定了燃?xì)廨啓C(jī)的工作狀態(tài)的穩(wěn)定性，所以說想要安全高效的運(yùn)行燃?xì)廨啓C(jī)，就要做好燃燒穩(wěn)定工作，本文就此從燃燒穩(wěn)定的相關(guān)理論出發(fā)，闡述了一些控制燃燒穩(wěn)定的方法，同時(shí)也闡述了有關(guān)振蕩燃燒的原理，并根據(jù)重型燃燒機(jī)的結(jié)構(gòu)來說明了如何穩(wěn)定燃燒。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：河北華電石家莊熱電有限公司）