甲烷湿空气柔和燃烧的数值研讨.pdf

中困工程热物理学会 燃烧学 学术会议论文 编号：074166 甲烷一湿空气柔和燃烧的数值研究 杨伟鹏1’2张哲巅1王岳1肖云汉1 (1．中国科学院工程热物理研究所先进能源动力技术实验室，北京100080 2．中国科学院研究生院，北京100039) 联系电 Emil：ylw2p3@tom．com 摘要：HAT循环是一种先进的发电循环。其燃烧室内的燃烧方式比较符合另一种新型燃烧方式～ 一柔和燃烧的特点。本文利用CHEMKIN进行了甲烷一湿空气柔和燃烧的计算。在已有的实验模型下计算 广小例的加湿量下可实现柔和燃烧的工况范围参数。为以后进行的实验工作提供依据。 关键词： 湿空气、柔和燃烧、HAT循环 一 一、引言 随着世界范围内的能源紧缺以及对环境保护的重视，燃气轮机在世界电力系统中的 地位越来越重要，因此很多学者提出了各种以燃气轮机为基础的先进透平循环。湿空气 中的低品位余热，吸收后的热水对空气进行加热加湿，可实现高效率、高比功和低NO。 排放。 在HAT循环的燃烧室中采用的是湿空气燃烧，虽然可以降低火焰面温度，降低NO。 排放，但由丁空气含湿量高，．却存在着燃烧的稳定性问题。而这种燃烧方式的特点是由 丁．加入水蒸气，使得氧浓度低；再由于循环中采用回热使得空气温度较高，这就与另一 种新承的燃烧方式——柔和燃烧有了共同之处。 orIntense Dilution—Mild 柔和低氧稀释燃烧(ModerateLow—oxygen 丁．90年代发展起来的一种新型燃烧技术。这种技术可以在保持火焰稳定的情况下，更 进一步降低火焰温度和分散火焰面。其通过提高进口反应物温度、利用稀释降低燃料或 氧气的浓度，从而降低燃烧过程的温升和火焰最高温度，实现稳定、低污染、低噪声燃 烧【210caValiera【31等对Mild 度高于混合物的自燃温度，而燃烧过程中的最高温升小于自燃温度的燃烧过程称之为 MildCombl】stion。 国家自然科学皋会资助项目，批准号 国家高技术研究发展计划(863)资助项口(2006AA05A104) 472 国外对这种新型燃烧方式的研究有很多，包括日本学者提出的高温空气燃烧 (H1、Ac)[2】【4H71，欧洲方面的F1锄eless 等等。而在国内方面的理论和实验研究工作较少…】【陀】。以上研究指出：实现柔和燃烧需 要两方面的因素。一是高于混合物自燃温度的预热条件；二是非常低的氧气浓度。其中 第一条满足了进口反应物温度高于自燃温度的定义，第二条可使燃烧过程的温升降低， 以满足温升小于自燃温度的定义。由此可见柔和低氧燃烧的燃烧特点与HAT循环燃烧 室中的湿空气燃烧是颇为相似的。有必要对这种新型的燃烧方式在HAT循环中的应用 做更深一步的研究和探讨。 虽然对柔和燃烧的研究有很多，但针对柔和燃烧在HAT循环燃烧室中的应用的研 中加以应用为目的，对甲烷一湿空气柔和燃烧进行模拟计算。主要的计算内容为确定不 ， 同的加湿量下可实现柔和燃烧的工况范围。这些计算可为柔和燃烧应用于HAT循环的 研究提供基础数据。 二、数值模型 实现柔和燃烧采用的普遍方法是利用空气引射烟气进行掺混，提高空气的温度，同 时降低氧气浓度。这种方法可以利用燃烧室韵结构特点实现，但是不能对参与掺混的烟 气量和烟气温度进行直接控制，在研究中不宜采用。 采用如图1所示的物理模型，为了使烟气掺混量可以调节，使用了两个燃烧器。一 部分燃料与空气先进入燃烧室1中进行燃烧，燃烧生成的烟气进入掺混室与另一部分燃 料空气掺混以达到柔和燃烧所需要的条件，再进入燃烧