侯麗娟，王艷，郭珍蘭

中國(guó)石油管道壓縮機(jī)組維檢修中心

RR公司RB211燃?xì)獍l(fā)生器干低排放燃燒技術(shù)

侯麗娟，王艷，郭珍蘭

中國(guó)石油管道壓縮機(jī)組維檢修中心

應(yīng)燃?xì)獍l(fā)生器排放新標(biāo)準(zhǔn)，干低排放燃燒技術(shù)亟待發(fā)展，研究了具代表性的RR公司RB211燃?xì)獍l(fā)生器干低排放燃燒室的設(shè)計(jì)原理和結(jié)構(gòu)安排，指出了這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展的一些關(guān)鍵點(diǎn)，為我國(guó)研究發(fā)展此項(xiàng)技術(shù)提供借鑒意義。

干低排放；燃燒室；燃?xì)獍l(fā)生器

引言

近年來，隨著國(guó)內(nèi)環(huán)保立法和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，燃?xì)廨啓C(jī)的污染物排放將越來越受重視，西方國(guó)家各燃?xì)廨啓C(jī)廠商早在三、四十年前就展開了這方面的研究，發(fā)展了各自的技術(shù)并取得了顯著成效，如RR、GE、Allison研究了貧油預(yù)混串列分級(jí)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(dá)到（25-9）x10-6等級(jí)。而中國(guó)在這方面的研究為之甚少，干低排放燃燒技術(shù)亟待發(fā)展。本文通過針對(duì)性深入研究RR公司RB211航改型燃?xì)廨啓C(jī)的干低排放燃燒室的設(shè)計(jì)理念，為我國(guó)自主研究提供借鑒意義。

1.干低排放技術(shù)的原理和優(yōu)勢(shì)

根據(jù)化學(xué)反應(yīng)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?qū)崿F(xiàn)完全充分燃燒，并且不產(chǎn)生其他附帶的雜質(zhì)，即NOX等，但此時(shí)的燃燒溫度卻非常高,而且這種理想的燃燒情況在實(shí)際環(huán)境中也很難實(shí)現(xiàn)。根據(jù)CO和NOX隨燃燒溫度變化值，必須將燃燒溫度控制在一定區(qū)域，才能實(shí)現(xiàn)污染物排放量最小化。干低排放技術(shù)指無需使用注水或水蒸氣的方法，在不對(duì)燃燒穩(wěn)定性產(chǎn)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?xì)浠衔铮║HC）等的排放量。

干低排放技術(shù)的重點(diǎn)在于通過研究天然氣與空氣的配比量，混合物在進(jìn)入燃燒室前預(yù)混合，降低燃燒室的火焰溫度，最終達(dá)到低碳和低氮排放。利用這種技術(shù)同時(shí)增加了燃?xì)廨啓C(jī)的熱功率，延長(zhǎng)燃機(jī)壽命。

2.RB211干低排放燃燒室主要構(gòu)造

RR自20世紀(jì)70年代起，經(jīng)過十多年的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，最終發(fā)展了串列分級(jí)貧油預(yù)混燃燒室用于RB211，見圖1。從傳統(tǒng)航空單環(huán)管型燃燒室變?yōu)榱税ㄓ?個(gè)徑向安裝的反向流環(huán)管型燃燒室。這種設(shè)計(jì)應(yīng)用于RR燃?xì)廨啓C(jī)單元體機(jī)構(gòu)上，只需更改HP單元體以及做其他簡(jiǎn)單的改動(dòng)，而對(duì)前后單元體及相互安裝面不發(fā)生變化。

圖1.串列分級(jí)貧油預(yù)混燃燒室

2.1.級(jí)燃燒和冷卻

這種兩級(jí)串列貧油預(yù)混干低排放燃燒室，和傳統(tǒng)燃燒室結(jié)構(gòu)一樣，也設(shè)置了旋流器，用于充分混合并穩(wěn)定混合氣體的狀態(tài)。但干低排放用的燃料噴嘴卻比傳統(tǒng)型大的多，包括預(yù)混腔室和大量的預(yù)混氣體，預(yù)混氣體占整個(gè)燃燒室氣體流量的50%—60%。一次燃燒室設(shè)兩個(gè)徑向安裝的旋流器，用于減少混合區(qū)的長(zhǎng)度并促進(jìn)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(qū)的長(zhǎng)度并阻止二次燃燒的火焰流反流入一次燃燒區(qū)。二次燃燒預(yù)混通道環(huán)形包圍一次燃燒室，其間另有一提供內(nèi)壁冷卻空氣的環(huán)形通道介于兩者之間。二次預(yù)混通道的氣流與燃燒室中心線呈一定角度注入腔體，促進(jìn)與一次燃燒火焰快速完全混合。RR采用了TRANSPLY材料作為內(nèi)壁冷卻管，這種材料具有很高的換熱系數(shù)，從而需要最少量的冷卻空氣。

2.2.料注入

RR公司經(jīng)過一系列模型試驗(yàn)，最終確定了一次和二次燃燒預(yù)混通道的燃料注入方法。一次預(yù)混通道的內(nèi)外部旋流器各有8個(gè)葉片，每?jī)蓚€(gè)葉片之間設(shè)有一個(gè)燃料棒，每個(gè)燃料棒上分別有兩組供油孔，每組孔有6個(gè)，向旋流通道供應(yīng)燃料，形成一個(gè)緊湊的混合通道，擴(kuò)散噴嘴位于其中。燃料分配是否均勻關(guān)系到最終能否限定CO和NOX的排放。燃料棒上供油孔設(shè)設(shè)計(jì)能夠滿足最大程度上實(shí)現(xiàn)燃料分配均勻。因此二次預(yù)混通道同樣采取了32個(gè)燃料棒供應(yīng)的方法。

2.3.化氣動(dòng)狀態(tài)

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

2.4.子控制流量

火炬點(diǎn)火器位于每個(gè)燃燒室的頭部，并采取電子技術(shù)調(diào)節(jié)油氣混合物的燃?xì)饬?，而不用通過調(diào)節(jié)空氣流量來控制燃燒溫度。

3.結(jié)束語

RR RB211串列分級(jí)燃燒室采用貧油預(yù)混燃燒技術(shù)，降低燃燒室火焰溫度，加上合理的構(gòu)型設(shè)計(jì)和先進(jìn)的結(jié)構(gòu)材料，最終能夠完全滿足燃?xì)廨啓C(jī)降低CO和NOX等的排放，同時(shí)增加燃機(jī)熱功率，延長(zhǎng)了燃機(jī)壽命，符合燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和市場(chǎng)需求。

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