軸向空氣分級燃燒技術
發布時間：
2022-02-21
目前，合成氣將成為未來應用較廣泛得能源之一，其中高含氫得合成氣由于火焰面燃燒速度非常高，容易造成燃燒器發生回火[1,2]，因此一般這類燃燒器大多采用擴散式燃燒形式，也就使得應該該類燃料得燃燒器氮氧化物排放較高。為了達到環保要求，因此需要開發一種新的燃燒組織技術。富燃-快速混合-貧燃(RQL)針對回火問題和氮氧化物排放問題而開發得技術。
目前，合成氣將成為未來應用較廣泛得能源之一，其中高含氫得合成氣由于火焰面燃燒速度非常高，容易造成燃燒器發生回火[1,2]，因此一般這類燃燒器大多采用擴散式燃燒形式，也就使得應該該類燃料得燃燒器氮氧化物排放較高。為了達到環保要求，因此需要開發一種新的燃燒組織技術。富燃-快速混合-貧燃(RQL)針對回火問題和氮氧化物排放問題而開發得技術。
圖1 RQL燃燒器原理圖
Fig. 1 Schematic diagram of an RQL combustor
圖1是RQL燃燒室原理簡圖，主要包含三個區域：富燃料區域，快速混合區域和貧燃料區域。全部燃料都注入富燃區，空氣分兩部分，分別注入快速混合區和貧燃區。第一級燃燒區域燃料過量，維持還原性氣氛抑制NOx生成。第二級燃燒區域注入空氣后，空氣過量，將燃料燃盡[3]。該組織燃燒方式可以避免化學當量火焰。RQL組織燃燒方法已經成功應用到航空發動機燃燒室[4-7]。
圖2 GE公司RQL燃燒室示意圖
Fig. 2 GE schematic diagram of an RQL combustor
RQL燃燒室還沒有廣泛應用到燃氣輪機上，GE公司進行了全尺寸RQL燃燒室得測試，結果確實降低了NOx得排放。相關研究表明，在燃氣溫度低于1600℃時，富燃級和貧燃級的空氣分配當量比時影響NOx的關鍵。該技術得難點在于快速摻混較難實現，軸向空氣分級的NOx排放略差于軸向燃料分級。但是由于頭部時富燃區，特別適合小負荷工況，燃燒穩定，不會出現回火等。因此，在選擇燃燒組織技術上應綜合進行考量。
參考文獻：
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[3] 李蘇輝,張歸華,吳玉新.面向未來燃氣輪機的先進燃燒技術綜述[J].清華大學學報(自然科學版),2021,61(12):1423-1437.DOI:10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.25.001.
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[7] Kyprianidis, K. G., and Dahlquist, E., 2017, “On the Trade-Off Between Aviation NOx and Energy Efficiency,” Appl. Energy, 185, pp. 1506–1516.
