进气温度和含湿量对湿空气透平循环燃烧室实现柔和燃烧的影响研究（英文）

作者：朱子儒; 刘志刚; 熊燕; 张哲巅

来源：推进技术, 2024, 45(06): 136-151.

DOI：10.13675/j.cnki.tjjs.2212053

• 燃气轮机
• 燃烧室
• 柔和燃烧
• 湿空气透平
• NOx排放
• 蒸汽稀释

本文基于甲烷柔和燃烧的简化化学反应器网络模型，研究了空气进气温度和含湿量对湿空气透平（HAT）循环燃烧室内实现柔和燃烧的影响。针对HAT循环三种典型工况的研究结果表明：空气进口温度和燃烧室头部温度越高越容易实现柔和燃烧。空气含湿量对实现柔和燃烧的临界回流比的影响可以忽略，但空气含湿量的增加会引起点火延迟时间的延长，该影响持续至蒸汽含量达到其临界值，这有利于未燃反应物与烟气的充分掺混。当空气进口温度从381 K上升到881 K时，实现柔和燃烧的临界回流比下降了70%。空气加湿抑制NOx生成效果随着空气进口温度升高变得更加显著。随着空气进口温度的升高，由于热力型NO占主导地位，增加含湿量使得热力型NO迅速下降，而加湿引起快速型NO增加的效果不显著，从而使得整体NOx下降。针对模型柔和燃烧室的实验结果表明：绝热火焰温度在1 650～2 050 K内，热负荷36～59 k W条件下，不同含湿量（Ω=0～0.2 kg/kg）和不同空气进口温度（381,503,640 K）的NOx排放均低于1×10-5@15%O2，而CO排放在含湿量0～0.1 kg/kg范围内同样能保持1×10-5@15%O2以下。上述结果表明，该模型燃烧器能够在不同空气含湿量和空气进口温度下均保持较低的污染物排放。

• 单位
  中冶南方工程技术有限公司; 中国科学院工程热物理研究所; 中国科学院大学