文档介绍：轻型燃气轮机燃烧室NOx排放估算
 
   
 
 
 
 
 
 
 
     
 
 
 
 
 
摘要：近年来，国内对燃烧室污染排放标准要求越来越严格，相关的法律法规越来越完善。NOx排放值作为考察燃气轮机燃烧室的重要标准之一，在燃烧室设计阶段需要对其进行充分考虑，发展通用性强的NOx预估模型是适应中国自主研发燃气轮机燃烧室的重要方向。基于此，本文利用数值模拟代替试验对轻型燃气轮机燃烧室进行分析，将多参数优化的数值模拟结果与传统的估算模型进行对比，并通过对进口压力、空气质量流量、主燃区温度3个主要参数与NOx排放值变化关系进行研究，根据数值模拟结果拟合出适用于3个参数的拟合公式。
关键词：轻型燃气轮机；燃烧室；NOx估算
1数值分析及结果验证
选取QD128燃气轮机燃烧室15个喷嘴中的1个喷嘴为计算域，建立全尺度周期性数值分析模型，如图1所示。该模型包括扩压器、内外二股腔道和火焰筒。针对数值计算主要的分析参数有燃烧室进口压力、进口流量及主燃区温度。在进行网格划分时，仅对结构复杂的头部旋流器采用4面体网格，其他部位均采用6面体网格，保证网格紧密的情况下验证网格无关性，最终确定网格总数为510万。
图1燃烧室物理模型
利用CFD计算流体力学软件对燃烧室进行3维数值模拟计算分析，得到的燃烧室纵截面总温分布如图2所示。
图2燃烧室纵截面总温分布
从图中可见，主燃孔射流较深，基本达到火焰筒高度的50%，有效切断了头部回流区边界，随着二次气流及掺混气流的增加，燃烧室内温度逐渐降低，出口区域温度基本保持稳定。温度模拟结果与金戈、徐丽等针对
QD128燃气轮机的研究结果一致。
燃烧室头部横截面的速度分布如图3所示。从图中可见，中心区域是旋流引起的低速区域，紧接着是旋流区，外环是气膜孔的引气，最外环则是二次通道。数值结果很好地描述了该燃烧室头部的流通状况。
数值模拟计算结果与金戈、徐丽等的研究结果符合度较高，可为NOx排放预估模型的进一步研究提供参考。
图3燃烧室头部横截面速度分布
2模拟结果分析与公式拟合

通过数值模拟研究及经验公式推导，当选取进口压力Pin=～，～。在压力较低时，NOx排放值变化趋势较为缓慢，变化不大；，NOx排放值变化趋势开始增大；，变化率保持不变。～，变化趋势与上述2个模型的相同，但变化趋势较小，，在3个公式中，对进口压力参数的敏感程度最低。
通过对比分析数值模拟与经验公式的数据曲线变化趋势发现，运用数值模拟得到的结果与运用经验公式计算出的结果总体趋势相同，说明运用数值模拟替代试验其结果具有较高的参考价值，具有一定的科学性，值得深入研究。
运用数值模拟结果得到初步拟合的公式
（1）
，拟合优度较高，拟合效果较好。式（1）适用于轻型燃气轮机燃烧室基于进口压力的NOx排放预估，拟合前选取的空气质量流量、主燃区温度均符合设定值，式（1）中进口压力的范围仍需进一步验证