韓嘯

【摘 ?要】使用燃?xì)廨啓C(jī)的原理是將可燃物在燃燒時所釋放的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成為燃?xì)廨啓C(jī)室在工作時候所需要的機(jī)械能的一種設(shè)備，因為燃?xì)廨啓C(jī)在工作的時候，具有功率大、效率高的特點，并且因為燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的占地面積小，而且運行穩(wěn)定，污染程度也比較低，所以說在一些發(fā)電或者天然氣管道輸送的時候，往往都會采用燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備，并且在一些電廠改造等行業(yè)也有所應(yīng)用，可以說燃?xì)廨啓C(jī)的市場非常廣闊，而且燃?xì)廨啓C(jī)也是現(xiàn)在世界中衡量一個國家工業(yè)技術(shù)水平的重要指標(biāo)。而燃?xì)廨啓C(jī)在運轉(zhuǎn)的時候，燃燒室就是其關(guān)鍵的組成部分，可以說，燃燒室支撐了燃?xì)廨啓C(jī)的運轉(zhuǎn)，所以說，只有讓燃燒室能夠穩(wěn)定燃燒，才能保證燃?xì)廨啓C(jī)運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定，否則一旦發(fā)生熄火或者回火等情況，甚至火焰延長或者出現(xiàn)強(qiáng)烈的火焰脈動都會給燃燒室可燃物的穩(wěn)定燃燒造成影響。如果燃燒室出現(xiàn)了熄火的情況，會導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)重啟啟動，而一旦出現(xiàn)回火很容易造成燃?xì)廨啓C(jī)的透平葉片被燒壞，同樣的強(qiáng)烈的火焰脈動也會給燃?xì)廨啓C(jī)帶來不小的損壞。

【關(guān)鍵詞】燃?xì)廨啓C(jī);燃燒室;燃燒穩(wěn)定性

引言

所謂燃燒穩(wěn)定是說火焰在燃燒室中燃燒的時候，能夠保證對燃?xì)廨啓C(jī)有一個穩(wěn)定的推力，從而讓燃?xì)廨啓C(jī)正常工作，而不穩(wěn)定燃燒一般來說是因為在燃燒時候在短時間內(nèi)釋放了大量的熱量而導(dǎo)致對燃?xì)廨啓C(jī)有一個破壞性的震蕩，這種震蕩被叫做熱聲震蕩繞少，通過對燃燒室可燃物燃燒原理進(jìn)行分析，就可以幫助穩(wěn)定燃?xì)廨啓C(jī)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，同時還需要對不穩(wěn)定燃燒進(jìn)行數(shù)學(xué)模型構(gòu)建來幫助燃燒輪機(jī)在燃燒時控制燃燒的穩(wěn)定，到現(xiàn)在為止人們已經(jīng)開始通過對燃燒不穩(wěn)定進(jìn)行了多種方式的套索，本文就燃燒室在火焰燃燒穩(wěn)定進(jìn)行了深入探討，為燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展打下鋪墊。

一、火焰穩(wěn)定性的方法

1.1方法分析

因為燃?xì)廨啓C(jī)在燃燒的時候?qū)儆诟咚偕淞?，因此其邊界層可以說非常稀薄，這就導(dǎo)致了在外圈的氣流速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于火焰的傳播速度，這就造成了火焰不能穩(wěn)定燃燒而最終被吹熄，而如果想要讓火焰穩(wěn)定的燃燒，就需要采取相應(yīng)的措施來穩(wěn)定火焰，讓火焰穩(wěn)定的一個最基本的方法就是創(chuàng)造出穩(wěn)定的點火源，所以說在這個時候，能夠?qū)鹧嫒紵€(wěn)定產(chǎn)生影響的有兩種情況，一種是流動因素，而另一個就是物理以及化學(xué)因素，流動因素采取流體動力學(xué)的手段來穩(wěn)定燃燒時產(chǎn)生的火焰，而因為物理化學(xué)因素產(chǎn)生的影響就需要通過熱力學(xué)以及動力學(xué)來穩(wěn)定火焰，如果只是單單的采用其中一種措施來穩(wěn)定火焰往往是不夠的，這個時候就需要兼顧兩種措施，來達(dá)到更好的穩(wěn)定效果。

1.2擴(kuò)散火焰穩(wěn)定法

對于以往的燃?xì)廨啓C(jī)，運轉(zhuǎn)的時候，通常會采用擴(kuò)散燃燒方法，擴(kuò)散火焰的端面積在空燃比等于化學(xué)計量比的界面處，所以說采用擴(kuò)散燃燒的辦法，很難發(fā)生回火的情況，不過這種辦法的一個弊端就是火焰很有可能會因為氣體流速過高而被吹滅，針對這種情況，可以在火焰的最底部來穩(wěn)定火源，盡可能不讓火焰熄滅，不僅題詞，一定要保證空燃比等于化學(xué)計量比，在穩(wěn)定火焰的時候，通常會采用回流區(qū)穩(wěn)定法，對于一些比如鈍體或者一些偏轉(zhuǎn)射流、避免凹槽、射流等等情況，可以采用環(huán)狀射流以及同軸射流的方法來幫助火焰穩(wěn)定燃燒，如果燃燒物是煤粉的話，那么可以使用大差速同向射流來幫助火焰穩(wěn)定燃燒。

1.3預(yù)混火焰穩(wěn)定方法

由于社會上人們環(huán)保的意識越來越強(qiáng)，所以說在使用燃?xì)廨啓C(jī)的時候就必須降低產(chǎn)生的NO，以及CO和其他沒有完全燃燒而產(chǎn)生的物質(zhì)，這種擴(kuò)散火焰的燃燒方式會導(dǎo)致局部產(chǎn)生高溫，所以說到現(xiàn)在為止普遍使用的方式就是預(yù)混燃燒，使用該種方法有下面幾種方案，第一種就是利用回流熱氣體產(chǎn)生的氣體來幫助穩(wěn)定火焰，也就是使用高溫回流氣體來幫助穩(wěn)定點火時候所需要的溫度，第二種方式就是使用金屬棒或者金屬環(huán)等來穩(wěn)定火焰，第三種方式就是用值班火焰來穩(wěn)定。

二、燃燒不穩(wěn)定性和震蕩燃燒

2.1產(chǎn)生原因和危害

因為燃?xì)廨啓C(jī)在燃燒的時候，燃燒過程非常復(fù)雜，并且因為在燃燒的時候會有傳熱以及其他劇烈化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，所以說這是一種多擾動的耦合燃燒過程，在燃燒的時候，因為這種復(fù)雜的燃燒過程很容易產(chǎn)生自激振蕩，導(dǎo)致燃燒室內(nèi)的壓力不穩(wěn)定，經(jīng)常會出現(xiàn)周期性或者類似這種周期性的變化，這種周期新的不穩(wěn)定變化又會稱之為燃燒不穩(wěn)定性，這種呈現(xiàn)周期性變化的燃燒很容易在燃燒的過程中發(fā)出低頻或者高頻的壓力震動，同時會因為燃燒時發(fā)出的噪聲，也被稱作震蕩燃燒，這種振蕩燃燒有很大的危害，比如會增加污染物的排放，并且會影響燃燒效率，在同一時刻，因為長時間的壓力增加也非常有可能會導(dǎo)致燃燒室的一些零件出現(xiàn)損壞的情況，一旦出現(xiàn)零件損壞，那么會給燃?xì)廨啓C(jī)的帶來極大的安全隱患。

2.2研究情況

Higgins在1802年的時候，通過對燃燒輪機(jī)的研究發(fā)現(xiàn)一個有趣的事實，他給火焰蓋上一個筒罩，在筒罩的正上面出現(xiàn)了一個較為明顯的聲調(diào)，并且在之后人們的研究中發(fā)現(xiàn)，因為火焰在燃燒的時候，會釋放熱波，這種熱波動會跟壓力波動之間的相位差有可能決定著能否產(chǎn)生震蕩燃燒，在燃燒的時候，會將燃?xì)鈮嚎s，在壓縮之后會將震動方法，在之后人們的研究中發(fā)現(xiàn)在燃燒時與燃燒時間以及在某一時刻釋放的熱量和燃燒室的壓力油很大關(guān)系。Dwoing對這一情況提出了一個大膽的假設(shè)，發(fā)現(xiàn)了振蕩燃燒不衰竭的條件，在燃燒的時候，因為熱量在被轉(zhuǎn)化聲能量的時候，這一數(shù)值超過了聲能損失的能量，也就是說聲能的變化量是非負(fù)的，能夠影響燃燒不穩(wěn)定的原因有以下幾種：第一種是壓氣機(jī)排氣系統(tǒng)，第二種是燃料供應(yīng)系統(tǒng)，第三種是燃燒室的排氣系統(tǒng)，因為在燃燒的時候，可能會因為流動不穩(wěn)定，或者燃料空氣比波動都會造成燃燒的不穩(wěn)定，在之后學(xué)者的研究中可以看到振蕩燃燒的控制條件主要是通過作動器較小的能量來控制壓力的震動，對于作動器壁板有聲波發(fā)生器或者空氣燃料調(diào)節(jié)器等等。西門子f級燃機(jī)是由壓氣機(jī)以及燃燒室和透平機(jī)組成，可以以空氣以及燃料氣為工質(zhì)的、旋轉(zhuǎn)式熱力發(fā)動機(jī)。

三、環(huán)形燃燒室分析

3.1環(huán)形燃燒室的結(jié)構(gòu)特點

環(huán)形燃燒室是由軸流式壓氣機(jī)以及燃燒室和軸流式渦輪構(gòu)成，組成上是由一個主軸鏈接進(jìn)氣口和壓氣機(jī)以及燃料管，同時連接燃燒室、渦輪以及排氣口。燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子和渦輪轉(zhuǎn)子在一根轉(zhuǎn)動軸上，共同組成了燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子，渦輪在向外提供動力的同時也帶動其一同旋轉(zhuǎn)。從剖面來看，燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子安裝在機(jī)殼內(nèi);在壓氣機(jī)與渦輪之間又一個環(huán)形燃燒室，燃燒室內(nèi)安裝環(huán)形火焰筒，有燃料管向多個燃燒器輸送燃料。

3.2特點

環(huán)形燃燒室一般比較短，可以縮短發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子長度，從而提高轉(zhuǎn)子剛度，利于解決動力學(xué)問題。其次，具有最小的發(fā)動機(jī)的迎風(fēng)面積;3、與壓氣機(jī)流場匹配容易，壓力損失小;4、起動聯(lián)焰可靠。

四、結(jié)束語

燃?xì)廨啓C(jī)在燃燒室中的燃燒穩(wěn)定性決定了燃?xì)廨啓C(jī)的工作狀態(tài)的穩(wěn)定性，所以說想要安全高效的運行燃?xì)廨啓C(jī)，就要做好燃燒穩(wěn)定工作，本文就此從燃燒穩(wěn)定的相關(guān)理論出發(fā)，闡述了一些控制燃燒穩(wěn)定的方法，同時也闡述了有關(guān)振蕩燃燒的原理，并根據(jù)重型燃燒機(jī)的結(jié)構(gòu)來說明了如何穩(wěn)定燃燒。

參考文獻(xiàn)：

[1]王瑋，肖俊峰，高松，王峰，李曉豐，胡孟起.空燃比對燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室燃燒不穩(wěn)定性影響的數(shù)值研究[J].燃燒科學(xué)與技術(shù)，2019，25（05）：439-444.

[2]肖俊峰，李曉豐，高松，王峰，王瑋.預(yù)混燃燒下環(huán)境溫度對某型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒穩(wěn)定性和NO_x排放影響的數(shù)值研究[J].燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2019，32（02）：27-33.

[3]母濱.貧預(yù)混燃燒室NOx排放的化學(xué)反應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)模型數(shù)值研究[D].中國科學(xué)院大學(xué)（中國科學(xué)院工程熱物理研究所），2019.

（作者單位：河北華電石家莊熱電有限公司）