燃?xì)廨啓C(jī)干式低污染燃燒室DLN的設(shè)計(jì)原理培訓(xùn)教材

燃?xì)廨啓C(jī)干式低污染燃燒室DLN的設(shè)計(jì)原理培訓(xùn)教材隨著環(huán)境污染情況的日益嚴(yán)重，人們要求發(fā)展一種不噴水(或蒸汽)的干式低污染(主要是NOx和CO)的燃燒室以敷使用，這已成為工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展的一個(gè)新的準(zhǔn)則。經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)研究，目前人們已經(jīng)能使燒天然氣的干式低污染燃燒室(DLN)的NOx排放量。降低到25×10-6(體積分?jǐn)?shù))，并有可能在近期內(nèi)降低到(5-9)×10-6(體積分?jǐn)?shù))的水平。如前所述：在燃燒過(guò)程中若能使燃燒火焰面上的反應(yīng)溫度始終低于生成NOx的起始溫度1650℃，那么，燃燒產(chǎn)物中的NOx必然是很低的。但是，擴(kuò)散燃燒方式的火焰面溫度總是與αf=1相當(dāng)?shù)睦碚撊紵郎囟?，它不因燃料與空氣的總摻混比的濃或烯而異，因而NOx的生成有所抑制，但畢竟不能完全解決問(wèn)題，甚至?xí)?lái)一些副作用。為此，需要探索在燃燒過(guò)程中能夠控制火焰面的溫度，從而抑制生成NOx的新途徑。這就是摒棄常規(guī)燃燒中的擴(kuò)散燃燒方式，而改用均相預(yù)混方式的湍流火焰?zhèn)鞑ト紵椒āＫ^均相預(yù)混方式的湍流火焰?zhèn)鞑ト紵椒ň褪侵福喊讶剂险羝?或天然氣)與氧化劑(空氣)預(yù)先混合成為均相的、稀釋的可燃混合物，然后使之以湍流火焰?zhèn)鞑サ姆绞酵ㄟ^(guò)火焰面進(jìn)行燃燒，那時(shí)，火焰面的燃燒溫度與燃料和空氣實(shí)時(shí)摻混比的數(shù)值相對(duì)應(yīng)(不再只是αf=1的理論燃燒溫度了)。通過(guò)對(duì)燃料與空氣實(shí)時(shí)摻混比的控制，使火焰面的溫度永遠(yuǎn)低于1650℃，這樣就能控制“熱NOx”生成。但是，均相預(yù)混可燃混合物的可燃極限范圍是比較狹窄的，而且在低溫條件下火焰?zhèn)鞑ニ俣缺容^低，CO的排放量就會(huì)增大。因而為了防止燃燒室熄火，并適應(yīng)燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷變化范圍很廣的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)干式低污染燃燒室時(shí)，還得采取以下一些措施，即：合理地選擇均相預(yù)混可燃混合物的實(shí)時(shí)摻混比和火焰溫度。如Lefebvre教授建議的那樣：對(duì)于天然氣來(lái)說(shuō)，按火焰溫度為1700-1800K這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選擇燃料/空氣的混合比是比較合適的。這樣才有可能使燃燒室的NOx和CO的排放量都比較低，如圖4-16所示。圖4-16燃燒火焰溫度對(duì)NOx和CO排放量的影響關(guān)系適當(dāng)增大燃燒室的直徑或長(zhǎng)度，以適應(yīng)火焰溫度較低時(shí)，火焰?zhèn)鞑ニ俣缺容^低的特點(diǎn)。必要時(shí)在低負(fù)荷工況下(包括起動(dòng)點(diǎn)火工況)仍然保留一小股擴(kuò)散燃燒火焰，以防燃燒室熄火，并使?jié)M足燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室負(fù)荷變化范圍很寬的要求。合理地控制均相預(yù)混可燃混合物從調(diào)節(jié)閥門噴口到燃燒區(qū)之間的輸運(yùn)時(shí)間(即可燃混合物的噴射壓比)，不使與燃燒室火焰管的共振周期重合，以防燃燒室發(fā)生振蕩燃燒現(xiàn)象。采用分級(jí)燃燒方式以擴(kuò)大負(fù)荷的變化范圍。目前，分級(jí)燃燒又有串聯(lián)式分級(jí)燃燒和并聯(lián)式分級(jí)燃燒兩大類，如圖4-17所示。a)串聯(lián)式b)并聯(lián)式圖4-17串聯(lián)式和并聯(lián)式分級(jí)燃燒之示意圖如圖4-17a所示，在串聯(lián)式的分級(jí)燃燒室中設(shè)置2-3個(gè)彼此串聯(lián)的燃燒區(qū)，每個(gè)燃燒區(qū)中都分別供給一定數(shù)量的空氣和燃料。不論機(jī)組的負(fù)荷量如何變化，流經(jīng)每個(gè)燃燒區(qū)的空氣量幾乎是恒定的，但供入各燃燒區(qū)的燃料量卻是根據(jù)機(jī)組負(fù)荷量的變化而不斷改變的。通常，在機(jī)組的起動(dòng)和低負(fù)荷工況下，只向第一級(jí)燃燒區(qū)供給燃料，一般，它仍然維持?jǐn)U散燃燒火焰狀態(tài)，這樣就能保證低負(fù)荷工況下燃燒火焰的穩(wěn)定性。隨著負(fù)荷的增高，逐漸向第2級(jí)和第3級(jí)燃燒區(qū)供應(yīng)燃料。那時(shí)，第1級(jí)燃燒區(qū)將維持恒溫運(yùn)行狀態(tài)，第2級(jí)和第3級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)則將維持變溫度的均相預(yù)混可燃混合物的火焰?zhèn)鞑ト紵绞?。在這類燃燒室中各級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)燃燒溫度的變化關(guān)系(也就是燃料供應(yīng)量的變化關(guān)系)如圖4-18所示。圖4-18典型的三級(jí)串聯(lián)的分級(jí)燃燒室中燃燒區(qū)內(nèi)燃燒溫度的變化關(guān)系由于在串聯(lián)式的分級(jí)燃燒室中，所有級(jí)的燃燒過(guò)程都是一級(jí)緊隨著前一級(jí)的燃燒區(qū)進(jìn)行的，因而每一級(jí)內(nèi)的可燃物質(zhì)都能獲得充分的預(yù)熱，這樣就能改善均相預(yù)混可燃混合物的火焰?zhèn)鞑ニ俣群拓氂拖ɑ饦O限(即：降低第2和第3級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)可燃混合物的貧油熄火溫度，如圖4-18所示)。顯然，這種燃燒方式可以提高低負(fù)荷工況下一級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)的燃燒溫度，并使氣流的速度減小，有利于改善這些工況下CO的燃盡程度和燃燒火焰的穩(wěn)定性。當(dāng)然，在高負(fù)荷工況下由于把均相預(yù)混可燃混合物的燃燒溫度控制在1800K以下，就能達(dá)到控制NOx排放量的目的。如圖4-17b所示，在并聯(lián)式的分級(jí)燃燒室中可以設(shè)置許許多多個(gè)彼此并聯(lián)的燃燒區(qū)，每個(gè)燃燒區(qū)中也都分別供給一定數(shù)量的空氣和燃料。它們的燃燒過(guò)程都是按均相預(yù)混可燃?xì)怏w的火焰?zhèn)鞑シ绞竭M(jìn)行組織的；燃燒溫度也被限定在1800K以下。因而能夠控制高負(fù)荷工況下NOx的排放量。顯然，并聯(lián)燃燒區(qū)的數(shù)目越多，該燃燒室的負(fù)荷可調(diào)范圍就越廣。在低負(fù)荷工況下，由于只有部分?jǐn)?shù)量的并聯(lián)燃燒區(qū)仍在貧油熄火溫度以上的高溫(1800K左右)條件下運(yùn)行，因而燃燒火焰的穩(wěn)定性和CO的燃盡程度都能得到保證。當(dāng)然，其熄火特性要比串聯(lián)式分級(jí)燃燒者差。相對(duì)來(lái)說(shuō)，串聯(lián)式分級(jí)燃燒