貧預混燃燒技術
發布時間：
2022-03-17
傳統降氮措施只有噴水或者蒸汽降低火焰溫度，但是降氮效果非常有限[1,2]。對于燃燒學及氮氧化物生成機理進行了深入的研究，而貧預混燃燒是基于氮氧化物生成機理最早提出的現代干式第NOx燃燒組織技術。該技術首先應用于航空發動機，工業最高水平的燃燒組織技術，而后又通過航改燃的研發形式，應用于地面大型燃氣輪機，包括艦船動力燃氣輪機等。
上世紀70年代，由于美國官方航空組織要求嚴格控制航空飛行器氮氧化物排放，各大航空發動機公司投入大量人力和物力對于低氮燃燒技術進行了研發。傳統降氮措施只有噴水或者蒸汽降低火焰溫度，但是降氮效果非常有限[1,2]。對于燃燒學及氮氧化物生成機理進行了深入的研究，而貧預混燃燒是基于氮氧化物生成機理最早提出的現代干式第NOx燃燒組織技術。該技術首先應用于航空發動機，工業最高水平的燃燒組織技術，而后又通過航改燃的研發形式，應用于地面大型燃氣輪機，包括艦船動力燃氣輪機等。
圖1 貧預混燃燒室結構[2]
Fig. 1 Lean and premixing burner schematic
如圖1所示，該燃燒室燃燒組織形式是通過空氣過量與燃料預混燃燒，降低火焰溫度，一級和二級燃燒區域通過控制避開化學單量比，NOx生成最高的條件，從而降低NOx的生成。另外，由于分級燃燒，可以特定控制燃燒負荷，可以滿足針對不同工況負荷要求，配置不同的燃燒策略，如圖2所示。
圖2 GE公司燃燒室燃燒室控制策略[3]
Fig. 2 GE combustor control strategy
該燃燒組織技術是后面發展的其他技術基礎，其他NOx控制燃燒組織技術或多或少都應用了該技術，是一種基礎控制NOx技術。由于絕大部分空氣與燃料預混燃燒，使得低負荷工況條件時，火焰容易被空氣吹滅，造成燃燒不穩定等問題。因此，該技術還需要配合其他技術共同使用，包括旋流燃燒技術，分級燃燒技術，穩焰燃燒技術等。后面發展的其他技術，大多是針對性的改進和延伸。
基于貧預混的燃燒技術首先應用在航空領域，而后又拓展到燃氣輪機領域，得到了很好的技術效果。高精燃燒組織技術在這兩個領域得到了長足發展，但是在一般工業領域，還鮮有應用。基于此，我公司致力于針對國內一般工業領域，例如冶金，石化和建材等行業，將最先進的燃燒技術進行轉化，使一般工業領域也可以應用最為先進的燃燒技術，進而提高國內工業裝備技術水平。
參考文獻：
[1] 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.
[2] DAVISL B,WASHAM R M.Development of a dry low NOx combustor[C]//ASME1989International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exposition.Toronto, Canada: ASME,1989.
[3] DAVIS L B.Dry low NOx combustion systems for GE heavy G duty gas turbines[C] // ASME1989International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exhibition.Birmingham, USA:ASME,1996
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