高效低碳燃气轮机燃烧室热声耦合振荡燃烧问题的抑制方法研究
能源与动力工程资助企业: 昆山江锦机械有限公司
企业导师: 史兆飞
指导教师: 葛冰
项目成员: 吴慧羽、刘先达、郭兴宇
项目概述
燃气轮机作为一种先进、复杂的成套动力系统,在能源、军事等领域都有广泛
的应用。大功率,高能量密度的设计指标下,带来了以 NOx为首的污染物排放以及碳排放问题。为满足环保要求,目前燃烧室大都采用贫燃预混技术,但在该条件下燃烧室内热声耦合振荡现象明显。
为避免产生高振幅振荡影响燃气轮机正常工作,本项目探究了多孔介质稳焰罩装置与亥姆赫兹管装置的被动控制方法以及基于等离子体的主动控制方法,完成振荡燃烧抑制实验验证,为我国高效低碳燃气轮机燃烧室的国产化设计提供技术支持。
项目目标
(1) 设计并搭建五喷嘴贫燃预混燃烧室振荡燃烧抑制实验验证平台。
(2)掌握基于多孔介质稳焰罩的被动振荡抑制控制方法,通过改变稳焰罩整体几何参数设计以及多孔结构设计有针对性地缓解振荡现象。
(3)掌握基于亥姆赫兹共振器的被动振荡抑制控制方法,通过设计共振腔内的几何结构与装配位置针对性地缓解振荡现象。
(4)掌握基于等离子体的主动振荡抑制控制方法,利用闭环系统实时监控燃烧室振荡情况并做出即时反馈,对变工况条件下燃烧振荡进行抑制。
(5)总结以上主、被动控制方法,提出基于主、被动控制方法的综合控制方法并完成实验验证
项目成果
本项目从三种不同的抑制燃气轮机燃烧室热声耦合振荡思路进行设计,提出了基于主、被动控制的综合控制方法,包括采用多孔介质稳焰罩装置,改变稳焰罩整体几何参数设计以及多孔结构设计有针对性地缓解振荡现象;采用亥姆赫兹共振器置,通过共振器腔内结构与在试验段中的轴向位置设计来应对具有多振荡主频的燃烧工况;采用等离子体主动控制系统,通过接受采集的信号反馈,利用闭环系统实时监控燃烧室振荡情况并做出及时反馈,具有高频、低能耗以及低污染排放等特点。使五喷嘴贫燃预混燃烧室热声振荡幅值降低 20%以上。