燃气轮机原理第四章 燃烧室4-6.ppt

燃气轮机原理第四章燃气轮机燃烧室,4-6燃用重油燃料的若干问题,重油燃料------在原油中提取了沸点低、分子量较轻的汽油、煤油和柴油后所残余下来的重质碳氢化合物。特点------分子结构复杂而粘度大，沸点高而挥发性差，含有大量由硫、铝、钾、钠、镁、钙、铁、钒、锌等元素的化合物组成的灰分。,重油不是一种很容易燃烧的燃料，它为在燃气轮机中的使用带来了一系列困难燃烧问题结垢问题腐蚀问题,燃烧问题,在机组负荷变动时，燃用重油容易出现积炭、积焦，甚至排气冒黑烟现象。原因由于雾化不良，重油液滴颗粒过大，因而在低负荷工况下很容易未经燃烧就被带离高温区，最后以液体状态积存在火焰管尾部壁面上，经高温燃气烘烤而逐渐形成积焦或积炭；,燃烧问题,喷雾锥角过大时，油滴也容易被甩到火焰筒的过渡锥顶或壁面上去，同样会在高温燃气烘烤下形成积焦或积炭；由于燃烧区内过量空气系数过大，即燃烧区的温度水平过低，致使重油燃料来不及充分燃烧而被带走，同样为火焰管尾部的积炭提供了条件；,燃烧问题,由于燃料与空气混合不好，致使重油燃料不能及时地得到新鲜空气助燃，从而产生析炭，在喷油锥角选得过小或喷油嘴的结构设计不当时，这个问题特别严重。那时会有大量的重油被喷到乏氧的高温回流区，严重缺氧而析炭；由于火焰筒壁温度太低，在沾上油滴后，无法使其充分燃烧而形成积炭。,燃烧问题,积炭的后果相当严重------燃烧效率下降；喷油嘴的端面积炭，喷雾锥角偏斜，雾化质量降低，燃烧条件进一步恶化；高负荷时，积存的干炭会复燃，燃烧火焰筒或回热器；析出的炭粒子磨损涡轮叶片，降低使用寿命。,结垢问题,由于重油中含有大量的灰分和杂质，当它们被高温燃气带着流过涡轮和回热器时，就会在叶片表面或回热器换热面上逐渐积存起来，使流道通流面积减小，降低涡轮的功率和效率以及换热效果。国外某试验结果表明，在结垢较严重的情况下，机组运行810小时后性能就受到影响。运行300小时后，机组功率降低40。,结垢问题,在气流速度如此高的涡轮流道中，结垢形成的原因目前为止还未研究清楚。但涡轮叶片和回热器上的结垢种类为由于燃烧不完全而形成的炭黑和沥青和燃料中的灰分混在一起形成的结垢；由燃料灰分中的K,Na,Mg,Fe等杂质与燃烧后产生的SO2和SO3化合而成的硫酸盐或亚硫酸盐形成的结垢，Na2SO4为主要成分；,结垢问题,由燃料灰分中的钒盐在温度低于1200C的条件下与氧气化合成V2O5以及由V2O5与各种金属氧化物相互作用而成的复杂化合物，如Na2OV2O5，Fe2O3V2O5等形成的结垢。这些化合物的融点比较低，在高温燃气中是以熔融的粘性状态出现，因而当遇到温度较低的金属表面时就会粘在上面而凝结成粘得很劳的结垢。,腐蚀问题,积存在涡轮叶片上的灰分，由于各种复杂的原因，会与叶片的金属元素逐渐起化学或物理作用，使叶片腐蚀损坏，严重影响机组的寿命和运行可靠性。原因当涡轮叶片的金属表面温度超过650C后，就会发生一种以V2O5为主体的腐蚀现象。当涡轮叶片结垢中Na2SO4量达到10时，V2O5的腐蚀作用最强烈；,腐蚀问题,当燃气温度提高到900950C时，会发生碱金属硫酸盐腐蚀。碱金属硫酸盐与叶片金属或其它金属氧化物发生化学作用生成金属硫化物，同时氧化层呈多孔、松脆状而剥落下来，使金属表面剥落暴露。同时，金属硫化物因氧化释放出自由硫，使叶片金属表面进一步硫化而完成硫化物的自行再生过程，因而腐蚀过程不断向金属内部发展。,解决措施喷油嘴,预热重油燃料，降低其粘度，为重油雾化提供条件；采用空气喷油嘴或回油式喷油嘴，以确保在低负荷工况下能把重油雾化成很细的颗粒。试验表明，重油的积炭、积焦主要是在燃烧温度低于1000C以下的低负荷工况发生。假如使液滴颗粒尺寸小于100m的重量百分数不低于85，尺寸大于150m的不超过8，就有可能改善燃烧过程；,解决措施喷油嘴,在火焰管直径较小的燃烧室中燃用重油时，喷油锥角应取在5080，防止重油甩到火焰管上。在大型燃烧室中，喷油锥角可取到80100左右，防止将重油喷到乏氧的回流区中去；重油燃料的喷油嘴容易磨损，必须采用优质材料制造，例如3Cr13并作硼化处理。,解决措施燃烧室,合理控制进入燃烧区的空气量，以确保在低负荷工况下，燃烧区的温度不低于10501200C，而在满负荷时，余气系数在1.151.20左右（一次空气自调方案）；选择合适的旋流器结构型式以求得比较合理的燃烧区温度场的分布特性（在火焰管中心附近，占整个横截面积2/3以上的空间内燃烧温度超过10501200C，无大颗粒的油滴甩出此高温区）；,解决措施燃烧室,重油燃料的挥发性差，燃烧速度低，应适当延长液滴逗留时间，容热强度要小；增强气流的紊流扰动强度，提高重油的燃烧速度；提高重油燃烧室的壁温，低负荷时，保证火焰管壁温超过400450C，在空气供给充分的条件下，积炭和积焦都能复燃烧尽。需要采取冷却空气保护方案，以防止满负荷时壁面温度过高。,解决措施燃料,从结垢和腐蚀的成因可见，重油灰分中的Na、V、S是造成涡轮叶片和回热器表面结垢和腐蚀的主要原因。结垢现象的发生又为腐蚀想象的发生提供了先决条件。由此可见，清除重油灰分中的Na、V、S，特别是清除所含的Na盐是解决重油燃料在燃气轮机中使用是产生结垢和腐蚀现象的主要措施。,解决措施燃料,对重油进行处理，例如水洗，去掉重油中的钠盐；在重油中加入防腐添加剂，例如镁添加剂（MgSO47H2O或MgOH2），使钒V和镁Mg在燃烧火焰中反应生成融点高于1000C的化合物，以减少钒盐积存到涡轮叶片上去发生腐蚀作用的可能性；硫化物不作处理（Na去掉后，硫化物的腐蚀作用减缓）。,计算题,已知发动机采用航空煤油作燃料，设空气流量qma50kg/s，余气系数3.45，求每小时燃油的消耗量。,