乾式低排放燃燒室技術

乾式低排放燃燒室技術為一種新型的環保技術。

乾式低排放燃燒室技術

隨著環保意識的增強和排放標準的制定要求航空發動機和工業燃氣輪機必須降低氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)和未燃盡的碳氫化合物(UHC)等排放量。航空發動機和燃氣輪機界嘗試開發了多種新的燃燒室設計技術,其中乾式低排放燃燒室技術是最突出的代表,如變幾何燃燒技術、空氣和燃料分級燃燒技術、貧油預混預蒸發技術、富油-猝熄-貧油技術和催化燃燒技術等。這裡就以一些有代表性的製造商的燃燒室設計、研製和發展進行討論。
RR公司乾式低排放燃燒室技術
RR公司對乾式低排放燃燒室技術的研究開始於20世紀70年代,於1975年研製了一種整體結構的軸向分級預混燃燒室。20世紀80年代,RR公司在1800K火焰溫度附近探索研究了常規燃燒室、可變幾何形狀燃燒室、並列分級供油燃燒室和串列分級供油燃燒室,最後選擇了串列分級燃燒室,並為工業RB211燃氣輪機研製了貧油、預混、串列分級燃燒室。1992年和1993年分別完成了整機試驗和外場驗證試驗,1994年投入天然氣管道套用,稱為首台航改乾低排放燃燒室燃氣輪機。目前,RR公司又將其引入到工業AVON和工業TRENT等燃氣輪機上。
GE公司乾式低排放燃燒室技術

乾式低排放燃燒室技術歷史發展

20世紀60年代中期,GE公司開始研究預混火焰NOx的形成機理。70年代中期,GE公司在NASA主持的試驗清潔燃燒室計畫(ECCP)中為CF56-50發動機研製了一種雙環腔徑向分級燃燒室,使NOx排放量比常規燃燒室降低25%,但結構複雜、費用高、重量大。70年代末到80年代初,GE公司在高效節能發動機計畫中,以NASA的試驗清潔燃燒室計畫和低噪音、清潔、短程試驗發動機研製計畫(QCSEE)的燃燒室為基礎,研製了先進的低排放燃燒室。經過多年的發展和改進,90年代在GE90上套用時,期NOx排放量比CF56-50發動機降低了34%。20世紀90年代,GE公司開始設計航改燃氣輪機新的燒氣態燃料、貧油、預混、徑向分級的燃燒系統,目標是將NOx的排放量降低到25ppm以下,將CO、UHC和顆粒狀物等的排放量也降到很低。1990年4月,GE公司開始為LM6000燃氣輪機研製燃料和空氣進行貧油預混燃燒的燃燒室,並取得良好的效果。另外,GE公司還成功地開發了一個用於低熱值(LHV)燃料和整體煤氣聯合循環的全尺寸、F級、富油-猝熄-貧油(RQL)燃氣輪機燃燒室
PW公司乾式低NOx燃燒室系統
20世紀70年代初,PW公司在NASA主持的試驗清潔燃燒室計畫(ECCP)下研製降低JT8D環管燃燒室及高涵道比發動機環形燃燒室的排放量,研究了分段燃燒、燃料預混和預燃、化學當量控制和氣動霧化噴嘴。1975年,PW公司為JT8D發動機研製了一種徑向分區的低排放燃燒室,經試驗驗證,該燃燒室結構簡單、適航性好,CO、UHC的排放量大大降低,但NOx變化不大。同時,PW公司在NASA主持的試驗清潔燃燒室(ECCP)下也為JT8D-7發動機設計了一種旋渦混合和燃燒的串列分級燃燒室,使NOx的排放量比常規燃燒室降低了25%。20世紀70年代末到80年代初,PW公司在高效節能發動機(E3)計畫中開發了一個高性能、緊湊的燃燒系統,發展到90年代套用到V2500發動機上,排放量比常規燃燒室降低了33%。20世紀90年代初,渦輪動力和艦船系統公司與PW公司又制定了一個FT8乾低NOx燃燒室計畫,開始研製FT8-2燃氣輪機的貧油、預混、軸向分級的乾低排放燃燒室。試驗表明,他能在更高的環境溫度下維持現有FT8-1燃氣輪機世界級的性能水平,於提高發動機在較低的工作環境溫度下的輸出功率和效率的同時,NOx排放量降低到25ppm一下,CO和UHC的排放量也降到相當低的水平。90年代中後期,PW公司又開始研製RQL燃燒室技術。
BMW-RR公司的貧油預混預蒸發軸向分級燃燒室
1994年,BMW-RR公司按照德國航空研究計畫研製和驗證一種貧油預混預蒸發艙(LPP)軸向分級燃燒室。該燃燒室已經成功的進行了試驗,驗證了它在未來的發動機研製中能實現低排放,但是需要解決如可靠性、適航性和安全性等問題。
SNECMA公司乾低排放燃燒室的發展
在歐洲BRITE/EURAM的“低排放燃燒室技術”計畫下,SNECMA公司與VOLVO公司合作設計了5個富油燃燒快速猝熄-貧油燃燒燃燒室方案。並在ONERA的試驗裝置上進行了貧油熄火試驗和排放試驗,同時也進行了CFD分析,CFD分析和試驗結果共同驗證了RQL方案。

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