一种全尺寸多功能燃气轮机燃烧试验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种全尺寸多功能燃气轮机燃烧试验系统，包括空气供给系统、气体燃料供给系统、燃油供给系统、燃烧试验件、冷却水系统、测量及数据采集系统、吹扫系统、排气系统和试验控制系统。该系统利用燃气轮机燃烧试验件达到全尺寸的效果。燃烧试验台可直接以天然气为燃料，也可预留合成气接口，配备合成气与柴油双燃料喷嘴，实现柴油燃料与合成气燃料的燃烧。燃烧试验时，试验条件与燃气轮机实际运行条件相同，可以实现扩散与预混燃烧。并在燃烧试验件后预留气膜冷却试验平台、透平叶栅传热试验平台、燃气轮机热通道部件基体和热障涂层性能试验平台，可直接利用空压机排气及燃烧试验后的高温燃气进行相关研究。

A full size and multi-function gas turbine combustion test system

【技术实现步骤摘要】
一种全尺寸多功能燃气轮机燃烧试验系统
：本专利技术涉及一种燃烧试验系统，具体涉及一种全尺寸多功能燃气轮机燃烧试验系统。
技术介绍
：燃烧室是燃气轮机的三大核心部件之一，与燃烧相关的燃烧调整、低污染燃烧、燃烧室冷却等技术直接关系到燃气轮机的安全性和经济性。结合我国燃气轮机发电行业的现状，开展上述燃气轮机燃烧相关技术的研究，有利于促进燃气轮机燃烧技术的可持续发展、进一步提升我国燃气轮机发电
的专业地位。燃烧调整是保证燃气轮机燃烧安全稳定、经济、低污染排放运行的主要技术手段，是燃气轮机运行与维护的核心技术。截至目前，我国仍未掌握重型燃气轮机的燃烧调整技术。当燃气轮机新投产、燃料成分变化、外部环境温度偏差超过一定范围、热部件升级、燃烧室部件拆除、重新安装或者更换、燃气轮机小修、中修或大修后、增加或者拆除影响燃烧系统运行状态的硬件等情况时，均需依赖国外制造商频繁进行燃烧室燃烧调整，导致运维成本过高。否则，会造成燃烧不稳定、燃烧效率低，严重时会导致燃烧室喷嘴、火焰筒、过渡段、透平叶片等关键部件损坏。因此，开发先进的燃烧调整技术并在此基础上逐步发展自主的燃气轮机燃烧技术是当前燃气轮机
的重要课题。为开发先进的燃气轮机燃烧调整技术并逐步发展高效率的燃气轮机燃烧技术，首先要建立燃气轮机燃烧试验平台，充分掌握燃烧室内的燃烧机理，深入了解燃烧室内气动、热力学等方面的物理问题及复杂的化学反应问题，并通过燃料热值及环境温度等外界条件的变化有计划地改变某些可调参数及控制方式，对燃烧工况做全面的调整并测出某些单项指标值，然后将取得的结果进行科学分析，从经济性、安全性等方面加以比较，从而确定最佳的燃烧运行方式和各种影响因素变化的规律，并校整设备的运行特性，或改进燃烧室的设计技术，实现燃烧室点火迅速可靠、燃烧稳定、流动损失小、出口温度场分布均匀、污染物排放低、寿命长、安全可靠性高的目标。其次，建设重型燃气轮机燃烧试验平台，可利用空压机排气，进行气膜冷却试验；可利用燃烧试验产生的高温燃气环境，进行透平叶栅传热试验。通过气膜冷却试验与透平叶栅传热试验的研究结果，可对透平气膜冷却结构优化与透平叶栅结构优化设计提供理论依据。此外，国内目前尚不掌握E/F级燃气轮机热通道部件的修复技术，亦缺乏热通道部件的高温及耐腐蚀性能验证平台，我国拟通过技术合作进行E/F级燃气轮机热通道部件修复并逐步实现修复技术的自主化。在燃烧试验平台后搭建热通道部件基体和热障涂层性能试验系统，可利用燃烧试验后的高温燃气，对热通道部件的高温力学性能及耐高温氧化、腐蚀性能进行验证试验，并在此基础上进行修复后的热通道部件长期高温环境的验证测试，以获得用户的信赖及促进热通道部件修复产业化的发展。现有的针对重型燃气轮机燃烧室的试验系统较少，其存在如下问题：首先大部分燃烧试验件为模型燃烧室或中压燃烧室，其获得的燃烧动态压力幅频特性结果与在役全尺寸、全压燃气轮机燃烧试验结果有一定差异；其次燃烧试验系统通常只考虑燃用一种气体燃料，可燃用燃料种类相对单一，另外燃烧试验系统通常单纯进行扩散燃烧或预混燃烧，造成燃烧试验条件受限，只能研究单一燃烧模式下的燃烧特性；再次燃烧试验过程中产生的高温烟气经喷水减温后通过回热器利用了部分余热，绝大部分热量并未充分利用。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于针对现有燃气轮机燃烧试验系统的以上缺陷或改进需求，提供了一种全尺寸多功能燃气轮机燃烧试验系统。该系统利用燃气轮机燃烧试验件达到全尺寸的效果。燃烧试验台可直接以天然气为燃料，也可预留合成气接口，配备合成气与柴油双燃料喷嘴，实现柴油燃料与合成气燃料的燃烧。燃烧试验时，试验条件与燃气轮机实际运行条件相同，可以实现扩散与预混燃烧。并在燃烧试验件后预留气膜冷却试验平台、透平叶栅传热试验平台、燃气轮机热通道部件基体和热障涂层性能试验平台，可直接利用空压机排气及燃烧试验后的高温燃气进行相关研究。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案来实现：一种全尺寸多功能燃气轮机燃烧试验系统，包括空气供给系统、气体燃料供给系统、燃油供给系统、燃烧试验件、冷却水系统、测量及数据采集系统、吹扫系统、排气系统和试验控制系统；其中，空气供给系统用于连续地向燃烧试验件提供大流量、高压且温度可调的压缩空气；气体燃料供给系统用于向燃烧试验件供给充足且压力稳定的气体燃料；燃油供给系统用于向燃烧试验件供给燃油，包括依次连接的储油罐、滤油器、变频油泵和截止阀，利用变频油泵的变频器调节供油量；冷却水系统分为高压水系统和低压水系统，高压水系统用于冷却高温烟气，低压水系统用于冷却空气供给系统；测量及数据采集系统包括烟气测量装置和流动参数测量装置，其中，烟气测量装置用于测量燃烧后的燃气组分；流动参数测量装置用于测量燃烧试验件中的温度和压力；吹扫系统包括氮气吹扫系统以及高压空气吹扫系统，氮气主要用来吹扫气态燃料供给管路，高压空气吹扫系统，用于对燃油喷嘴进行吹扫；排气系统包括排气调节系统及消音系统，排气调节系统调节燃烧试验件排气压力，并将高温燃气降温后经消音系统中的消音塔排出；试验控制系统通过用于对试验过程中各个设备的控制，并实现试验工况的控制和调整。本专利技术进一步的改进在于，燃烧试验件包括燃烧室外缸、设置在燃烧室外缸内的过渡段、以及设置在燃烧室外缸外与过渡段依次连接的火焰筒和燃料喷嘴。本专利技术进一步的改进在于，空气供给系统包括依次连接的空气进气系统、空压机、回热器和电加热器I。本专利技术进一步的改进在于，还包括与空压机连接的气膜冷却特性试验系统，气膜冷却特性试验系统包括依次连接的过滤器、收缩段Ⅰ、湍流发生器和试验段I；湍流发生器用以产生稳定的低湍流度来流，试验段I入口布有热线风速仪和毕托管测量来流湍流度、速度和静压；过滤器中布置有三层细沙网，用以过滤杂质并将来流整理均匀；收缩段I四面均匀收缩以避免流动分离；试验段I布置在方型通道中，方形通道各面由透明有机玻璃制成，利用CCD相机结合LED光源进行拍照；在试验段I一侧布置有一方腔型冷却通道，空气通过电加热器Ⅲ、质量流量计I为气膜冷却孔提供不同温度与流量的冷却空气，此外，试验段I内镶嵌有一块试验平板。本专利技术进一步的改进在于，气体燃料供给系统包括气阀站调配系统及气体燃料罐车泊位，其中，气阀站调配系统包括与天然气管道依次连接的计量站、压缩机、储气罐、调压阀和电加热器，还包括与电加热器出气口连接的氮气瓶和流量计，气体燃料罐车泊位包括依次与电加热器出气口连接的调节阀I和合成气罐车。本专利技术进一步的改进在于，冷却水系统包括依次连接的冷却塔、蓄水池及给水泵。本专利技术进一步的改进在于，还包括透平叶栅换热试验系统，包括依次连接的质量流量计Ⅱ、稳定段、收缩段Ⅱ、稳定过渡段和试验段Ⅱ，试验段Ⅱ内放置有耐高温应变片，稳定段上设置有热电偶，稳定过渡段末端的周向上开设有若干用于放置热电偶的进口温度测量孔，试验段Ⅱ外侧设置有红外热像系统，热电偶、进口温度测量孔处的热电偶、红外热像系统以及耐高温应变片均与温度和应变数据采集系统连接；还包括电加热器Ⅳ和质量流量计Ⅲ，空气经电加热器Ⅳ和质量流量计Ⅲ进入试验段Ⅱ。本专利技术进一步的改进在于，还包括燃气轮机热通道部件基体和热障涂层性能试验系统，包括均与高温试验高温燃气连通的热机械疲劳试验机和热震测试炉。相对于现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全尺寸多功能燃气轮机燃烧试验系统，其特征在于，包括空气供给系统、气体燃料供给系统、燃油供给系统、燃烧试验件(5)、冷却水系统、测量及数据采集系统、吹扫系统、排气系统和试验控制系统(30)；其中，空气供给系统用于连续地向燃烧试验件(5)提供大流量、高压且温度可调的压缩空气；气体燃料供给系统用于向燃烧试验件(5)供给充足且压力稳定的气体燃料；燃油供给系统用于向燃烧试验件(5)供给燃油，包括依次连接的储油罐(10)、滤油器(11)、变频油泵(12)和截止阀(28)，利用变频油泵(12)的变频器调节供油量；冷却水系统分为高压水系统和低压水系统，高压水系统用于冷却高温烟气，低压水系统用于冷却空气供给系统；测量及数据采集系统包括烟气测量装置和流动参数测量装置，其中，烟气测量装置用于测量燃烧后的燃气组分；流动参数测量装置用于测量燃烧试验件中的温度和压力；吹扫系统包括氮气吹扫系统以及高压空气吹扫系统，氮气主要用来吹扫气态燃料供给管路，高压空气吹扫系统，用于对燃油喷嘴进行吹扫；排气系统包括排气调节系统及消音系统，排气调节系统调节燃烧试验件排气压力，并将高温燃气降温后经消音系统中的消音塔(26)排出；试验控制系统(30)通过对试验过程中各个设备的控制，实现试验工况的控制和调整。...

【技术特征摘要】
1.一种全尺寸多功能燃气轮机燃烧试验系统，其特征在于，包括空气供给系统、气体燃料供给系统、燃油供给系统、燃烧试验件(5)、冷却水系统、测量及数据采集系统、吹扫系统、排气系统和试验控制系统(30)；其中，空气供给系统用于连续地向燃烧试验件(5)提供大流量、高压且温度可调的压缩空气；气体燃料供给系统用于向燃烧试验件(5)供给充足且压力稳定的气体燃料；燃油供给系统用于向燃烧试验件(5)供给燃油，包括依次连接的储油罐(10)、滤油器(11)、变频油泵(12)和截止阀(28)，利用变频油泵(12)的变频器调节供油量；冷却水系统分为高压水系统和低压水系统，高压水系统用于冷却高温烟气，低压水系统用于冷却空气供给系统；测量及数据采集系统包括烟气测量装置和流动参数测量装置，其中，烟气测量装置用于测量燃烧后的燃气组分；流动参数测量装置用于测量燃烧试验件中的温度和压力；吹扫系统包括氮气吹扫系统以及高压空气吹扫系统，氮气主要用来吹扫气态燃料供给管路，高压空气吹扫系统，用于对燃油喷嘴进行吹扫；排气系统包括排气调节系统及消音系统，排气调节系统调节燃烧试验件排气压力，并将高温燃气降温后经消音系统中的消音塔(26)排出；试验控制系统(30)通过对试验过程中各个设备的控制，实现试验工况的控制和调整。2.根据权利要求1所述的一种全尺寸多功能燃气轮机燃烧试验系统，其特征在于，燃烧试验件(5)包括燃烧室外缸(6)、设置在燃烧室外缸(6)内的过渡段(9)、以及设置在燃烧室外缸(6)外与过渡段(9)依次连接的火焰筒(8)和燃料喷嘴(7)。3.根据权利要求2所述的一种全尺寸多功能燃气轮机燃烧试验系统，其特征在于，空气供给系统包括依次连接的空气进气系统(1)、空压机(2)、回热器(3)和电加热器I(4)。4.根据权利要求3所述的一种全尺寸多功能燃气轮机燃烧试验系统，其特征在于，还包括与空压机(2)连接的气膜冷却特性试验系统，气膜冷却特性试验系统包括依次连接的过滤器(32)、收缩段Ⅰ(33)、湍流发生器(34)和试验段I(35)；湍流发生器(34)用以产生稳定的低湍流度来流，试验段I(35)入口布有热线风速仪(36)和毕托管(37)测量来流湍流度、速度和静压；过滤器(32...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖俊峰，王峰，李晓丰，王玮，于飞龙，
申请(专利权)人：华能国际电力股份有限公司，西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11