燃气轮机全压全尺寸燃烧室的实验方法技术

本发明专利技术是一种燃气轮机燃烧室的实验方法，可以进行燃烧室的全压全尺寸实验。利用电厂现有燃气轮机，在燃气轮机的压缩机出口抽取压缩空气作为燃烧室实验用空气，完全实现燃气轮机燃烧室的实际工作状况，包括点火、启动、升负荷、降负荷及停机等过程。本发明专利技术的实验方法既可以提高燃烧室实验的可靠性，也大大减少燃气轮机燃烧室压缩机的投资与耗电。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃气轮机燃烧室的设计领域，具体涉及一种燃气轮机全压 全尺寸燃烧室实验的方法。
技术介绍
燃气轮机既可以用于地面发电，也可以作为飞机发动机，舰艇的推进 动力等。燃气轮机燃烧室的设计与优化主要依靠燃烧室实验，全压全尺寸 燃烧室实验是燃烧室设计的重要环节和手段。燃气轮机燃烧室实验是用实验的方法模拟燃气轮机所有工况中燃烧 室内部所发生的情况，通过实验来验证燃烧室的设计，并通过实验提出改 进的措施和方向。燃烧室试验需要模拟燃烧室的空气进口的流量、压力， 燃料进口的流量、压力，燃烧室内部的压力、温度，以及燃烧室出口的压 力、温度分布等条件。当前燃烧室实验利用压縮机压缩空气进行模拟进口 空气，然后按燃烧室的功率供应适当的燃料，通过燃烧室出口的背压阀控 制燃烧室压力，通过调节进口的空气量和燃料量达到调节燃烧室不同负荷 的目的。燃烧室实验中最大的消耗是压縮空气，因为燃烧室需要大量的高 压空气，得到这些空气需要耗费大量的电力。当前燃气轮机的燃烧室实验主要有三种，第一种为全压全尺寸燃烧室 实验，其中燃烧室的尺寸以及燃烧室中的压力和流量完全模拟实际燃机中的条件，此方法需要耗费巨大的动力，但实验结果最能反映实际情况；第 二种为全尺寸低压实验，燃烧室尺寸保持和实际燃机燃烧室相同，但是燃 烧室的压力低于实际燃机燃烧室，利用等速模化原理，保证燃烧室内部的 流速与实际燃烧室相同，此种方法消耗较低，但是不能反映高压对于燃烧 室性能的影响；第三种为縮尺全压实验，将燃烧室尺寸按比例縮小，但是 保证燃烧室内部的压力和流速与实际燃机燃烧室相同，此种方法消耗较 低，但不能反映燃烧室尺寸对燃烧室性能的影响。由于第一种实验方法消耗巨大，现在大部分燃烧室实验都采用第二或第三中方法进行折中实验， 但由于第二和第三中实验本身存在的缺陷使得经过实验的燃烧室装机后 还需要大量的调试工作，增加了产品研发周期和研发投入。全压全尺寸燃 烧室实验需要用压縮机压縮大量的空气来模拟燃气轮机压縮机的排气的流量和压力，设备购置费及电费等耗资巨大，例如一台GE的9E燃气轮 机的空气量为114万标准立方米/小时，压力为12个大气压，压縮这部分 空气需要大约12万kW的电，相当于一个燃机电厂的发电量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种燃气轮机全压全尺寸燃烧室实验的方法，在 耗资和成本方面可承受，而且能够完全模拟燃烧室实际工作状况。为达到上述目的，本专利技术的技术解决方案是一种燃气轮机燃烧室的实验方法，可以进行燃烧室的全压全尺寸实 验。利用电厂现有燃气轮机，在燃气轮机的压縮机的排气缸上安装抽气口， 并利用取气管和阀门抽取压縮机的排气缸中的空气，通过阀门控制抽气 量，此压縮空气的状态为实际燃机燃烧室的进口状态，作为燃烧室实验用 空气可以完全模拟实际燃烧室的条件，利用E级的燃气轮机抽取少量(小于压縮机总气量的5%)的空气，作为B级燃气轮机单筒燃烧室实验用空 气，可以满足其全压全尺寸实验，因为首先E级燃气轮机的压縮空气的压 力与B级相同，可以满足全压实验的要求，另外由于E级燃气轮机的流量 约为B级的3倍，而且B级燃机燃烧室实验室只是燃机10个火焰筒中的 一个，因此仅需要B级燃机10%的空气就能满足全压全尺寸实验的要求， 所以B级全压全尺寸燃烧室实验只需抽取E级燃机3.3%的空气即可满足 实验要求。同时由于燃气轮机的抽气量小于5%，因此不会对燃气轮机的 安全运行造成影响。燃烧室实验过程跟随燃气轮机的实际运行过程，完全实现燃气轮机燃 烧室的实际工作状况，包括点火、启动、升负荷、降负荷及停机等过程。 燃料包括柴油、重油、合成气、天然气、高炉煤气、焦炉煤气。燃气轮机 在不同的过程时，燃气轮机的压縮机就处在对应的状态下，因此在燃机的 压縮机排气缸抽取的空气的状态就完全对应此燃机过程下的状态，因此燃烧室实验的空气也就保持了此状态，因此实验燃烧室内的状态也就保证了 是实际燃机燃烧室内部的状态保持了一致。例如当燃机处在点火过程时， 此时进入实际燃机燃烧室的空气状态与进入实验燃烧室的空气状态相同， 因此采用对应的燃料量就可以使得实验燃烧室内部的状态完全和点火时 燃机燃烧室内部的状态相同。其它过程的实现也是如此。在各过程下对燃 烧室的性能进行实验考核，保证燃烧室性能的可靠，这主要包括在达到个 过程的稳定状态下，测量燃烧室内的状态包括燃烧室压力、火焰筒壁温、 出口温度场分布、燃烧室效率以及污染物排放等性能。通过分析这些性能 参数，提出燃烧室的改进措施，改进后进行下一步实验，直到燃烧室各项 性能达到设计要求。本专利技术与现有技术的最大不同就是利用电厂现有燃气轮机的压縮机 排气缸抽气供应全压全尺寸燃烧室用空气，而不是利用电机、汽机或燃机 拖动压縮机进行压縮空气的方法，这样就可以减少购买压縮机、电机以及 电力扩容等方面的巨大投资，同时由于利用了高效的燃气轮机压縮机的抽 气可以减少利用压縮机的动力费的消耗，其他实验方面如燃料供应、燃烧 室压力控制，温度控制等利用现有成熟的实验技术。本专利技术可以使得在耗 资和成本方面可承受的范围内进行燃气轮机燃烧室的全压全尺寸实验。附图说明图1为本专利技术的工作流程图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实 施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。参见附图1，为本专利技术的工作流程图，其中包括燃烧室试验件1和燃气轮机(由压縮机2、燃烧室3和透平4组成)。压縮机2从大气中吸气后 将常温常压的空气绝热压縮至12个大气压，然后压縮空气的一部分约 3-5%被抽出供燃烧室试验件1作为实验用空气，余下95-97%的压縮空气 进入燃烧室3与燃料进行燃烧并产生1140°C、 12个大气压的高温高压燃 气，燃气进入透平4绝热膨胀做功，高温高压燃气经透平4膨胀后温度降5为约50(TC，压力降为常压。透平4膨胀做功带动压縮机2进行空气压縮， 同时也带动发电机发电。燃烧室试验件1利用压縮机抽出的3-5%的空气 作为实验用空气，同时配合适当的燃料完成燃烧室的实验。 本专利技术实验方法流程，阐述如下如图1所示E级燃气轮机压縮机2在大气中吸入常温常压的空气，经 压縮后变为压力12个大气压，温度约340'C的压縮空气。压縮机的排气被 抽取总质量的3.5%供应B级燃气轮机单筒燃烧室试验件1，作为B级单 筒燃烧室全压全尺寸实验的空气。其余96.5%的压縮空气进入燃烧室3与 燃料燃烧后产生压力为12个大气压，温度为34(TC的高温高压燃气，燃气 进入透平4绝热膨胀做功，高温高压燃气经透平4膨胀后温度降为约500 °C，压力降为常压的烟气。透平4膨胀做功带动压縮机2进行空气压縮， 同时也带动发电机发电。烟气进入余热锅炉产生蒸汽。，进入燃烧室试验 件1的压縮空气与进入燃烧室试验件1的燃料进行燃烧，并产生高温高压 的烟气排除。燃烧室的压力通过燃烧室出口的背压阀控制，燃烧室的烟气 温度通过控制进入燃烧室试验件1的燃料量进行调节。。此实验方法，可 以在不影响E级燃气轮机运行的前提下，利用其3.5%的压縮空气作为B 级燃烧室的气源，完成B级燃烧室的全过程考核。即燃烧室试验件1的实 验过程完全跟随燃气轮机的运行工况，E级燃气轮机点火时，B级燃气轮 机燃烧室实验件同时点火，E级燃气轮机升负荷时，B级本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃气轮机燃烧室的实验方法，其特征在于，在现有电厂燃气轮机的压缩机的排气缸上安装抽气口，并利用取气管和阀门抽取压缩机的排气缸中的空气，作为实验用燃气轮机单筒燃烧室的空气，与燃料混合燃烧，以完全实现电厂燃气轮机燃烧室的实际工作状况。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王岳，张哲巅，肖云汉，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[]