CN101650261B - 燃气轮机全压全尺寸燃烧室的实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

燃气轮机全压全尺寸燃烧室的实验方法

技术领域

本发明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。

背景技术

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缩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缩空气，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；第三种为缩尺全压实验，将燃烧室尺寸按比例缩小，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缩机压缩大量的空气来模拟燃气轮机压缩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，压缩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。

发明内容

本发明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，本发明的技术解决方案是：

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，通过阀门控制抽气量，此压缩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(小于压缩机总气量的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级燃气轮机的压缩空气的压力与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，燃气轮机的压缩机就处在对应的状态下，因此在燃机的压缩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。

本发明与现有技术的最大不同就是利用电厂现有燃气轮机的压缩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、汽机或燃机拖动压缩机进行压缩空气的方法，这样就可以减少购买压缩机、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缩机的抽气可以减少利用压缩机的动力费的消耗，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。本发明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为本发明的工作流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、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，对本发明进一步详细说明。

参见附图1，为本发明的工作流程图，其中包括燃烧室试验件1和燃气轮机(由压缩机2、燃烧室3和透平4组成)。压缩机2从大气中吸气后将常温常压的空气绝热压缩至12个大气压，然后压缩空气的一部分约3-5％被抽出供燃烧室试验件1作为实验用空气，余下95-97％的压缩空气进入燃烧室3与燃料进行燃烧并产生1140℃、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膨胀后温度降为约500℃，压力降为常压。透平4膨胀做功带动压缩机2进行空气压缩，同时也带动发电机发电。燃烧室试验件1利用压缩机抽出的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。

本发明实验方法流程，阐述如下：

如图1所示E级燃气轮机压缩机2在大气中吸入常温常压的空气，经压缩后变为压力12个大气压，温度约340℃的压缩空气。压缩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％的压缩空气进入燃烧室3与燃料燃烧后产生压力为12个大气压，温度为340℃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℃，压力降为常压的烟气。透平4膨胀做功带动压缩机2进行空气压缩，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的压缩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％的压缩空气作为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级燃气轮机燃烧室试验件同时升负荷，E级燃气轮机降负荷时B级燃气轮机燃烧室试验件也同时降负荷，E级燃气轮机停机时B级燃气轮机燃烧室试验件也同时停机。

以上所述，仅是根据本发明技术方案提出的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的权利要求保护范围内。

Claims (3)

1.一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；

其中，所述电厂燃气轮机的级别大于实验用燃气轮机单筒燃烧室的级别；所述抽取用作实验用燃气轮机单筒燃烧室的空气量小于电厂燃气轮机的压缩机总气量的5％。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃料包括柴油、重油、合成气、天然气、高炉煤气、焦炉煤气。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工作状况包括点火、启动、升负荷、降负荷及停机过程。

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