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【文献速递11】抗糖尿病药物二甲双胍对【食管癌】抗癌机制

DATE:2019.04.16

  中国航空学会 2007 年学术年会 动力专题 81 燃气涡轮鼓动机低污染燃烧室的发展趋势及思虑 金捷 岳明 100083) (北京航空航天大学航空鼓动机数值仿真酌量中央,北京 摘要 本文介绍了目前用于燃气轮机和工业燃烧安设的首要低污染燃烧本事,包含分级燃烧本事、贫油预混预蒸发燃 烧本事、富油

  中国航空学会 2007 年学术年会 动力专题 81 燃气涡轮鼓动机低污染燃烧室的发展趋势及思虑 金捷 岳明 100083) (北京航空航天大学航空鼓动机数值仿真酌量中央,北京 摘要 本文介绍了目前用于燃气轮机和工业燃烧安设的首要低污染燃烧本事,包含分级燃烧本事、贫油预混预蒸发燃 烧本事、富油燃烧/神速淬熄/贫油燃烧本事、贫油直接喷射燃烧本事、燃料再燃烧法、低氧燃烧本事、浓淡燃烧技 术、烟气再循环本事、乳化燃烧本事等,粗略解析了各种本事的事理、特质及其发展操纵景况等,同时,对表洋目 前正正老手使和发展中的航空燃气轮机低污染燃烧室安排安排和本事,包含:多环腔燃烧室本事、双预混旋流本事、 贫油直接喷射燃烧本事、无焰燃烧本事的事理、机闭事势、性能特质和操纵景况等,进行了粗略的介绍息争析,并 对低污染燃烧本事的发展趋势和我国的发展操纵提出了极少偏见和发起,包含:低污染燃烧本事是我国研造民用干 线客机动力所必须打垮的首要合头本事之一;应归结操纵多种低污染燃烧本事;针对我国正正在航空燃气涡轮鼓动机低 污染燃烧本事根柢亏弱和工程操纵体验缺乏的景况,应满盈诈骗民用低污染燃烧本事的成效;应尽大意紧跟最前沿、 尚处于酌量发展阶段的低污染燃烧本事,告竣我国航空燃气涡轮鼓动机低污染燃烧本事的跨尤其展,为民机动力的 亨通研造和成功进入商场供应本事根柢。 合头词 燃烧 低污染 燃气涡轮鼓动机 综述 发起 1 序文 随着人丁的无间伸长以及工业的疾速发展,人类对能源的需求越来越大。这个中,矿物燃料占 了绝大限定。矿物燃料正正在燃烧过程中,总会产生对人体和动植物有害的污染物;当燃烧安设安排不 合理时,有害物质更会大宗产生,并变成大气污染。据统计,燃料燃烧产生的空气污染占总共污染 物的 80%以上[1]。于是,天下各毂下打开了前辈的低污染燃烧修立研造,以正正在不低落燃烧效用的情 况下大大低落污染物排放。 2 低污染燃烧本事简介 泛泛说来,燃料的全数燃烧和满盈氧化能普及燃烧效用并同时低落某些污染物质(CO,碳氢化合 物,碳黑等)的排放量,但氮氧化物(Nox)却随之大大填充。目前的燃烧修立的环保发展方向是以 大大低落氧化氮的生成量同时兼顾燃烧效用和其他污染物 (CO,碳氢化合物, 碳黑等) 为宗旨。 为此, 人们发展了多种低污染燃烧本事,首要有: (1) 分级燃烧本事[1] 1 中国航空学会 2007 年学术年会 动力专题 81 将燃烧所需的空肚量分成两级送入, 其余空气正正在燃烧器临近适合职位送入, 使燃烧分两级完了。 由于一级燃烧区空肚量亏空,于是火焰温度较低,从而抑遏了“热力”NOx 的生成。对“燃料”NOx, 由于缺氧,核心产物也不大意氧化成 NO,同样能抑遏其填充。分级燃烧的首要本事正正在于一次与二次 空肚量的比例以及二次风的送入职位。 (2) 贫油预混预蒸发燃烧本事(Lean Premixed Prevaporized Combuster,LPP)[2][3] LPP 本事是把燃油预先蒸发,预先与空气杂沓,然后正正在主燃烧室内变成均匀贫油混气(φ 0.5) 进行燃烧。如许由于燃烧温度低,温度分部均匀,NOx 排放光鲜低落,是目前 NOx 生成最低的燃烧 本事。但这种本事存正正在容易回火和燃烧平稳性差的问题。正正在高温升燃烧室中,燃烧正正在亲密化学妥帖 比下进行,保持很低的油气比很困难。 (3)富油燃烧/神速淬熄/贫油燃烧本事(Rich-Burn/Quick-Quench/Lean-Burn Combuster,RQL) [4][5] RQL 本事先将总共燃油和限定空气进行富油燃烧,通过低落燃烧温度来删除富油燃烧区的 NOx,然后富油燃气神速与二股空气杂沓进行贫油燃烧。由于贫油燃烧区中有大宗已燃气体,燃烧 温度低,从而低落 NOx 生成,特殊是瞬发 NOx 的生成。RQL 本事中有两个合头本事问题:火焰筒 壁面不成用气膜冷却,富油燃气与空气要进行神速满盈均匀的杂沓。 (4) 贫油直接喷射燃烧本事(Lean Direct Injection Combuster,LDI)[6] LDI 本事将燃油从很多幼孔直接喷射入燃烧室。喷射点临近为个体富油燃烧,可填充燃烧的稳 定性;然后与空气神速杂沓变成均匀贫油混气进行贫油燃烧。尽管正正在喷点处的富油燃烧会填充 NOx 的生成量,不过混气正正在喷射点临近富油燃烧区罢休光阴短,填充 NOx 的生成量很少。LDI 本事的合 键问题是燃油奈何雾化得很细和奈何与空气神速杂沓。 (5) 燃料再燃烧法[1] 这是表洋发展了另一种分级燃烧本事, 称为再燃烧法。 通过对燃料分级,用来职掌 NOx 的生成, 曾经正正在工业上获取寻常操纵。此法将燃烧室分成三个区域:主燃区,送入 80?85%燃料并以寻常余气 系数(α ≥1.05)进行燃烧;再燃烧区,正正在主燃区上部(火焰的下游)把其余的 15?20%燃料活动二 次燃料喷入,燃烧过程正正在还原气氛(α 1)下进行,诈骗碳氢化合物基团 CH 等把限定 NO 还原成 N2 (大约有 70%-90%NO 被还原) ;燃尽区,送入二次空气把剩余的燃料烧完。 (6) 低氧燃烧本事[1] 低氧燃烧为低余气系数(1.02-1.03)燃烧。泛泛要求燃烧呼应正正在尽大意亲密表貌空气比条件 下进行。如许,正正在肯定水准上限定了呼应区内氧肚量,对热力 NO 和燃料 NO 都起了肯定抑遏恶果。 低氧燃烧的合头是要构造好燃烧。 (7) 浓淡燃烧本事[1] 2 中国航空学会 2007 年学术年会 动力专题 81 浓淡燃烧本事是近几年国内表采用的一种低落锅炉燃烧排放 NO 的燃烧本事。其事理是针对装 有两个以上燃烧器的锅炉,使限定燃烧器供应较多的空气(呈贫燃区) ,限定燃烧器供应较少的空气 (呈富燃区) ,由于两者都偏离了表貌空气比,于是燃烧温度低落,较好地抑遏了 NO 的生成。 (8) 烟气再循环本事[1] 烟气再循环法过程是让一限定温度较低的烟气直接送入燃烧室内或与燃烧用的空气杂沓,使燃 烧区内惰性气体含量填充,稀释了氧的浓度,使燃烧速度和炉内温度低落,从而抑遏了“热力 NO” 的生成。氧浓度的低落删除了核心产物含氮基团和氧的呼应,也有利于删除“燃料 NO”的生成。烟 气再循环本事应提神由于循环率过大引起的燃烧不屈稳等问题。 (9) 乳化燃烧本事[1] 乳化燃烧是指掺水乳化燃料经喷嘴雾化后正正在炉内进行的燃烧,通过加疾燃烧过程和水煤气反 应,来低落燃烧温度,从而低落烟尘和 NO 的排放量。 以上这些低污染燃烧本事中第 1 至 4 项多操纵正正在燃气轮机燃烧室上,而其它常用正正在工业锅炉或 其他工业燃烧安设上。 3 燃气涡轮鼓动机的低污染燃烧本事 燃气涡轮鼓动机是飞机、大型舰船以及许多地面发电修立的动力安设,于是,奈何删除燃气涡 轮鼓动机的污染物排放是目下低污染燃烧本事酌量的中央之一,其采用的低污染燃烧本事首要有: (1)多环腔燃烧室 多环腔燃烧室是分级燃烧本事的一种,包含双环腔燃烧室和三环腔燃烧室。图 1 为 CFM65-5/7 双环腔燃烧室。双环腔燃烧室的观念早正正在上个世纪 70 年代早期就提出来了[7]。和单环腔燃烧室不 同,双环腔燃烧室有两个头部,个中表头部用于幼推力样子,大推力样子时内头部才管事。双环腔 燃烧室本事对付低落 NOx 的排放结果是很彰着的,CFM56-7B 鼓动机换上双环腔燃烧室后,NOx 的排 放删除了 31%[8]。目前,双环腔燃烧室本事已较为成熟,已被成功操纵于商用鼓动机上,如 GE90 等。 图 2 为 LM6000 三环腔燃烧室。此燃烧室操纵多级燃烧观念,行使了加强型贫油燃烧单元、防 贫熄职掌单元和消声器等,已抵达超低污染排放、性能和寿命等多方面要求。 3 中国航空学会 2007 年学术年会 动力专题 81 图 1 CFM56-5/7 双环腔燃烧室 图 2 LM6000 三环腔燃烧室 (2)双预混旋流本事(Twin Annular Premixing Swirler,简称:TAPS) 4 中国航空学会 2007 年学术年会 动力专题 81 多环腔燃烧室本事或者大幅低落 NOx 的排放,但要赓续进一步低落 NOx,就很困难了。为此, GE 公司发展了一种新观念的燃烧室本事:双预混旋流本事(TAPS)[8]。图 3 为 TAPS 本事的事理图。 TAPS 鉴别由主、副杂沓器产生两个一心的动弹射流,每一个杂沓器都或者听从需要安排成多旋流器 机闭。例如,副杂沓器或者安排成高流数离心喷嘴加同向双旋流器组合的事势。这种杂沓器产生的 油雾适合于鼓动机启动和幼推力样子,产生流场可知足燃烧、启动、贫油火焰平稳以及燃油效用等 方面的要求。流场油气杂沓强度首要受到机闭安排的影响,这需要进行留神地调试,以知足上述各 种要求以及低 NOx 排放。TAPS 的安排特质或者参看图 4。 Mongia[8]正正在 CFM56-7B 鼓动机上鉴别采用富油头部单环腔燃烧室、贫油头部双环腔燃烧室和 TAPS 单环腔燃烧,进行污染物排放的对比试验。结果显示,采用 TAPS 单环腔燃烧室正正在 NOx 的排放 上要比富油头部单环腔燃烧室和贫油头部双环腔燃烧室鉴别低 46%和 22%, 正正在 HC 和 CO 的排放上与富 油头部单环腔燃烧室梗概相当,好于贫油头部双环腔燃烧室。 图 3 TAPS 事理图 总的来说,TAPS 本事或者正正在不影响燃烧室其他性能的景况下,将 NOx 的排放删除大约 50%。当 然,TAPS 本事也面临极少挑拨,比方,可操作性、正正在不引起阻隔的景况下洗刷燃油喷嘴、重量和成 本的优化等等。然而,TAPS 最核心的本事问题依然奈何正正在底子机闭发展行优化色安排,以获取更低 的 NOx 排放。 5 中国航空学会 2007 年学术年会 动力专题 81 图 4 获取美国专利的各种 TAPS 安排 (3)贫油直接喷射燃烧本事(LDI) 贫油低 NOx 燃烧本事可分为贫油预混预蒸发本事(LPP)和贫油直接喷射燃烧本事(LDI) 。LPP 本事的 NOx 排放最低,但正正在前辈高压比鼓动机燃烧室中存正正在自燃、回火以及平稳性等问题[9],于是 逐渐淡出了航空鼓动机的操纵,代之以 LDI 本事。LDI 和 LPP 区别,其燃油是直接喷射入火焰区, 于是不会有自燃或回火问题。然而,LDI 中燃油没有预混和预蒸发过程,于是燃油必定获取优良雾 化,油气杂沓要既神速又均匀,以获取尽大意低的燃烧温度。 图 5 为一个带 36 个燃油喷射点的 LDI 燃烧室头部模型图[10]。燃烧室头部的供油编造包含多 6 中国航空学会 2007 年学术年会 动力专题 81 个金属平板,一个平板将燃油分拨到各个喷射点,一个平板带有燃油喷射点,尚有一个平板带有许 多气缝,用于对燃油供应热防护。这些平板组合到沿途就成了供油编造。供油编造中的每一个燃油 喷射点都是一个单道燃油喷嘴,这些喷嘴都是通过化学蚀刻本事刻可正正在金属平板上的。36 个喷射点 沿径向和周向均匀分开。燃油喷射点的下游紧接着旋流器。旋流器和燃油喷嘴相通,也是用化学蚀 刻本事刻正正在金属平板上的。总共旋流器都保持不异的旋向。 图 5 36 点喷射的 LDI 燃烧室头部模型简图 LDI 燃烧室头部安装正正在燃烧室上的状况如图 6 所示。从图上或者提神到,火焰筒上没有掺混孔, 进入燃烧室内的空气要么从燃烧室头部进入,要么做为冷却气。冷却用气大约占一共燃烧室肚量的 21%。 试验结果阐明,多点喷射 LDI 燃烧室正正在假象的鼓动机循环中,NOx 的排放能比 1996 年 ICAO 标 准低约 30%。 7 中国航空学会 2007 年学术年会 动力专题 81 图 6 安装了 36 点喷射的 LDI 燃烧室头部的模型燃烧室。 (4)无焰燃烧本事(Flameless Combustion)[11] 无焰燃烧又被称为:无焰氧化( Flameless Oxidation ,简称 FLOX ) ,高温空气燃烧( High Temperature Air Combustion,简称 HiTAC) ,中等和高强度低氧稀释(Moderate and Intense Low Oxygen Dilution,简称 MILD)燃烧或者热回流燃烧(Heat Recirculating Combustion) ,是一种 产生不可见火焰的燃烧本事,表貌上具有均匀的燃烧和温度分开和很低的燃烧噪声。 无焰燃烧必须正正在高温及强湍流际遇下进行,从而产生高度均匀的呼应区。高度均匀的呼应区消 除结局部热点,删除了 NOx 的产生。无焰燃烧具有极高的湍流度,假使是采用古代的扩散火焰燃烧 本事,则热和辐射会神速地四散开,燃烧正正在贫油样子下无法平稳进行。不过,当氧化剂温度很高时, 低 Damk? hler 数的“无焰”呼应却能很平稳。正是这种火焰均布的脾气,使其得名“无焰燃烧” 。 无焰燃烧最先操纵于工业窑炉,除了低 NOx 表,其便宜还包含:很高的燃烧平稳性(扑灭了热 声学不屈稳) 、很低的贫油平稳界线、正正在均布火焰中 CO 高效神速地被氧化、均匀的燃烧室出口温度 分开等。 无焰燃烧正正在民用燃烧器中的成功操纵,使得人们起首思考将其操纵于燃气轮机中。然而,工业 窑炉和燃气轮机燃烧室有着很大的区别,最先,燃气轮机燃烧室是“绝热”的,无法从中抽取热量; 其次,燃气轮机燃烧室管事于高压际遇中;第三,燃烧需正正在高氧含量际遇下进行,以致正正在尾气中的 氧含量依然很高。这些区别对无焰燃烧正正在燃气轮机中的操纵构成了挑拨,特殊是奈何获取尾气、空 气和燃油满盈杂沓后的混气,以及正正在高压际遇下产生分开火焰等。近年来,表洋上曾经打开了这方 面的合连酌量[11-13],图 7 为试验用无焰燃烧器[11]。 8 中国航空学会 2007 年学术年会 动力专题 81 图 7 无焰燃烧器。 (a)燃油喷射安设; (b)燃烧器下视图 4 合于低污染燃烧本事发展的思虑和发起 (1)燃气涡轮鼓动机面临着越来越正经的污染排放准则,低污染燃烧本事正是正正在此准则的推 9 中国航空学会 2007 年学术年会 动力专题 81 动下无间发展普及的。 (2)我国的大飞机动力,万分是民用干线客机动力,为了告竣适航取证、进入商场的宗旨, 必须采用合适意航准则的低污染燃烧本事,这是研造民用干线客机动力所必须打垮的首要合头本事 之一。 (3)从目前已操纵于燃气涡轮鼓动机的低污染燃烧本事秤谌来看,只操纵一种低污染燃烧技 术曾经难以抵达目下的污染物排放准则。归结操纵多种低污染燃烧本事,满盈发挥各燃烧本事的优 点,是告竣目下燃气轮机低污染燃烧的必由之道。 (4)我国民用低污染燃烧安设安排本事方面已赢得肯定的造诣,但正正在航空燃气涡轮鼓动机低 污染燃烧本事方面根柢亏弱,万分缺乏工程安排和性子操纵体验,应正正在随意加强根柢酌量的同时, 满盈诈骗民用低污染燃烧本事的成熟体验、本事、人才队伍等,加疾低污染燃烧本事正正在航空燃气涡 轮鼓动机上的操纵。 (5)各种低污染燃烧本事发展秤谌区别,有的曾经获取性子操纵,有的还出于根柢酌量阶段。 要追赶表洋前辈秤谌应当尽大意紧跟最前沿、尚处于酌量发展阶段的本事。因为,已获取操纵的成 熟本事正正在表洋已发展多年,我国和天下前辈秤谌的不同太大,尽量源委多年戮力酌量成功,也然而 是抵达国际上多年前的秤谌。而前沿本事,表洋也刚处于酌量发展中,国内表不同相对较幼,便于 我们奋起直追。 参考文献 [1] [2] 赵坚行, 《热动力安设的排气污染与噪声》 ,科学出版社,1995。 G.. 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