专利名称：一种航机改型生物燃料燃烧室降低co排放的方法
技术领域：
本发明涉及一种航机改型生物燃料燃烧室降低CO排放的方法。
背景技术：
生物燃料是来源于生物质(主要是植物)通过热解、气化、酯交换反应、发酵、醇 解等等方法得到的含氧燃料，逐渐在民用、工业场合进行了应用，民航动力也在试用某些生 物燃料。地面燃气轮机可用的生物燃料包括甲醇、乙醇、生物柴油、热解油、气化焦油、热解 气、生物气化气等等。目前都发现在同等功率下，以生物燃料为燃料时航改型地面燃气轮 机产生的CO排放远大于以航空煤油或者柴油为燃料时，且大大超标。例如加拿大Orenda Aerospace公司在GT2500燃气轮机上进行实验，所用燃料有Dynamotive生物油、Ensyn生 物油、乙醇生物柴油、柴油，燃料预热到70°C，满负荷运行，结果表明氮氧化物NOx排放较少， 但CO排放则远高于燃料为柴油时的排放。从理论上来说，在高温、着火、稳定燃烧有保障的前提下，生物含氧燃料中的含氧 减少了燃料对助燃空气中的氧的需要，有可能促进OH基生成，从而促进燃烧，降低CO、UHC 排放。在某些工况下这个有利因素有可能超过生物含氧燃料汽化潜热增加、粘性增大等带 来的不利因素。另一方面，由于许多生物含氧燃料汽化潜热比相应的碳氢燃料大，导致燃烧 温度降低，进而影响了对温度非常敏感的化学反应速度，使得不完全燃烧产物有可能增长。 随着工况和燃烧室结构的改变，这个不利影响有可能超过燃料含氧带来的有利因素，从而 可能导致CO和UHC增多。因此，含氧生物油在燃烧室内的燃烧，既有可能增加CO的排放， 也有可能减少CO的排放，这与燃烧室火焰筒的内部结构、气流组织方式的不同是紧密相关 的，应根据情况具体分析。而一般航机燃烧室火焰筒的结构特点是壁面上开有主燃孔(或 叫二次孔、二次流孔)、掺混孔、大量气膜小孔，主燃孔和掺混孔会带来有强烈冲击、阻碍、冷 却作用的多股气流，而且主燃孔进来的冷气流进入燃烧的核心区域-主燃区，使得燃烧室 平均温度下降较多，因而生成的OH不够，且同时燃烧反应的控制步0H+C0-C02+H随着该区 域平均温度水平的降低而反应速率变慢，从而阻碍和延滞了 CO的反应过程，使得CO未完全 反应，结果导致燃烧尾气的CO排放增高。
发明内容
本发明的目的是提供一种航机改型生物燃料燃烧室降低CO排放的方法，为实现上述目的，本发明通过改变燃烧室火焰筒壁面上的开孔数目、大小和相对 位置来降低航改陆用燃气轮机燃烧生物燃料时降低CO排放的方法，以达到增加燃烧效率、 节能减排的效果。为实现上述目的，本发明提供的航机改型生物燃料燃烧室降低CO排放的技术方 案，是增加航机燃烧室火焰筒主燃孔的数目并缩小每个主燃孔的面积，并保持航机燃烧室 火焰筒主燃孔总面积不变，且保持各个主燃孔所处轴线方向上的位置；把掺混孔的位置沿 轴线向平移到靠近火焰筒缩口位置。较优的主燃孔的数目是原主燃孔的1. 5 3倍；掺混孔的位置沿轴线向平移到离火焰筒缩口位置1厘米到10厘米轴线距离处。本发明的方法不依赖于燃烧室的工作压力和温度，该方法简明、容易操作，燃烧室 头部不必重新设计，因此该方法成本低，可靠，特别适用于燃烧室火焰筒壁面开有主燃孔和 掺混孔的航机改型陆用燃烧生物燃料时降低CO的排放，也可用于其他火焰筒壁面开有主 燃孔和掺混孔的筒形、矩形、环管形、环形以及其他各种类型燃烧室。
图1是航机公知的燃烧室火焰筒示意图。图2是本发明航机改型后燃烧室火焰筒示意图。
具体实施例方式本发明的技术方案是保持航机原燃烧室火焰筒开孔面积不变；保持各个主燃孔 (或称二次孔)的总面积和所处轴线方向上的位置不变，增加主燃孔的数目以缩小每个主 燃孔的面积，这样使得核心燃烧区域受到冷气流的冲击减弱，使得燃料燃烧完全程度增加。上述措施会使得主燃区的回流区长度有所增加，使得该区域温度水平和燃烧所需 时间有保障，在保持航机原燃烧室火焰筒壁面上掺混孔的大小和数目不变的情况下，把掺 混孔的位置沿轴线向下游平移到靠近火焰筒缩口位置，这样，进一步减少了冷气流对燃烧 区域的冲击。下面结合图1、图2的对比来描述本发明的实现图1是航机公知的燃烧室火焰筒外形示意图，图1中沿轴线方向的截面位置1上 开设有一圈主燃孔A (或叫二次孔)，在沿轴线方向的截面位置2上开设有一圈掺混孔B，燃 烧室气流沿图中轴线经过火焰筒缩口位置4后成为燃烧尾气排出燃烧室。图2是航机改型后燃烧室火焰筒外形示意图。本发明对图1实施改进措施就得到 了图2。实施过程如下保持图1中航机原燃烧室火焰筒开孔面积不变；保持各个主燃孔 A(或二次孔)的总面积和所处轴线方向上的位置不变，增加主燃孔A的数目并缩小每个主 燃孔A的面积。比较图1与图2可以看出，图2中的主燃孔A的数目多于图1中的主燃孔 A的数目，但图2中各主燃孔A的面积则小于图1中的主燃孔A的面积，而图2中的主燃孔 A的总面积与图1中主燃孔A的面积是相等的。比较理想的主燃孔A的数目增加到航机燃 烧室原主燃孔数目的1. 5 3倍，这样使得核心燃烧区域受到冷气流的冲击减弱，使得燃烧 反应中的重要自由基OH不被淬熄，使得CO和其他自由基的反应完全程度增加。在实施这一措施后，主燃区的回流区长度(即主燃孔A和掺混孔B之间的距离) 有所增加，为使得该区域温度水平和燃烧所需时间有保障，在保持航机原燃烧室火焰筒壁 面上掺混孔B的大小和数目不变的情况下，把掺混孔B的位置沿轴线向下游平移到靠近火 焰筒缩口位置附近(图2沿轴线方向的截面位置3处的火焰筒壁面上)。比较图1与图2 可以看出，图2中的掺混孔B数目和图1中的掺混孔B的数目相同，并且面积相等，只是图2 中掺混孔B距离缩口位置较近，比较理想的掺混孔的轴线中心位置距离火焰筒缩口的轴线 中心位置距离为1-10厘米。这些措施减少了主燃孔和掺混孔进入的冷气流对燃烧的冲击， 并通过影响火焰筒内部的燃烧气流组织和燃烧瞬态反应的关键控制步，从而达到减少燃烧生物燃料时CO的排放的目的。
权利要求
1.一种航机改型生物燃料燃烧室降低CO排放的措施，其特征是增加航机燃烧室火焰 筒主燃孔的数目并缩小每个主燃孔的面积，并保持航机燃烧室火焰筒主燃孔总面积不变， 且保持各个主燃孔所处轴线方向上的位置；把掺混孔的位置沿轴线向平移到靠近火焰筒缩 口位置。
2.根据权利要求1所述航机改型生物燃料燃烧室降低CO排放的方法，其特征是主燃 孔的数目增加1.5 3倍。
3.根据权利要求1所述航机改型生物燃料燃烧室降低CO排放的方法，其特征是掺混 孔的位置沿轴线向平移到离航机原燃烧室火焰筒缩口位置1厘米到10厘米轴线距离处。
全文摘要
一种航机陆用燃烧室改型燃烧生物燃料时降低尾气CO排放的方法，包括保持航机原燃烧室火焰筒开孔面积不变；保持各个主燃孔的总面积和所处轴线方向上的位置不变，增加主燃孔的数目并缩小每个主燃孔的面积；把掺混孔的位置沿轴线向下游平移到靠近火焰筒缩口位置。该方法只改变火焰筒壁面上的开孔位置和相关孔的面积，不依赖于燃烧室的工作压力和温度，该方法简明、成本较低，特别适用于火焰筒壁面开有主燃孔和掺混孔的航机改型陆用燃烧生物燃料时降低CO的排放，也可用于其他火焰筒壁面开有主燃孔和掺混孔的其他各种类型燃烧室。
文档编号F23R3/42GK102116487SQ20091024450
公开日2011年7月6日 申请日期2009年12月30日 优先权日2009年12月30日
发明者袁怡祥, 谭春青, 郭宝亭 申请人:中国科学院工程热物理研究所