化学回热循环燃气轮机参数匹配和性能分析

发布时间：2020-10-30 03:01

　　 随着能源和环境问题得到越来越广泛的重视,提高大中型船舶动力系统的综合性能成为热门研究课题。化学回热循环是一种先进的循环方式,不仅可以显著地提高船用燃气轮机的输出功率和热效率,还能够有效降低污染物排放水平。因此,基于现有成熟的简单循环船用燃气轮机,开展化学回热循环热力参数匹配和改进方法研究具有重要的研究意义和价值。本文采用Matlab/VC/Aspen Plus混合编程和联合仿真方法,分别建立了船用燃气轮机化学回热循环的热力参数匹配和变工况性能仿真模型。其中,采用神经网络法进行了压气机和涡轮部件特性处理,采用最小吉布斯自由能法进行液态燃料蒸汽重整反应分析,采用虚拟温度方法建立了化学回热器等效模型,并且给出了化学回热器热力性能评估准则。基于上述仿真模型和分析方法,分别进行了模型验证、化学回热系统和化学回热循环热力学性能分析、船用分轴燃机化学回热循环热力参数匹配和性能提升方案研究,得到了化学回热循环的输出功率、热效率、蒸汽产量、重整气燃料低热值和化学回热器化学吸热/温升吸热比等性能指标与温比和压比的变化规律,给出了化学回热循环性能提升方案。研究表明:(1)当采用液态燃料时,化学回热器存在临界温度,化学回热循环存在临界压比,当反应温度大于临界温度或压比大于临界压比时,催化重整过程为放热反应;(2)在燃气初温1373~1573K范围内,化学回热循环的最大比功率比简单循环相对增加约39%,对应的热效率相对增加约28%;(3)当燃气初温为1573K,压比由最佳压比25.4降低到8.6时,化学回热循环热效率仅降低约5%;(4)在保持简单循环燃机部件特性不变时,化学回热循环可以将输出功率由24.7MW提高到34MW,将热效率由38.6%提高到51.2%;(5)可以通过采用变几何涡轮方案来进一步提升化学回热循环燃机的设计工况和变工况性能。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U664.1
【部分图文】：

图 2.2 工质物性计算模型选择燃气热力性质数学模型化学通式x y z u vC H O N S ，则燃料完全燃烧时的化学平衡方2 2- -4 2 4 2x y z u vy z y z C H O N S x v O d x v N 2 2 2 12 4 2 4 y y z y H O vSO x v O d x v --- 空气的氮氧比，d = 3.77382--- 燃料系数2-1）可得出任意燃料下的燃气各组分摩尔成分。其中，热力性质的计算。各组分气体的热力性质的统一公式如8iT T kJ kmol

学回热循环中，催化重整反应的产物（重整气）以及高室中，通过燃料燃烧的方式将回收的余热释放出来，裂场的组织情况。建立的燃烧室热力数学模型，采用变比热方法进行计算。根据质量守恒方程和能量守恒方程，计算各参数。方程为：g c fG G G方程为：c 2 f f f B g3G h G h G LHV G h----- 燃料焓值，kJ/kg ----- 燃料低热值，kJ/kg----- 燃气、空气和燃料的质量流量，kg/s学模型的计算流程（见图 2.5）所示：

哈尔滨工程大学硕士学位论文 设计点实际设计点实际设计点实际设计点实际设计点实际设计点CCCCCCGGGTPGTPGnnnTnTn 11111实际1(2-25)在式（2-25）中，下脚标“实际”表示在实际工作过程中压气机空气流量、压比、转速和等熵效率。下脚标“设计点”表表示压气机设计工况参数值。
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 王汝武;;烟气—蒸汽联合回热循环的热力学分析[J];热电技术;2013年02期

2 谭智勇;刘顺隆;郑洪涛;;燃气轮机化学回热循环仿真研究[J];哈尔滨工业大学学报;2010年01期

3 谭智勇;韩庆;郑洪涛;李琦;;燃气轮机化学回热循环热力学过程分析[J];热能动力工程;2010年02期

4 蔡睿贤;燃气轮机回热循环新析[J];工程热物理学报;1989年01期

5 骆凤标;舰用燃气轮机研制新动向[J];热能动力工程;1989年01期

6 江丽霞,蔡睿贤;燃气轮机中间回热循环性能分析[J];工程热物理学报;2005年01期

7 林士耀,高祖瑛;200MW模块式高温气冷堆回热循环系统热力学设计研究[J];核科学与工程;2003年01期

8 王以清;带回热循环的闭路式热泵干燥装置[J];北京节能;2000年05期

9 王汝武;尹金亮;;烟气—蒸汽联合回热循环[J];沈阳工程学院学报(自然科学版);2012年02期

10 严子浚;铁电制冷回热循环的制冷系数和制冷率[J];低温工程;2000年02期

相关博士学位论文 前2条

1 陆万鹏;基于电站锅炉排烟余热的机炉烟气回热循环理论与应用研究[D];山东大学;2012年

2 欧阳艳艳;微型湿空气透平循环动态模拟研究[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 杨晓红;化学回热循环燃气轮机参数匹配和性能分析[D];哈尔滨工程大学;2019年

2 宫园春;化学回热燃气轮机性能仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2015年

3 刘清振;化学回热循环燃气轮机变工况性能仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2013年

4 赵铁铮;烟风汽广义回热循环热力学分析及系统优化[D];华北电力大学(北京);2017年

5 刘云宁;化学回热循环实验系统建模仿真及控制研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

6 樊传路;化学回热循环系统仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

7 杨仁;化学回热循环与水系统仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

8 张松;化学回热循环水系统仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

9 李岩;化学回热循环燃气轮机性能分析[D];哈尔滨工程大学;2006年

10 李建霖;化学回热循环燃气轮机仿真与性能研究[D];哈尔滨工程大学;2016年

本文编号：2861883