M701SDA型燃气轮机燃烧室湍流燃烧特性及排放的数值模拟

发布时间：2020-10-16 04:57

　　 重型燃气轮机是目前效率最高的能源转换装置,其发展水平可以代表我国重工业的发展状态。包钢(集团)公司为响应国家节能减排的号召,2006年新上两台装机容量为150兆瓦燃烧中低热值煤气的燃气-蒸汽联合循环发电机组,简称为CCPP(combined cycle power plant)。混合煤气和空气分别在煤压机和空压机中被压缩到15Mpa左右,在燃烧室中燃烧,利用高温高压气体在燃气轮机的透平能力来驱动空气压缩机和发电机的单循环发电,燃气轮机排烟温度可以达到500℃以上,通过余热锅炉高温烟气加热产生高压蒸汽来驱动汽轮机发电,汽轮机在燃气轮机发电中起补充作用,同时完成联合循环,系统的热效率有显著提高。传统燃气轮机高热值燃料以燃烧天然气、石油等为主,而冶金企业所利用的高炉煤气具有低热值、高扬尘等燃料特性,使用过程将产生较大难度。因此,高炉煤气的使用应优化设备和工艺。本文针对M701SDA型燃气轮机的火焰筒进行数值模拟计算,对火焰筒实体进行有效测量,在几何建模过程中运用SolidWorks进行实体作图,生成三维几何模型,导入ICEM软件进行网格划分,生成四面体网格和六面体网格的混合网格,在此基础上运用计算流体力学和计算燃烧学的相关知识,运用计算机商业软件(FLUENT)对流场等进行数值模拟分析以及NOx的排放数据进行分析。湍流模型选用RNG k-?湍流模型,计算求解过程选用SIMPLE算法。根据计算结果发现燃烧室燃烧流动的特性可以被较好的模拟出来,进而对于燃烧室设计的合理性做出科学的判断。通过对低热值煤气的燃烧特性和燃烧室模拟状态达到稳定燃烧的研究,可以将燃烧条件改变,进而对燃烧室的结构优化设计,在理论上为结构的优化提供支持,为实现燃机的稳定运行超低排放提供依据。
【学位单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM611.31
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 引言
    1.1 研究背景及意义
    1.2 低热值燃气轮机发展概况
        1.2.1 低热值燃气轮机系统介绍
        1.2.2 低热值燃气轮机的应用
    1.3 燃气轮机燃烧室研究现状
        1.3.1 国内研究现状
        1.3.2 国外研究现状
    1.4 本文研究思路与任务
2 低热值燃气轮机燃烧技术
    2.1 低热值燃气轮机煤气燃烧特性
        2.1.1 高炉煤气的特性分析
        2.1.2 焦炉煤气的特性分析
    2.2 燃气轮机燃烧过程中NO_x生成机理
3 数值计算方法
    3.1 FLUENT简介
    3.2 几何模型
    3.3 网格划分
    3.4 数学方程
    3.5 湍流模型
    3.6 燃烧模型
    3.7 污染和辐射模型
    3.8 边界条件
4 数值模拟分析
    4.1 燃烧室速度场模拟及分析
    4.2 燃烧室温度场模拟及分析
    4.3 燃烧室NO_x排放分析
    4.4 燃烧效率
    4.5 燃烧室压力场分布
    4.6 燃气轮机实际运行数据的分析
5 总结与展望
    5.1 全文工作总结
    5.2 论文研究的展望
参考文献
在学研究成果
致谢

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本文编号：2842794