微型燃气轮机与有机朗肯循环集成系统建模与控制策略研究
发布时间：2020-04-08 06:18
【摘要】：微型燃气轮机技术作为新世纪以来动力和能源领域内的重要技术,是权衡国家的工业发展水平的关键标志,因此,微型燃气轮机技术的研究对于社会发展具有重大的理论意义和应用前景。功率在25-500kW之间的超小型燃气轮机被称为微型燃气轮机,带回热器的微型燃气轮机热效率大约在20%-30%,而不带回热器的仅有14%-20%,所以,现有的微型燃气轮机基本上都带有回热器。微型燃气轮机排出烟气的温度在200-340℃之间,随着烟气的排放大量的热量随之浪费,在能源危机和环境保护形式日益严峻的今天,烟气余热回收利用越来越受到重视,同时微型燃气轮机热效率的提升也是其在自身发展过程中需要解决的主要问题。有机朗肯循环余热利用因其简单、高效、环保等特点,在低品位热源回收利用中具有独特的优势。基于能的温度对口,梯级利用原则,把微型燃气轮机和有机朗肯循环连接起来是提高微型燃气轮机系统发电效率,回收利用余热资源的有效途径。本文以WR100型微型燃气轮机发电机组作为主要的研究对象,建立了与有机朗肯循环相结合的微型燃气轮机烟气余热利用系统。本文的主要工作内容具体包含以下几部分。1.深入分析了微型燃气轮机发电机组及余热利用有机朗肯循环,阐述了各系统的工作原理,针对主要工作部件、热力循环过程及性能指标分别进行了专门的研究,并给出了微型燃气轮机工作过程的静态计算方程,也为后续其动态数学模型的推导与建立提供了重要依据。2.根据系统工作机理,基于质量守恒、热力学方程、能量守恒方程等,依照WR100型微型燃气轮机的设计参数,通过合理的条件假设,建立了微型燃气轮机发电系统整体的数学模型。在已建立的系统模型基础上对系统进行了额定工况下的模拟仿真。仿真结果表明,模型的发电功率输出可以很好的跟随用电负荷的变化,其各项参数变化合理,结果可信。3.针对前文中的微型燃气轮机系统模型设计了广义预测控制器,对微型燃气轮机进行了设定值跟踪能力测试和抗扰动能力测试,在控制器的作用下各仿真测试结果均得到了较好的控制效果。同时,在与传统PID控制器的对比测试中所设计的广义预测控制器表现出了更好的控制性能。同时也验证了建立的系统模型是准确可用的。4.为了有效回收微型燃气轮机排出的烟气余热,采用烟气余热有机朗肯循环发电系统。针对有机朗肯循环发电系统的多变量特性和运行条件多变的特性,提出了基于二次型性能指标的多变量神经元PID控制算法。仿真结果表明,本文设计出的控制器体现出了优秀的控制品质,并且采用有机朗肯循环烟气余热发电系统可以有效的回收利用微型燃气轮机运行过程中排出的低温烟气资源,能够额外获得更多的发电功率,也意味着在一定程度上能够节省燃料。
【图文】：
２．２．１邋ＭＧＴ发电系统工作原理逡逑燃气轮机的类型很多，本文以单轴的ＭＧＴ为例，说明其工作原理。简单逡逑的ＭＧＴ循环的主要组成部件为透平、压气机和燃烧室。图２－１显示了简单的逡逑ＭＧＴ循环的工作原理图。逡逑燃烧室逡逑压气机逡逑图２－１简单循环的ＭＧＴ工作原理图逡逑其工作原理简要描述如下：首先空气被吸入压缩机并经过压缩机的加压，逡逑使空气的压力达到较高的程度，随着空气压力的升高，其温度也会有了很大的逡逑提升。而压缩机由透平提供动力，所以压缩机可以视为透平的负载。接着高温逡逑高压的空气通进燃烧室并混合燃料，经过燃烧反应过程变成了高温、高压的燃逡逑８逡逑
效能的回热器，采用回热循环的形式。ＭＧＴ的回热循环和简单循环工作过程原逡逑理非常相似，回热循环只是增加了对压缩空气的预热过程，提高了空气的温度，逡逑节约了燃烧室燃料消耗量。如图２－２所示为加有回热器的ＭＧＴ回热循环工作逡逑原理图。逡逑燃烧室逡逑压缩空气邋＿＿：邋￣Ｆ｜￣邋］逦逡逑－－－（：Ｇ逡逑压气机透平逡逑图２－２回热循环的ＭＧＴ工作原理图逡逑在实际情况中，机组中往往还设置了启动系统、润滑油系统、燃料系统等逡逑辅助装置，而设置这些辅助装將的Ｂ的是保证燃气轮机系统正常工作。为使机逡逑组各系统协调高效地运行，，燃气轮机系统中还有着较为完善的自动控制系统，逡逑对各辅机系统及主机进行控制与保护。逡逑２．２．２邋ＭＣＴ发电系统主要工作T吪ｅ义媳窘谥饕绣惩钙健⒀蛊⑷忌帐摇⒒厝绕鞯龋停牵苑⒌缁楣ぷ鞯暮隋义闲牟考晗傅慕樯芰司蔡匦缘那笕》椒āＵ馕笮９讨星笕∥⑿腿煎义掀只案涸囟匠淌街械母飨钕凳急噶颂跫ｅ义希
本文编号：2619007
【图文】：
２．２．１邋ＭＧＴ发电系统工作原理逡逑燃气轮机的类型很多，本文以单轴的ＭＧＴ为例，说明其工作原理。简单逡逑的ＭＧＴ循环的主要组成部件为透平、压气机和燃烧室。图２－１显示了简单的逡逑ＭＧＴ循环的工作原理图。逡逑燃烧室逡逑压气机逡逑图２－１简单循环的ＭＧＴ工作原理图逡逑其工作原理简要描述如下：首先空气被吸入压缩机并经过压缩机的加压，逡逑使空气的压力达到较高的程度，随着空气压力的升高，其温度也会有了很大的逡逑提升。而压缩机由透平提供动力，所以压缩机可以视为透平的负载。接着高温逡逑高压的空气通进燃烧室并混合燃料，经过燃烧反应过程变成了高温、高压的燃逡逑８逡逑
效能的回热器，采用回热循环的形式。ＭＧＴ的回热循环和简单循环工作过程原逡逑理非常相似，回热循环只是增加了对压缩空气的预热过程，提高了空气的温度，逡逑节约了燃烧室燃料消耗量。如图２－２所示为加有回热器的ＭＧＴ回热循环工作逡逑原理图。逡逑燃烧室逡逑压缩空气邋＿＿：邋￣Ｆ｜￣邋］逦逡逑－－－（：Ｇ逡逑压气机透平逡逑图２－２回热循环的ＭＧＴ工作原理图逡逑在实际情况中，机组中往往还设置了启动系统、润滑油系统、燃料系统等逡逑辅助装置，而设置这些辅助装將的Ｂ的是保证燃气轮机系统正常工作。为使机逡逑组各系统协调高效地运行，，燃气轮机系统中还有着较为完善的自动控制系统，逡逑对各辅机系统及主机进行控制与保护。逡逑２．２．２邋ＭＣＴ发电系统主要工作T吪ｅ义媳窘谥饕绣惩钙健⒀蛊⑷忌帐摇⒒厝绕鞯龋停牵苑⒌缁楣ぷ鞯暮隋义闲牟考晗傅慕樯芰司蔡匦缘那笕》椒āＵ馕笮９讨星笕∥⑿腿煎义掀只案涸囟匠淌街械母飨钕凳急噶颂跫ｅ义希
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