重型燃气轮机联合循环启动黄烟生成原因研究

发布时间：2020-11-03 20:07

　　 燃气-蒸汽联合循环发电系统是把燃气轮机布雷顿循环(Brayton Cycle)和蒸汽轮机朗肯循环(Rankine Cycle)集成的高效发电系统。联合循环发电系统具有启停速度快,热效率高,污染物排放低的优点,是电网调峰运行的重要手段。大量的联合循环机组在启动过程中,余热锅炉烟囱有或轻或重的冒黄烟现象。研究表明,造成联合循环烟囱排烟呈现黄色的主要原因是烟气中含有一定量的NO2。一般来讲,燃气轮机中燃烧室产生的NOx主要是NO,部分究认为NO在排烟过程中发生了 NO-NO2的转化反应生成了一定浓度的NO2,导致烟气呈现黄色。本文结合反应模拟、实验验证和现场测验,研究烟气组分如一氧化碳、氧气、一氧化氮、水蒸气等组分的浓度以及温度和停留时间对NO-NO2转化的影响规律。具体内容如下:1)选用柱塞流反应器(PFR)计算,通过Chemkin计算和实验,研究在组分、温度对NO-NO2转化的影响。研究表明:在燃气轮机透平排气的典型组分下,CO的存在会导致排气中的NO向NO2转化,600-700℃是NO转化率最高的温度区间,温度低于400℃或者高于800℃条件下,NO向NO2的转化率都很低。同时一定量的水蒸气和氧气是转化反应发生的必要条件,氧气体积分数在5%以内时对NO的转化率影响变化大,超过5%氧浓度后NO转化率受氧浓度影响趋于稳定。2)利用敏感性分析的方法分析NO-NO2转化反应影响较大的基元反应和高活性自由基。研究表明,在450℃-650℃时,CO的氧化和NO的氧化是互相偶合在一起,共同形成一个链式反应,并且能够相互促进氧化,随着温度的升高,链式反应逐渐解耦,当温度高于约800℃,CO在氧化过程中对与NO的氧化反应的依赖性大大减弱,NO-NO2转化率降低。NO的转化率随温度的升高先达到一个最大值,然后下降。3)通过6FA燃气轮机联合循环机组启动过程中排气组分的测量,分析联合循环机组在实际运行中NO-NO2的转化规律。结果表明,6FA燃气轮机在启动过程的NO2由两部分构成,一部分是燃烧室排放,另一部分是NO在余热锅炉中转化生成。
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM611.31;X773
【部分图文】：

Ｆｉｇ．２．?１５?ＮＯ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ?ｗｉｔｈ?ｉｎｌｅｔ?ＮＯ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ?ａｔ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ??由图２．?１２，在入口处ＣＯ浓度为５０ｐｐｍ，滞留时间均为２ｓ，入口处通入的??ＮＯ浓度越高，生成的Ｎ〇２越多。但是由图２．１３，从转化率的角度分析，入口处??ＮＯ浓度的增高并不能一直促进ＮＯ转化率的提高，无论入口处ＣＯ浓度为５０ｐｐｍ、??２００ｐｐｍ或者４００ｐｐｍ，?ＮＯ的转化率都会随着入口?ＮＯ浓度的增加而降低，分析??随着Ｎ０２浓度的升高，一定程度上抑制了?Ｎ０－Ｎ０２的生成，同时气体的滞留时??间也影响转化率的变化。由图２．?１４可以看出，当入口?ＮＯ浓度高的时候，反应??达到最大转化率需要的时间更久。图２．?１４、图２．?１５表明改变入口?ＮＯ浓度，影??响转化率的因素还包括滞留时间和反应温度。??２．２．５水蒸气浓度对反应的影响??１８??

（Ａ：?Ｎ２气罐，Ｂ：?〇２气罐，Ｃ：?ＣＯ气罐，Ｄ：?ＮＯ气罐，Ｅ：流量控制器，??Ｆ：蠕动泵，Ｇ：伴热带，Ｈ：电阻炉，Ｉ：烟气分析仪）??如图３．１所示，实验装置系统包括：??１）

重型燃气轮机联合循环启动黄烟生成原因研宄??Ｉ?ＬＪｉ??图３．?２流量控制器?图３．?３伴热带??Ｆｉｇ．３．?２?Ｆｌｏｗ?ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ?Ｆｉｇ．３．?３?Ｈｅａｔｉｎｇ??Ｍ?＂＂＂Ｍ??ｍ?□??图３．?４管式电阻炉?图３．?５?蠕动泵??Ｆｉｇ．３．?４?Ｔｕｂｅ?ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ?ｆｕｒｎａｃｅ?Ｆｉｇ．３．?５?Ｐｅｒｉｓｔａｌｔｉｃ?ｐｕｍｐ??根据实验设备，实验为了明确烟气温度、各组分浓度等因素对反应的影响，??通过改变某一组分的浓度或者温度条件，测得反应后气体各组分的浓度，通过对??比分析个因素对转化反应的影响规律。根据燃机基本工况运行排烟成分，入口各??组分摩尔分数为，ＣＯ：?５．０Ｅ－５，水蒸气：０．０９，?Ｎ２：?０．７８９９２５，?ＮＯ：?２．５Ｅ－５，?０２：??０．１２。通过改变入口组分的浓度，研究对转化反应的影响，其中ＮＯ气体浓度变??化范围为０￣２００ｐｐｍ，?ＣＯ气体浓度的变化范围为０？５００ｐｐｍ，０２体积分数的变化??范围为０￣１５％，温度的变化范围为４５０°Ｃ？８５０°Ｃ。??３．２实验结果??３．２．１温度对反应的影响??控制电阻炉温度
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本文编号：2869042