中低热值燃料燃气轮机燃烧室模拟及运行特性研究

发布时间：2017-06-07 10:59

  本文关键词：中低热值燃料燃气轮机燃烧室模拟及运行特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：燃气轮机是当前最先进的热动力装置,应用范围除航空领域外,还包括电力、石油化工、交通等行业,作为发电机、油气管路、舰船及战车等设备的动力。燃气轮机具有热效率高、污染排放量小、起动快、用水少及适宜燃用多种燃料等优点,对节约能源和保护环境具有重要的意义。中低热值燃料燃气轮机可以燃用生物质气体、工厂废气等,应用于电力发电或工厂,有利于改善我国能源结构,促进节能减排。因此,中低热值燃料燃气轮机的研究对我国经济及环境都具有重要的意义。中低热值燃料与高热值燃料相比,其热值低且组分变化,燃料燃烧特性改变,造成燃气轮机的运行变化。本文针对以上问题进行燃气轮机燃烧特性和运行特性研究,分析中低热值燃料对燃气轮机的影响。本文首先建立燃烧室化学反应器网络模型,对燃气轮机燃烧室进行模拟计算。从燃料热值和组分两方面分别分析了中低热值燃料对燃烧特性的影响,其中燃烧特性主要分析了当量比、进口温度及燃烧室压力等因素,分别对绝热火焰温度、燃烧室出口温度、CO排量和NO排量的影响。然后研究了中低热值燃料对燃气轮机运行特性的影响。在燃气轮机的热力循环和燃气热力性质计算基础上,结合燃气轮机压气机特性曲线、燃烧室热平衡和透平特性曲线,建立燃气轮机运行特性计算模型。计算分析了14种中低热值燃料的燃气轮机运行特性,即燃料热值对燃料系数、燃料流量、透平出口温度及膨胀功的影响规律。对燃气轮机燃烧室进行模拟计算结果表明,当量比是影响中低热值燃料燃烧特性的一个重要因素,在改用中低热值燃料后,针对燃料确定相应最佳当量比。对于中热值燃料,其绝热火焰温度和燃烧室出口温度均高于天然气,且废气排量也均高于天然气。对低热值燃料而言,由于热值低,燃烧较难组织,绝热火焰温度和燃烧室出口温度均较低。中低热值燃料的燃烧特性不仅与热值有关,而且与燃料组分有关,且燃料中可燃气体所占比例越大,绝热火焰温度和燃烧室出口温度越高。对燃气轮机运行特性进行模拟计算结果显示,燃料热值越低燃料流量和燃料系数越大。在热值范围10MJ/kg~16.7MJ/kg,燃料流量随热值降低而升高幅度较小;在热值范围4.3MJ/kg~10MJ/kg,燃料流量随热值降低而升高较快。不同热值燃料的透平出口温度差别不大,主要集中在563℃~578℃之间,所以燃料热值对透平出口温度影响不大。燃料热值越低,其燃烧生成的燃气在透平中所做膨胀功越多。另外,针对中低热值燃料,设计了燃气轮机运行特性程序计算界面,方便用户进行操作计算。
【关键词】：燃气轮机 中低热值燃料 燃烧特性 运行特性
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK471
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 物理量名称及符号表10-11
• 第1章 绪论11-22
• 1.1 课题来源及研究背景和意义11-15
• 1.1.1 课题来源11
• 1.1.2 课题研究背景和意义11-15
• 1.2 研究现状15-20
• 1.2.1 中低热值燃料燃气轮机燃烧室模拟的研究现状15-17
• 1.2.2 燃气轮机燃烧室化学反应动力学模拟的研究现状17-19
• 1.2.3 中低热值燃料燃机运行特性分析的研究现状19-20
• 1.3 本文主要研究内容20-22
• 第2章 燃烧模型22-29
• 2.1 引言22
• 2.2 全混流反应器（PSR）22-24
• 2.3 柱塞流反应器（PFR）24-26
• 2.4 燃烧过程26
• 2.5 反应机理GRI Mech 3.0 简介26-27
• 2.6 本章小结27-29
• 第3章 中低热值燃料燃气轮机燃烧室数值分析29-46
• 3.1 引言29
• 3.2 燃烧室结构29-31
• 3.3 建立燃烧室化学反应网络模型31-33
• 3.4 燃烧室流量分配33-35
• 3.5 中低热值燃料对燃气轮机燃烧特性影响分析35-42
• 3.5.1 中低热值燃料在燃气轮机中的燃烧特性37-38
• 3.5.2 当量比对中低热值燃料燃烧特性的影响38-39
• 3.5.3 进口温度对中低热值燃料燃烧特性的影响39-41
• 3.5.4 燃烧室压力对中低热值燃料燃烧特性的影响41-42
• 3.6 同热值不同组分燃料对燃气轮机燃烧特性的影响分析42-45
• 3.6.1 当量比对燃烧影响43-44
• 3.6.2 进口温度对燃烧影响44-45
• 3.7 本章小结45-46
• 第4章 中低热值燃料燃气轮机运行特性分析46-64
• 4.1 引言46
• 4.2 燃气轮机热力循环46-47
• 4.3 燃气热力性质计算47-48
• 4.3.1 气体热力性质47
• 4.3.2 燃气热力性质47-48
• 4.4 燃气轮机模块计算分析48-56
• 4.4.1 压气机部件计算49-51
• 4.4.2 燃烧室部件计算51-54
• 4.4.3 透平部件计算54-56
• 4.5 计算结果及分析56-60
• 4.6 运行特性计算的面向对象程序设计60-62
• 4.6.1 运行特性计算界面软件60-62
• 4.6.2 计算结果62
• 4.7 本章小结62-64
• 结论64-66
• 参考文献66-70
• 附录70-80
• 攻读学位期间发表的学术论文80-82
• 致谢82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 张建府;;燃用低热值合成气燃气轮机性能特点及优化[J];电力建设;2011年09期

2 徐纲,聂超群,黄伟光,陈静宜;燃气轮机燃烧室燃烧天然气和燃烧中低热值煤气的比较[J];工程热物理学报;2003年01期

3 杨小龙;崔玉峰;徐纲;黄伟光;;燃气轮机燃烧室化学反应器网络模型研究[J];工程热物理学报;2009年09期

4 尹洪;任静;蒋洪德;;燃气轮机燃用中低热值燃料性能优化方案研究[J];工程热物理学报;2010年08期

5 刘富强;杨金虎;刘存喜;穆勇;徐纲;朱俊强;;燃油分级多点喷射低污染燃烧室的化学反应网络模型分析[J];工程热物理学报;2012年03期

6 高南兴;;中国燃气轮机电站的发展[J];发电设备;2014年02期

7 娄马宝;低热值气体燃料(包括高炉煤气)的利用[J];燃气轮机技术;2000年03期

8 刘红;蔡宁生;;重型燃气轮机技术进展分析[J];燃气轮机技术;2012年03期

9 Nguyen Thanh Hao;;A Chemical Reactor Network for Oxides of Nitrogen Emission Prediction in Gas Turbine Combustor[J];Journal of Thermal Science;2014年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 黄利;基于化学反应动力学的低热值气体燃料缸内燃烧模拟研究[D];北京交通大学;2011年

2 刘可;燃用合成煤气的燃气轮机变工况特性研究[D];上海发电设备成套设计研究院;2009年

3 张丽丽;煤制燃料气燃气轮机建模及性能分析[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2010年

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本文编号：428783