基于超低浓度瓦斯的燃气轮机热力特性研究

发布时间：2017-09-06 12:46

  本文关键词：基于超低浓度瓦斯的燃气轮机热力特性研究

  更多相关文章： 超低浓度瓦斯 微型燃气轮机 离心式压气机 运行性能 烟气排放

【摘要】：目前,我国矿井乏风资源丰富,但其利用技术成本较高,直接排空浪费资源且增大温室效应。通过结合微型燃气轮机技术,将矿井乏风用于发电是当前重要的发展方向,其核心内容是研究超低浓度瓦斯和空气掺混对微型燃气轮机性能的影响及其烟气成分的变化。基于此,本文在Capstone C30实验平台基础上,自行设计了超低浓度瓦斯和空气的掺混系统,用试验验证超低浓度瓦斯可以应用于微型燃气轮机。首先,根据Capstone C30空气过滤器的尺寸,设计掺混系统的形状及尺寸,为了加强气流扰动,设计了加扰流子的掺混系统。在ANSYS Workbench中建立两方案的模型,在Mesh中完成网格划分。通过将两种方案导入ANSYS CFX中,模拟系统的流场及甲烷的分布,并进行比较,最终确定了不加扰流子的系统作为本文中的掺混系统。其次,在Vista CCD中,完成Capstone C30的离心式压气机一维叶轮的几何模型设计,在Blade Gen中对叶轮模型进行改进设计,导入Turbo Grid中进行网格划分,并应用ANSYS CFX模拟甲烷和空气的掺混气体在压气机中的压力场、速度场、温度场以及甲烷的质量分数的变化,找出了最高温度和最高压力区域,分析在温度压力同时增大时甲烷爆炸极限的变化,并在此基础上分析了混合气体流过回热器后爆炸极限的变化。最后,在Capstone C30原有试验台基础上搭建试验台,以天然气作为主燃料及掺混的辅助燃料,分析微型燃气机进风系统中掺入0.1%、0.23%、0.3%、0.5%浓度的甲烷,对微型燃气轮机运行的影响及烟气成分的变化。通过在进风系统中掺入超低浓度瓦斯,并对掺混风筒中混合气进行数值分析,模拟掺混气体在压气机中的压力分布、温度分布、速度分布以及甲烷的质量分数分布。本文通过对微型燃气轮机运行特性及烟气成分分析的试验研究,为矿井瓦斯应用于燃气轮机奠定了理论基础。
【关键词】：超低浓度瓦斯 微型燃气轮机 离心式压气机 运行性能 烟气排放
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK471
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-20
• 变量注释表20-22
• 1 绪论22-34
• 1.1 课题研究的背景及意义22-24
• 1.2 系统的研究与应用现状24-32
• 1.3 课题研究内容及方法32-33
• 1.4 本章小结33-34
• 2 微型燃气轮机系统概述34-43
• 2.1 微型燃气轮机34-36
• 2.2 压气机概述36-37
• 2.3 离心式压气机的原理及基本理论37-40
• 2.4 甲烷爆炸的相关理论40-42
• 2.5 本章小结42-43
• 3 甲烷和空气掺混系统的设计理论及改进43-58
• 3.1 掺混系统的设计43-45
• 3.2 控制方程45
• 3.3 掺混系统的几何建模45-47
• 3.4 模拟分析参数的设置47-49
• 3.5 数值模拟结果分析49-57
• 3.6 本章小结57-58
• 4 掺混气体在离心式压气机内部流动的数值模拟58-88
• 4.1 流场的控制方程58-59
• 4.2 湍流模型概述及选择59-61
• 4.3 离心式压气机叶轮几何模型的创建61-69
• 4.4 压气机内模拟分析参数的设置69-71
• 4.5 数值模拟结果及分析71-86
• 4.6 甲烷爆炸极限的分析86-87
• 4.7 本章小结87-88
• 5 C30的试验研究88-108
• 5.1 试验系统88-94
• 5.2 试验内容及步骤94-95
• 5.3 C30运行特性分析95-101
• 5.4 烟气分析101-106
• 5.5 试验结论106
• 5.6 本章小结106-108
• 6 结论与展望108-110
• 6.1 结论108-109
• 6.2 展望109-110
• 参考文献110-114
• 作者简历114-116
• 学位论文数据集116

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;我国首台低浓度瓦斯发电机组问世[J];电网技术;2005年16期

2 ;山东研发出低浓度瓦斯发电新技术[J];企业技术开发;2008年08期

3 ;低浓度瓦斯安全输送和利用标准颁布[J];节能与环保;2010年02期

4 ;超低浓度瓦斯利用获重大突破[J];能源工程;2010年03期

5 张红学;于建卫;;低浓度瓦斯输送安全保障技术方案的探讨[J];应用能源技术;2010年09期

6 杨海琴;;低浓度瓦斯输送管道阻火设施的工艺设计[J];山东煤炭科技;2012年01期

7 黄和文;;煤矿低浓度瓦斯热氧化发电利用[J];能源与环境;2013年04期

8 郭来同;;浅谈低浓度瓦斯发电技术的应用及改进[J];机电信息;2014年06期

9 谢晓东;张振东;高胜阳;;谈低浓度瓦斯发电站工艺设计[J];煤炭工程;2008年09期

10 朱益飞;;胜利油田低浓度瓦斯发电技术入围国家推广目录[J];电力需求侧管理;2008年06期

中国重要会议论文全文数据库 前4条

1 张延松;李润之;茅晓辉;;低浓度瓦斯安全输送系统装备研究[A];中国职业安全健康协会2009年学术年会论文集[C];2009年

2 赵志宏;刘斌;李传涛;;贵州煤矿低浓度瓦斯发电常见故障处理方法的分析与探讨[A];煤矿综合自动化与机电技术[C];2012年

3 徐婷婷;;液态水对低浓度瓦斯气发电效果的影响[A];2013年煤层气学术研讨会论文集[C];2013年

4 金学玉;;煤矿低浓度瓦斯安全输送及利用[A];提高全民科学素质、建设创新型国家——2006中国科协年会论文集（下册）[C];2006年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 记者　吴长锋;首座低浓度瓦斯电站发电[N];科技日报;2006年

2 记者 杨永芹;我市首台低浓度瓦斯发电机组投运[N];重庆日报;2013年

3 实习记者 陈治国;低浓度瓦斯发电风头渐劲[N];中国电力报;2005年

4 孙浩;重庆建首个低浓度瓦斯节能发电厂[N];经理日报;2007年

5 杨庆飞;芦岭矿筹建低浓度瓦斯电厂[N];经理日报;2007年

6 记者 刘玉珊邋通讯员 唐晓民;平煤四矿低浓度瓦斯发电走出新路[N];平顶山日报;2007年

7 任媛;胜动自主研发低浓度瓦斯发电新技术[N];中国知识产权报;2008年

8 记者 张劲光;彬长集团利用低浓度瓦斯发电变废为宝[N];咸阳日报;2008年

9 记者 李宏乾;超低浓度瓦斯利用难题攻克[N];中国化工报;2010年

10 记者 孙洪滨;胜利油田低浓度瓦斯技术助力“零”排放[N];东营日报;2010年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王鹏飞;煤矿乏风低浓度瓦斯热逆流氧化理论及实验研究[D];中南大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前9条

1 刘丽丽;低浓度瓦斯着火温度与火焰传播特性的实验研究[D];太原理工大学;2016年

2 韩晓娟;基于超低浓度瓦斯的燃气轮机热力特性研究[D];中国矿业大学;2016年

3 刘欣华;低浓度瓦斯燃烧的化学动力学及稳定性研究[D];河南理工大学;2012年

4 刘成;煤矿高低浓度瓦斯安全监控系统[D];山东大学;2011年

5 潘弘;低浓度瓦斯发电安全输气系统的研究[D];安徽理工大学;2010年

6 刘海洋;黄陵矿业集团低浓度瓦斯发电技术研究[D];西安科技大学;2014年

7 徐涛涛;低浓度瓦斯水合物生成动力学及促进剂实验研究[D];黑龙江科技学院;2011年

8 庞敏敏;低浓度瓦斯发电安全输气系统的智能控制研究[D];安徽理工大学;2012年

9 张自强;基于ARM的低浓度瓦斯发电供气控制系统的研究[D];安徽理工大学;2010年

，

本文编号：803219