化学回热循环燃气轮机仿真与性能研究

摘要

由于简单循环燃气轮机的效率和排放尚不能令人满意，近几十年来，学者们提出了许多先进循环，其中化学回热循环燃气轮机（CRGT）因其效率高、排放低的优点得到了越来越广泛的关注。本文基于Aspen One平台，建立了以某型船用三轴燃气轮机为原型机的化学回热循环燃气轮机的稳态仿真模型，并对其进行了性能分析。主要工作内容包括：
　　（1）建立原型机的仿真模型，选取了设计工况、0.8工况、0.7工况和0.35工况的主要性能参数，将计算结果与实验值进行比较，结果表明：该原型机模型具有较高的精度，可以满足变工况计算的要求；
　　（2）确定了化学回热器的换热-反应单元级数，进而建立了化学回热器的仿真模型，并对其进行了变工况性能分析，得出结论为：在烟气温度、烟气流量、蒸汽温度和水碳比等参数中，烟气温度是影响催化重整反应的首要因素，为如何加深重整反应程度提供了思路；
　　（3）确定了以二级闪蒸为核心的蒸汽发生系统，然后对蒸汽发生系统进行了变工况性能分析。结果表明：烟气温度和烟气流量对产汽量的影响较为显著，而闪蒸压力的变化范围较小，导致其在循环运行过程中调节产汽量的范围也较窄，所以为了保证系统高性能的运行，在低工况向高工况过渡时，应该缓慢增加喷油量；
　　（4）将原型机模型、化学回热器模型和蒸汽发生系统模型相结合，建立了 CRGT循环的仿真模型，并对其进行了变工况性能分析。分别研究了在补水压力不变和变化两种情况下，不同喷油量下补水量变化时蒸汽回注循环（STIG）和 CRGT循环性能参数的变化规律，得到了STIG循环和CRGT循环的最佳补水曲线。确定了CRGT循环在设计点的燃油最佳分配比，比较了简单循环、STIG循环和CRGT循环在设计点的性能，结果表明：CRGT循环和STIG循环的效率分别较简单循环提高了30.0％和24.1%。
　　（5）为解决化学回热循环催化重整反应深度不够的问题，对其它两种CRGT循环方案进行了热力性能分析。得出的结论为：后置再热式（BR-CRGT）化学回热循环的效率最低，中间回热式（MR-CRGT）化学回热循环的效率最高。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

符号集

目录

第1章 绪论

1.1 研究目的和意义

1.2 化学回热循环研究现状

1.3 燃气轮机仿真研究现状

1.4 化学回热器研究现状

1.5 蒸汽发生系统研究现状

1.6 论文的研究内容

第2章 数学模型

2.1 引言

2.2 原型机数学模型

2.3 化学回热器数学模型

2.4 蒸汽发生系统数学模型

2.5 本章小结

第3章 燃气轮机本体性能研究

3.1 引言

3.2 仿真模型的建立

3.3模型的准确性验证

3.4 本章小结

第4章 化学回热系统性能研究

4.1 引言

4.2 化学回热器换热-反应级数的确定

4.3 化学回热器稳态变工况性能分析

4.4 蒸汽系统模型建立

4.5 蒸汽发生系统变工况性能分析

4.6 本章小结

第5章 化学回热循环性能研究

5.1 引言

5.2 蒸汽回注循环变工况性能分析

5.3 化学回热循环变工况性能分析

5.4 三种循环性能比较

5.5 本章小结

第6章 化学回热循环系统配置方案设计

6.1 前言

6.2 中间回热式化学回热循环

6.3 后置再热式化学回热循环

6.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢