环境压力下吸热燃气轮机循环的基础研究

摘要

本文根据热力学理论进行了APGC理论性能研究，并利用AspenPlus软件建立了APGC流程分析模型，研究了APGC性能与循环温比、压比的变化规律，提出了APGC装置最佳压比设计方法—加权分析法。提出了以常规燃机循环作为顶部循环，APGC为底部循环的新型燃气轮机动力联合循环，并对不同的联合循环形式进行了性能分析和对比。其目的就是根据能量的梯级利用原则，最终达到能量的高效利用。在大型燃机装置中，常规的燃机装置排气接近环境压力，但热量相对较高，往往采用蒸气—燃气联合循环，以进行余热的动力回收。然而在小型和微型燃机中，燃机排气热量相对较低，而选择APGC进行常压余热的动力回收，将是提高循环发电效率的有效途径。文中对比分析了联合循环性能随顶部循环压缩机压比和底部循环透平膨胀压力的变化规律。所提出的加权分析法可根据联合循环装置的用途，确定最终的装置设计压比，对新型循环装置的理论设计和实践应用具有一定的指导意义。

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1绪论

1.1研究背景

1.2环境压力吸热燃气轮机发展概况

1.2.1燃气轮机循环技术

1.2.2环境压力下吸热燃气轮机循环

1.2.3燃料电池(PC)联合循环

1.3研究内容和目的

2流程模拟分析软件ASPEN PLUS

2.1概述

2.2 ASPEN PLUS在燃气轮机装置中的应用分析

3环境压力下吸热燃气轮机循环(APGC)热力学理论和性能数值计算分析

3.1 APGC系统描述

3.1.1压缩过程

3.1.2中间冷却过程

3.1.3循环系统分析

3.2 APGC循环的热力学理论分析

3.2.1循环比功

3.2.2循环效率

3.2.3 APGC循环对燃气轮机性能的影响

3.2.4 APGC循环的放热分析

3.3 APGC循环性能的数值计算分析

3.3.1基本条件

3.3.2 APGC循环比功随循环压比和温比的变化

3.3.3 APGC循环效率随循环压比和温比的变化

3.3.4 APGC循环最佳性能的分析

3.3.5 APGC循环与常规回热BC循环实例对比分析

3.3.6 APGC循环可抑制NOx排放

3.4小结

4 APGC燃气轮机联合循环装置的性能研究

4.1前言

4.2联合循环系统描述

4.2.1简单联合循环

4.2.2回热联合循环

4.2.3补燃联合循环

4.3联合循环性能分析

4.3.1联合循环性能分析基本条件

4.3.2简单联合循环性能分析

4.3.3回热联合循环的性能研究

4.4小结

5 APGC循环燃机工程应用探讨

5.1沼气发电技术

5.1.1目前沼气发电技术

5.1.2新概念沼气发电技术

5.2钢铁行业的动力回收

5.2.1目前动力回收技术概况

5.2.2采用APGC燃机回收余热动力装置

5.3微型燃机与燃料电池的复合装置

5.3.1复合发电装置的循环

5.3.2布雷顿循环MGT/增压型SOFC复合发电装置的经济性能分析

5.3.3常压SOFC与APGC燃机复合装置的经济性能分析

5.4小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢