燃气轮机进口喷雾冷却设计及数值模拟研究

摘要

燃气-蒸汽联合循环的发电效率与进气温度密切相关，当入口空气温度升高时，空气密度变小，进入压气机和燃气透平的空气质量流量减小，使燃气轮机的效率降低；入口空气温度升高还会使压气机的压缩比下降，降低燃气轮机的输出功；同时压气机的功耗增大，致使燃气轮机的出力进一步降低。燃机排烟量减少降低余热锅炉的效率，从而降低汽轮机效率。降低机组的进气温度是增加其发电效率最有用的方式之一。喷雾蒸发冷却是将一定数量的喷嘴安装到燃气轮机进气管道入口，将除盐水雾化，增水与空气的接触面积，从而加速除盐水的蒸发，降低压气机入口空气的温度。该进气冷却方法有投资少，运行成本低，易于操作和维修的优点。 通过研究加湿冷却基本理论，采用MATLAB编写加湿冷却程序进行计算分析，得到不同初始空气状态下，喷雾冷却效果数据，并绘制出空气温度和相对湿度对加湿冷却后空气温度、加湿前后空气温差、喷水量各之间的关系图。这些图明确指出进口初始温度越高，相对湿度越低，喷雾降温效果越好，所需的喷水量越大。喷雾蒸发冷却最适于炎热干燥的气候条件。 采用 GAMBIT 软件建立进气管道喷雾蒸发冷却流场计算区域并进行网格划分，使用ANSYS FLUENT软件并设置能量方程、湍流模型，组分输运、DPM、边界条件、求解设定等，进行进气管道内喷雾蒸发冷却模拟，模拟了通道进口空气温度、相对湿度、进口风速对液滴汽化距离的影响。结果表明，进口温度越高、相对湿度越低、进口风速适当的减小均能减少液滴的汽化距离，设计的喷雾蒸发冷却管道越短，成本越低。 本文分析研究燃气-蒸汽联合循环主要设备特性，采用差分进化法，结合某地燃气-蒸汽联合循环 6F 发电机组的运行数据和设计数据对联合循环主要设备进行建模，挖掘出燃气-蒸汽联合循环中各参数之间的关系，进而得到燃气-蒸汽联合循环能耗随环境温度变化的规律，随着环境温度的增大，机组气耗量逐渐增大。安装喷雾冷却降装置后，在相同的环境条件下燃气-蒸汽联合循环能耗变小，而且预估4年内能收回成本。

目录

第一个书签之前

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 燃气轮机进口喷雾冷却现状

1.2.1 国外燃气轮机进口喷雾冷却现状

1.2.2 国内进口喷雾冷却现状

1.3 燃气-蒸汽联合循环建模研究

1.4 本文研究内容

第2章 进口喷雾冷却数学模型及数值模拟基本理论

2.1 喷雾蒸发冷却系统

2.2 喷雾冷却过程分析

2.2.1 蒸发冷却过程基本理论

2.2.2 初始空气状态对喷雾冷却效果影响分析

2.3 液滴的传质

2.4 液滴的传热

2.5 燃气轮机进口喷雾冷却数值模拟理论

2.5.1 喷雾冷却数值模拟控制方程

2.5.2 喷雾模型设置

2.5.3 液滴的运动模型

2.6 本章小结

第3章 燃气轮机进气管道内喷雾冷却数值模拟

3.1 物理模型尺寸

3.2 模拟方案

3.3 边界条件及格式设置

3.4 模拟结果及分析

3.4.1 初始连续相模拟结果

3.4.2 喷水后流场模拟结果

3.5 本章小结

第4章 降低进口空气温度对联合循环能耗的影响

4.1 基于差分进化法的智能建模方法

4.1.1 理论缺陷

4.1.2 差分进化算法建模

4.2 联合循环机组主要设备特性分析及建模

4.2.1 燃气轮机特性分析及建模

4.2.2 非补燃式余热锅炉特性分析及建模

4.2.3 汽轮机特性分析及建模

4.3 联合循环系统模型及分析软件设计

4.4 分析冷却前后机组经济性

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢