燃气轮机化学回热循环热力学过程分析

化学回热循环是一种先进的燃气轮机循环方式。为系统研究燃气轮机化学回热循环热力学性能,在循环过程热力学分析的基础上,建立了燃气轮机化学回热循环温熵图,定义了燃料热值相对增加率,推导循环的热效率的数学表达式,对该循环性能进行了分析和计算。结果表明:化学回热循环具有较高的效率,最大效率可达55%以上。化学回热循环效率最佳压比取决于燃气轮机简单循环中的最佳压比,所以化学回热循环是不受压比限制的回热循环。化学回热循环燃料蒸汽转化的深度受排气温度的影响较大,排气温度越低燃料热值的增加率越小。

燃气轮机化学回热循环仿真研究

为系统研究燃气轮机化学回热循环的性能,在循环过程热力学分析的基础上,建立了燃气轮机化学回热循环数学模型,并针对某型三轴燃气轮机利用MATLAB/Simulink软件进行了仿真计算,得出了燃气轮机化学回热循环变工况性能.结果表明:燃料发生蒸汽转化反应提高了其热值,装置循环效率相对提高量可达32%以上;在装置输出功率不变的情况下,涡轮进口温度下降明显,可以大幅度提高燃机寿命,且排气温度大幅度降低;在保证燃机结构几何尺寸不变的条件下,该循环的共同工作线将向着远离压气机喘振边界移动,对于提高压气机喘振裕度是有利的.

基于柴油-蒸汽重整的化学回热循环热力计算

为了推进化学回热循环燃气轮机应用于船舶推进系统,应用最小吉布斯自由能法建立柴油-蒸汽重整反应计算模型并基于此模型分析化学回热循环燃气轮机的热力性能。使用甲烷-蒸汽重整反应结果验证该方法的可行性,计算结果和实验对比主要产物产量最大误差为3.44%。使用该方法计算柴油-蒸汽重整反应,计算后燃料折合热值提高了38.9%;循环效率得到提升。根据柴油-蒸汽重整反应计算结果计算了燃机的燃烧室出口温度为1375.3K,较简单循环的1542.8K降低了167.5K,较低的燃烧温度可以降低NOx的生成量。经过验证,在所选定的计算状态,烟气余热能量足够产生系统所需的水蒸汽。

化学回热循环的蒸汽系统热力设计

分析了利用燃气轮机高温余热的蒸汽发生系统的设计准则,并基于某型燃气轮机设计了用于构建化学回热循环燃气轮机的一种蒸汽发生系统。设定了该蒸汽发生系统的设计点工况并对各主要部件进行了热力设计,建立该系统的热力性能计算模型。计算了设计点性能参数并校验了计算精度,出口蒸汽和烟气的各主要性能参数的最大误差为0.4%,所设计系统可用于燃气轮机系统的性能分析。系统符合能量梯级利用原则,低工况时也能充分利用余热,变工况时所产生蒸汽参数稳定。

面向对象的先进循环燃气轮机工质热物性计算方法

先进循环是燃气轮机发展的重要方向,1套通用先进循环工质热物性计算方法对先进循环研究具有重要意义。以工质最为复杂的化学回热循环为例,建立了1套通用的工质热物性计算方法,并论证了该方法也适用于其他先进循环。基于面向对象方法建立了1套计算系统并采用C++语言编制其计算程序,验证了空气和水蒸气的热物性计算精度,最大误差为0.00852%。采用该热物性计算方法计算了1个化学回热循环的热力过程;在给定的条件下其效率比简单循环效率提升32%,达到47.32%。结果表明:所提出的热物性计算方法计算准确,通用性强,为先进循环研究提供了基础。

双燃料燃气轮机喷嘴结构设计与数值模拟

针对化学回热循环燃气轮机燃烧室,设计了几种双燃料喷嘴的气体燃料流道结构,应用RNG(重整化群)k-ε双方程湍流模型、PDF燃烧模型以及SIMPLE算法,借助CFD技术对采用这几种不同喷嘴结构的燃烧室燃烧流场进行了数值模拟与对比分析。通过对这几种喷嘴结构模型的火焰长度、高温区的位置、壁面温度、出口温度场的均匀性等关键影响因素的对比分析表明:采用斜气孔气体燃料旋流双燃料喷嘴,可以在气体流道中产生预旋气流,使裂解气与空气能更好地进行掺混燃烧,同时避免了火焰烧到喷嘴和火焰筒壁面,出口温度场也更均匀。

两级闪蒸-化学回热系统的热力性能试验研究

化学回热循环是一种先进的燃气轮机循环方式,可以有效地解决简单循环燃气轮机的热效率低和污染物排放量高的问题。基于柴油燃料燃气轮机燃烧室,搭建了化学回热系统试验台,设计了双燃料燃烧室喷嘴、柴油蒸汽催化反应器和紧凑式多级高压闪蒸器,进行了高压闪蒸-化学回热系统的热力性能试验研究。研究表明：在化学回热系统进口燃气温度为465.6℃时,柴油的当量低热值提高10.13%;在化学回热系统进口燃气温度为558.0℃时,柴油的当量低热值提高18.53%,并且使42.30%补给水转化为淡水。

中低温太阳热能与化石能源互补系统的参数敏感性分析

SOLRGT系统是基于间冷化学回热循环的一种新型中低温太阳能与化石能源互补系统,它使中低温太阳能品位间接得以提升,借助先进燃气轮机系统实现高效热功转换,化石能源节约率可达20%~30%。基本工况下相比同输入的单输入发电系统（槽式太阳能热发电、燃气蒸汽联合循环）,发电成本下降了16.6%。为进一步研究SOLRGT的热力经济性能,选取太阳能输入份额Xsol、太阳倍数SM（系统年运行时间H）、单输入化石能源参比系统（燃气蒸汽联合循环）年运行时间HCC、工程各部分造价、天然气价、电价为不确定因素,分析SOLRGT发电成本、相对成本节约率、回收期的变化规律。研究表明：系统发电成本随着Xsol增大而增大;HCC4≤300 h（基本工况）或者SM≥2（Xsol=20.3%）时,SOLRGT系统的发电成本低于单输入系统;太阳能相关设备造价对发电成本影响最大。

新型甲醇化学回热与海水淡化联产系统

本文提出了一种结合甲醇化学回热循环与低温多效蒸馏海水淡化系统的新型联产系统。该系统利用化学回热循环的余热驱动海水淡化子系统,同时海水淡化生产出的淡水部分供化学回热循环所需,实现了系统水电化工联产。文中对该循环进行了热力性能研究,当注汽率为0.04、透平进气温度为1308℃的基本工况下,循环电水比为543 kJ/kg、效率为46.2%;相对同输出分产系统,节能率达到19.3%;参数敏感性分析表明注汽率对循环的影响较为显著。

内燃机内甲烷水蒸气重整特性分析

为了较为系统地认识甲烷水蒸气重整反应对内燃机性能的影响。应用HSC 5.1软件对甲烷水蒸气重整反应在不同反应温度和水碳比的工况下进行分析,然后应用Chemkin-pro程序,计算了在相同供热量下甲烷水蒸气重整气在不同物质的量比下比CH_4的燃CH_4消耗降低率。结果表明,提高反应温度和水碳比可提高CH_4的转化率;当温度为700℃、水碳比为3时,发热量提高了13.58%,在供热相同情况下,燃CH_4消耗量可减少11.96%,CH_4的转化率越高,循环效率越高;重整气效率比纯天然气高,随着物质的量比降低,重整气优势降低。

中低温太阳能品位间接提升及系统集成

本文提出了中低温太阳热能品位间接提升的概念、方法和系统集成，其核心是热集成和热化学转换的有机结合。在所提出的太阳能和化石能源综合互补的化学回热循环系统（SOLRGT）中，中低温太阳热能首先提供蒸汽蒸发潜热从而转化为蒸汽内能；其次通过蒸汽参与重整反应进一步转化为合成气化学能，实现品位提升；最后得以在高效的燃气轮机系统中实现热功转换。由于太阳能的引入，燃气轮机透平排气余热回收部分的热匹配得到极大改善，并减少了化石能源消耗；同时，蒸汽产率的增加有助于增进系统化学回热和物理回热收益。系统中太阳能热转功净效率可达26．5％；和常规化学回热循环相比，化石能源节约率可达20％-30％，实现相应数量的C02减排，系统中实现了中低温太阳能的高效热功转换和与化石燃料的梯级互补。