燃气轮机低热值合成气燃烧室内三维湍流流动的数值模拟研究

对GE-F101型工业燃气轮机环形燃烧室燃用甲烷和低热值合成气的燃烧性能进行了数值研究,采用标准k-ε湍流模型和涡耗散湍流燃烧模型对燃烧室在不同燃料条件下的流场特性进行了数值模拟,并对燃烧室内的流场结构、温度分布、火焰结构及NOx分布进行了分析与比较;在此基础上对原燃烧室进行了一些改造.结果表明:随着燃料热值的降低,燃料射流速度增大,燃料和空气的混合程度减弱,燃烧稳定性降低,燃烧室内最高温度降低,NOx排放量减少;通过增大燃料喷嘴口径和增加旋流器的旋流数,可在一定程度上改善燃烧室内流动结构,增强燃料和空气的混合程度,因而提高了燃烧稳定性.

合成气燃气轮机燃烧室的试验研究

对某分管型燃气轮机燃烧室及其两个用于燃烧中热值合成气的改造方案在中压全尺寸试验台上进行了考核和实验研究。试验采用的等容积流率模化准则,即采用与真实燃烧室相同的尺寸、燃料、过量空气系数以及燃料和空气进口温度,而空气的总压和流量以及燃料的流量取为真实参数的1/6。试验结果表明2个改造方案的性能参数,包括燃烧效率、总压损失、出口温度分布、火焰筒壁面温度分布和火焰的稳定性(贫燃料熄火极限)都能够满足设计要求。此外,与原型燃烧室燃烧轻柴油的工况相比,2个改造方案在燃烧合成气时燃烧室主燃区的火焰筒壁面温度升高,而燃烧室的NOx排放大大降低,火焰的稳定性得到明显改善。因此保持火焰筒开孔规律不变,增大气体燃料喷射孔面积并增强旋流对燃烧室进行改造,使其能够高效洁净地燃烧中热值合成气,该方法是可行的。

数值模拟在合成气燃气轮机燃烧室设计中的应用

采用数值模拟方法对设计燃料为天然气和柴油的某型号燃气轮机燃烧室进行了改造,使其能够高效洁净地燃烧中热值的合成气。数值计算采用了涡团耗散湍流燃烧模型、可实现k-ε湍流模型和离散坐标系辐射模型,SIMPLE压力速度耦合算法以及二阶精度迎风插值格式。对原型燃烧室进行了数值模拟研究,分析了合成气燃料的性质,对比了燃烧天然气和合成气2种燃料时燃烧室入口参数,由此确定了燃烧室改造原则。依照改造原则对原型燃烧室进行了改造,并根据数值模拟的结果对改造方案进行了多次改进,最终得到了合适的改造方案。改造过程说明:对原先燃烧天然气的燃烧室改烧中热值合成气,基本可以不改变火焰筒的结构;燃料喷射孔的面积可以按照与原型喷嘴的燃料喷射速度相同的原则确定,但需要增加旋流器的旋流数。

生物质气化耦合发电体系的合成气组分与能量分析

碳达峰碳减排目标实现过程中,充分挖掘生物质耦合发电是一项关键举措。通过Aspen Plus软件对生物质气化耦合发电体系中的气化过程进行了建模分析,重点研究了当量比和环境压力对合成气气体组分的影响,并结合计算结果探讨了合成气热值及能量的变化规律。结果表明,随着当量比的增加,H2体积分数由19.47%单调降低至5.19%;CO体积分数在当量比为0.3附近达到最大值22%;CH4体积分数随着当量比的增加呈现单调降低的状态,从1.3%降至0。依托理论研究的成果,合成气体热值的曲线与CO和H2表现出相同的变化规律,在当量比0.3~0.35时达到最高值,然后快速下降。考虑到带入炉膛的能量还有气体显焓,提出了一种热值+显焓的合成气能量评价方式,其在当量比为0.35时达到最大值,也是生物质耦合气化系统的最优当量比区间。

多种废弃物的共气化数值模拟评价

气化技术被认为是一种将废弃物转化成清洁能源的绿色技术,因为它不仅能生产合成气,还不会对环境造成严重的影响,同时残留物还可以用于其他工业生产。了解不同种类的废弃物与木屑混合后的共气化效率对进一步研究气化有着重要的意义。本次研究提出了6种不同的废弃物与木屑混合后的共气化方案。然后以固定床下吸式气化炉的气化过程为例,通过建立数值模型来模拟气化过程中四个不同阶段(干燥、热解、燃烧以及还原)的反应与演化过程,并预测合成气的组分、合成气热值和冷气效率。通过对比模拟结果,得出结论:对于C、H元素含量较低的废弃物,其含量的增加会导致气化效率降低;对于不同种类的废弃物,C、H元素含量越高,共气化产生的合成气热值也就越高,例如鸡粪的C、H元素含量最低,对应合成气热值也是最低的,为3.41 MJ/m^(3)。食物残渣1的C、H元素含量最高,对应合成气热值也是最高的,为3.92 MJ/m^(3)。

煤气化多联产中燃气轮机的改造与运行

兖矿集团以煤气化为核心的多联产系统通过甲醇合成系统与燃气轮机发电系统的整合,实现了物质转化和能量转换的集成,解决了燃料和电独立生产时效率低、污染严重的问题。燃气轮机选用了美国GE公司MS6001(B)型天然气的标准机组,改造成了以中低热值煤合成气为燃料的发电机组。改造后的机组进行了工业化试验与运行,各项指标均达到了设计要求。

Determination of Air/Fuel and Steam/Fuel Ratio for Coal Gasification Process to Produce Synthesis Gas

In this study, a coal gasification model is developed based on nine simultaneous reactions. For given gasification temperature and pressure, the air/fuel and water vapor/fuel ratio are optimized for maximum H2/CO ratio by parametric study. Furthermore, the cold gas efficiency and higher heating value of the synthesis gas produced are computed for each case. Optimum locations of investigated parameters are also searched for maximizing cold gas efficiency and higher heating value of the synthesis gas.

多种废弃物的共气化数值模拟评价

气化技术被认为是一种将废弃物转化成清洁能源的绿色技术,因为它不仅能生产合成气,还不会对环境造成严重的影响,同时残留物还可以用于其他工业生产。了解不同种类的废弃物与木屑混合后的共气化效率对进一步研究气化有着重要的意义。本次研究提出了六种不同的废弃物与木屑混合后的共气化方案。然后以固定床下吸式气化炉的气化过程为例,通过建立数值模型来模拟气化过程中四个不同阶段(干燥、热解、燃烧以及还原)的反应与演化过程,并预测合成气的组分,合成气热值和冷气效率。通过对比模拟结果,得出结论:对于C、H元素含量较低的废弃物,其含量的增加会导致气化效率降低;对于不同种类的废弃物,C、H元素含量越高,共气化产生的合成气热值也就越高,例如鸡粪的C、H元素含量最低,对应合成气热值也是最低的,为3.41 MJ/Nm^(3)。食物残渣1的C、H元素含量最高,对应合成气热值也是最高的,为3.92 MJ/Nm^(3)。

基于运行数据的IGCC电站燃气轮机性能分析

基于现场数据,对天津IGCC(整体煤气化联合循环)中燃气轮机建立数学模型,分析环境温度,燃料热值,透平出口温度等因素对燃气轮机性能的影响。结果表明:环境温度降低时,机组热效率迅速增大,透平进口燃气温度上升,第一级静叶表面温度迅速减小,透平冷却效果良好。压气机压比迅速减小,IGV(可调导叶)开度对环境温度变化敏感,变化幅度大。合成气热值降低时,机组热效率稳定,透平进口燃气温度与透平叶片表面温度稳定。压气机可以通过较小的IGV开度变化保证在合成气热值大幅度变化时压比保持稳定,防止喘振。透平出口温度设定值逐渐增大,透平进口燃气温度随之上升。透平第一级静叶表面温度升高,透平冷却效果恶化。过低的透平出口温度会降低机组热效率。此时IGV可以保证压气机压比与空气质量流量的变化。