中低热值燃料燃气轮机燃烧室模拟及运行特性研究

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1、硕士学位论文中低热值燃料燃气轮机燃烧室模拟及运行特性研究STUDYOFCOMBUSTORSIMULATIONANDOPERATINGCHARACTERISTICFORGASTURBINEUSINGLOW-CALORIFIC-VALUEFUELGAS孙丹哈尔滨工业大学2015年7月中图分类号：TK124学校代码：10213UDC：536.521.2密级：公开工程硕士学位论文中低热值燃料燃气轮机燃烧室模拟及运行特性研究硕士研究生：孙丹导师：张昊春副教授申请学位：工程硕士学科：动力工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2015年7月授予学

2、位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:：TK124UDC：536.521.2DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringSTUDYOFCOMBUSTORSIMULATIONANDOPERATINGCHARACTERISTICFORGASTURBINEUSINGLOW-CALORIFIC-VALUEFUELGASCandidate：SunDanSupervisor：Prof.ZhangHaochunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEnginee

3、ringSpeciality：PowerEngineeringAffiliation：SchoolofEnergyScience&Engineering。DateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要燃气轮机是当前最先进的热动力装置，应用范围除航空领域外，还包括电力、石油化工、交通等行业，作为发电机、油气管路、舰船及战车等设备的动力。燃气轮机具有热效率高、污染排放量小、起动快、用水少及适宜燃

4、用多种燃料等优点，对节约能源和保护环境具有重要的意义。中低热值燃料燃气轮机可以燃用生物质气体、工厂废气等，应用于电力发电或工厂，有利于改善我国能源结构，促进节能减排。因此，中低热值燃料燃气轮机的研究对我国经济及环境都具有重要的意义。中低热值燃料与高热值燃料相比，其热值低且组分变化，燃料燃烧特性改变，造成燃气轮机的运行变化。本文针对以上问题进行燃气轮机燃烧特性和运行特性研究，分析中低热值燃料对燃气轮机的影响。本文首先建立燃烧室化学反应器网络模型，对燃气轮机燃烧室进行模拟计算。从燃料热值和组分两方面分别分析了中低热值燃料对燃烧特性的影响，其

5、中燃烧特性主要分析了当量比、进口温度及燃烧室压力等因素，分别对绝热火焰温度、燃烧室出口温度、CO排量和NO排量的影响。然后研究了中低热值燃料对燃气轮机运行特性的影响。在燃气轮机的热力循环和燃气热力性质计算基础上，结合燃气轮机压气机特性曲线、燃烧室热平衡和透平特性曲线，建立燃气轮机运行特性计算模型。计算分析了14种中低热值燃料的燃气轮机运行特性，即燃料热值对燃料系数、燃料流量、透平出口温度及膨胀功的影响规律。对燃气轮机燃烧室进行模拟计算结果表明，当量比是影响中低热值燃料燃烧特性的一个重要因素，在改用中低热值燃料后，针对燃料确定相应最佳当量

6、比。对于中热值燃料，其绝热火焰温度和燃烧室出口温度均高于天然气，且废气排量也均高于天然气。对低热值燃料而言，由于热值低，燃烧较难组织，绝热火焰温度和燃烧室出口温度均较低。中低热值燃料的燃烧特性不仅与热值有关，而且与燃料组分有关，且燃料中可燃气体所占比例越大，绝热火焰温度和燃烧室出口温度越高。对燃气轮机运行特性进行模拟计算结果显示，燃料热值越低燃料流量和燃料系数越大。在热值范围10MJ/kg~16.7MJ/kg，燃料流量随热值降低而升高幅度较小；在热值范围4.3MJ/kg~10MJ/kg，燃料流量随热值降低而升高较快。不同热值燃料的透平出

7、口温度差别不大，主要集中在563℃~578℃之间，所以燃料热值对透平出口温度影响不大。燃料热值越低，其燃烧生成的燃气在透平中-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文所做膨胀功越多。另外，针对中低热值燃料，设计了燃气轮机运行特性程序计算界面，方便用户进行操作计算。关键词：燃气轮机；中低热值燃料；燃烧特性；运行特性-II-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractGT(GasTurbine)isthemostadvancedthermalpowerplant.Inadditiontotheaviationsector,thescopeofi

8、tsapplicationincludeselectricpowerindustry,petrochemicalindustry,transportationindustryandsoon.Inthesei