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超低热值燃料催化燃烧燃气轮机系统特性研究

作　者: 王艳杰
导　师: 翁一武
学　校: 上海交通大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 超低热值燃料催化燃烧燃气轮机稳态热力性能动态特性
分类号: TK471
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

根据发热量的大小将气体燃料分为高热值、中热值、低热值三大类,而低热值中又将发热量小于1MJ/m3的称为超低热值类。超低热值燃气燃料种类繁多,总量非常巨大(包括煤矿通风气、煤层气、水煤气、沼气、秸秆气等生物质气和钢铁、化工、矿物燃料生产过程中产生的超低热值燃气),但是在通常情况下不能点火燃烧,实际利用情况不甚理想,绝大多数超低热值燃料被丢弃,不但能源浪费惊人,而且严重环境了污染。针对超低热值燃料热值低、无法点火燃烧的特点,本文提出一种超低热值燃料催化燃烧燃气轮机思想,采用无火焰催化燃烧的方式将超低热值燃料催化氧化后得到高温高压的烟气,再利用其推动燃气轮机工作发出有效功。利用该技术可从现行人类活动中回收超低热值燃料中80%～90%的能量,这不论是在国内还是在世界上都是一项先进的技术。在当今全世界的能源危机和环境污染都异常严峻的时刻,发展超低热值燃料催化燃烧燃气轮机技术,具有极其重要的经济意义和社会意义。本课题的研究立足于利用1%甲烷浓度的超低热值燃气,对这种新型的催化燃烧燃气轮机系统进行研究。这种超低热值燃料催化燃烧燃气轮机系统有以下主要特点:燃气甲烷浓度很低,而且变动很大;燃

全文目录

摘要  5-8
ABSTRACT  8-15
符号说明  15-17
第一章绪论  17-24
  1.1 课题的研究意义和前景  17-20
    1.1.1 研究背景和意义  17-19
    1.1.2 研究成果应用前景  19-20
  1.2 国内外在该方向研究发展的现状及分析  20-22
    1.2.1 国外情况  20
    1.2.2 国内情况  20-22
  1.3 本文的主要研究内容和目标  22-23
  1.4 本章小结  23-24
第二章超低热值燃料催化燃烧燃气轮机系统组成及原理  24-34
  2.1 SLCCGT系统结构及运行原理  24-25
  2.2 SLCCGT系统主要特点  25
    2.2.1 燃料超低热值  25
    2.2.2 CH_4 催化燃烧  25
  2.3 主要技术关键点  25-28
    2.3.1 系统燃料量大  26
    2.3.2 含尘量大  26
    2.3.3 启动燃烧系统  26
    2.3.4 回热系统  26-27
    2.3.5 催化燃烧室  27-28
  2.4 催化燃烧实验  28-31
    2.4.1 催化燃烧反应机理  28-29
    2.4.2 催化燃烧实验  29-31
  2.5 SLCCGT与传统燃气轮机的异同  31-33
    2.5.1 燃料与空气的预混  32
    2.5.2 燃烧方式  32
    2.5.3 燃料浓度变化率  32-33
    2.5.4 工质流量  33
    2.5.5 燃烧室热阻  33
  2.6 本章小结  33-34
第三章超低热值燃料催化燃烧燃气轮机稳态热力循环计算及分析  34-59
  3.1 稳态热力循环机理分析  34-38
    3.1.1 压气机部分  35
    3.1.2 回热器部分  35-36
    3.1.3 燃烧室部分  36
    3.1.4 透平部分  36-37
    3.1.5 燃料消耗量和燃气轮机循环热效率  37-38
  3.2 SLCCGT热力循环特性分析  38-41
    3.2.1 燃气定压比热容  38
    3.2.2 燃烧室温升  38-39
    3.2.3 各状态点温度  39-40
    3.2.4 工质流量  40-41
  3.3 热力循环主要参数  41-42
    3.3.1 热力循环计算初参数  41-42
    3.3.2 热力循环计算参数变化范围  42
  3.4 热力循环计算结果及分析  42-55
    3.4.1 甲烷浓度对燃气轮机循环热效率的影响  45-49
    3.4.2 压气机压比对燃气轮机循环热效率的影响  49-52
    3.4.3 甲烷浓度对燃烧室出口温度的影响  52-54
    3.4.4 循环温比对SLCCGT循环热效率的影响  54-55
    3.4.5 热力计算结论  55
  3.5 SLCCGT循环最优设计方案计算  55-58
  3.6 本章小结  58-59
第四章超低热值燃料催化燃烧燃气轮机压气机和透平结构和气动特性  59-71
  4.1 概述  59
  4.2 压气机特性计算及分析  59-65
    4.2.1 整体结构  59-60
    4.2.2 结构设计  60-62
    4.2.3 特性计算  62-63
    4.2.4 压气机特性分析  63-65
  4.3 透平特性计算及分析  65-70
    4.3.1 整体结构  65-66
    4.3.2 结构设计  66-67
    4.3.3 特性计算  67-68
    4.3.4 透平特性分析  68-70
  4.4 本章小结  70-71
第五章基于Simulink的超低热值燃料催化燃烧燃气轮机动态特性建模与仿真  71-93
  5.1 概述  71
  5.2 SLCCGT数学模型  71-82
    5.2.1 转子模型  72-73
    5.2.2 压气机模型  73-75
    5.2.3 回热器模型  75-78
    5.2.4 燃烧室模型  78-79
    5.2.5 透平模型  79-82
  5.3 SLCCGT仿真及结果分析  82-91
    5.3.1 SLCCGT系统仿真参数确定  82-83
    5.3.2 SLCCGT系统动态仿真  83-90
    5.3.3 额定负荷动态仿真稳定值与稳态计算值的比较  90-91
  5.4 数学模型尚需改进的地方  91-92
  5.5 本章小结  92-93
第六章总结和展望  93-98
  6.1 总结  93-96
    6.1.1 主要研究工作  93-94
    6.1.2 主要研究结果  94-95
    6.1.3 进一步的研究工作  95-96
  6.2 展望  96-98
参考文献  98-102
致谢  102-103
攻读工学硕士学位期间发表的学术论文  103-104
攻读工学硕士学位期间参与的科研项目  104-105
缩略语  105

超低热值燃料催化燃烧燃气轮机系统特性研究

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