生物质气为燃料微型燃气轮机运行的仿真模拟分析

将某公司的微型燃机作为研究对象,使用仿真模拟方法对将生物质气作为燃料研究燃料微型燃气轮机运行的可行性。通过仿真模拟表示,此燃机不能够燃烧低热值棉柴气和稻草气,所以也就无法同时有效满足透平入口温度、压气机喘振裕度的需求。燃用高热值沼气和木片气的时候,微型燃机能够安全地运行。基于此,对微型燃机无法燃烧低热值燃料的问题提出了压气机改进的方案,此方案能够有效提高低热值燃料燃用时压气机透平入口及喘振裕度,使微型燃气轮机能够安全、有效地运行。     

生物质气微型燃气轮机运行性能分析

为研究生物质气微型燃气轮机的运行性能,构建了微型燃气轮机模型。基于C60微型燃气轮机的设计数据,首先以天然气为燃料,验证了模型的合理性。然后以沼气、松木气和干牛粪气等生物质气为燃料,在机组输出功率为60 kW及燃烧室出口温度为1 145 K两个工况分别得到燃气轮机的主要输出参数。结果表明：维持燃气轮机输出功率为60 kW时,所需生物质气流量增大,燃烧室出口温度降低,压比增大,压气机耗功减少,机组效率提高;维持燃烧室出口温度为1 145 K,燃料流量增加,引起燃气流量增大,透平的输出功增多,机组输出功率和机组效率增大;燃料初温从300 K升高到700 K,当保持额定输出功率时随着燃料初温上升机组热效率增大;当保持额定燃烧室出口温度时,随着燃料初温上升燃料流量减少,机组输出功率和机组热效率降低。     

低热值燃料对微型燃气轮机运行特性的影响

生物质气具有热值低、可燃成分不同的特点,这种特点导致生物质气在微型燃气轮机上的应用存在问题.为天然气设计的微型燃气轮机应用低热值燃料时,会导致工质流量和热力学特性的变化,从而导致燃气轮机运行特性的变化.为将这种低热值燃料应用于微型燃气轮机,提出了几种对微型燃气轮机进行调整和改进的方法,使微型燃气轮机能适应这种低热值的燃料.应用数学模型,计算出了在应用这些方法后对微型燃气轮机运行特性的影响.结果表明,应用低热值燃料后微型燃气轮机的运行特性会发生明显的改变,在调节和改进方法中对压气机和透平进行改进以适应新的流量匹配是最适合的方法.除匹配外,还提出了一些应用低热值燃料有待解决的问题.     

生物质气微型燃气轮机燃烧室污染物生成特性的实验研究

在为中低热值气体燃料设计的低排放微型燃气轮机燃烧室单头部实验件上进行了燃烧污染物生成特性实验,对比分析不同热值气体燃料、不同喷射孔位置和射流深度以及不同值班级与主燃级燃料分配比例时的污染物排放特性。结果表明:燃烧室在50%～100%负荷范围内表现出较好的燃料适应性,NO_x排放质量浓度最高达到76.9 mg/m~3,满足环保要求;喷嘴位置、混合距离、主燃级燃料压力会影响燃料与空气的混合均匀性,进而影响污染物的生成;燃料分配比例会影响燃烧室温度分布的均匀性,随着值班级燃烧区燃料占比的降低,污染物排放量降低。     

生物质气微型燃气轮机燃烧室的数值模拟

将生物质气应用在为天然气设计的微型燃气轮机中时,由于其热值较低以及可燃成份的不同,会给燃烧室的温度场、速度场以及燃烧特性造成影响.对30 kW级微型燃气轮机的燃烧室进行了初步的设计,并在此基础上采用Fluent软件对燃烧室燃烧甲烷气和生物质气进行了数值模拟比较,探讨了燃烧生物质气对燃烧室内部流动、温度分布和NOx排放造成的影响及其原因,为今后生物质气微型燃气轮机燃烧室的设计应用提供了数据.     

燃气轮机燃料气系统的运行维护

提出了燃气轮机/压缩机机组在气体燃料系统中运行和维护的一些行之有效的举措。     

微型燃气轮机生物质气燃烧实验台设计

本研究以现有的微型燃气轮机为原型,设计了单喷嘴生物质气燃烧实验台并具体介绍了实验台的系统、重要组成模块、测量参数和方法以及实验台的主要作用。本实验台能够实现关键流动参数测量、PIV流场测量、燃烧温度场测量和尾气排放测量等。实验室条件下,对微型燃气轮机燃烧室进行研究,得出的结论可应用于燃烧室流场结构分析、喷嘴的改型、火焰稳定性、排放控制、燃料组分改变对燃烧性能的影响以及相关的燃烧技术研究。     

中低热值燃料对燃气轮机运行特性的影响分析

中低热值燃料燃气轮机对经济发展和节能减排具有重要的意义,对其燃烧特性和运行工况的研究是本项技术的关键问题。本文根据燃气轮机压气机特性曲线、涡轮特性曲线和热力循环过程,分析计算中低热值燃料燃气的热力性质,提出了适用于不同组分的中低热值燃料的膨胀做功计算方法。通过对燃用天然气和合成气进行模拟计算,得到燃料热值对燃料系数、涡轮出口温度、燃料流量及膨胀功的影响规律,为燃气轮机的设计和工况调整提供理论依据。     

分布式能源系统微型燃气轮机气耗特性

微型燃气轮机具有重量轻、适用燃料广、清洁、运行成本低等优点,适合于分布式能源供应系统。分布式能源系统通常多台微型燃机联合运行,且无差异化分配负荷,较少关注燃机能耗特性,故能源利用率较低。因此,主要聚焦微型燃气轮机的气耗特性展开研究,基于参数辨识建立微型燃机气耗模型;并对微型燃机进行加减载试验,测试机组在不同负荷点、不同运行时长下机组的有功功率、无功功率、气耗量、压气机入口温度、燃机第三级叶片入口温度等关键参数的变化情况,辨识得到模型参数。气耗特性的建立对于指导微型燃气轮机的运行和负荷分配具有重要意义,将减少分布式能源系统的气耗,提升系统经济性。     

环境温度对微型燃气轮机运行特性的影响研究

为了研究环境温度对微型燃气轮机关键部件与系统全工况运行特性的影响规律,针对100 kW级微型燃气轮机,通过模块化的建模方法建立了全工况计算模型,在环境温度-30~40 ℃、转速在75%~100%工况下,对机组与关键部件的运行特性进行了计算和分析。结果表明：随环境温度下降压气机压比与流量显著升高;燃气初温降低,回热器换热性能与压损均降低,机组功率、回热度与发电效率得到提升;当环境温度降低使机组功率高于设计功率时,随功率增加发电效率下降。     

以煤为燃料燃气轮机的发展

燃气轮机以其体积小、重量轻、起动加速性好等突出优越性,得到越来越广泛的应用。近年来,燃蒸联合循环和热电联产更显示了广阔的发展前景。然而,长期以来,由于它只能燃用液体或气体燃料,也受到了很大的限制。早在50年代,就有人开始探索燃气轮机用煤做燃料的途径。经过多年的努力,燃气轮     

基于生物质气的固体氧化物燃料电池-燃气轮机混合动力系统的性能分析

以生物质气为燃料,建立了固体氧化物燃料电池-燃气轮机混合动力系统的仿真模型.利用所建立的模型进行仿真,根据燃料电池特性参数和压气机、透平特性曲线,分析了燃料质量流量、空气质量流量等参数对混合动力系统性能的影响.结果表明:基于生物质气的固体氧化物燃料电池-燃气轮机混合动力系统的发电效率最高可达61.55%,但在这种情况下系统的寿命和可靠性急剧下降;在设计点工况下,系统的发电效率可达55.31%.燃料质量流量不变,空气质量流量可以在0.084 0~0.179 9kg/s内调节,系统效率变化范围为61.55%~51.43%;空气质量流量不变,为防止压气机发生喘振,燃料质量流量变化范围为0.062 3~0.084 6kg/s,功率变化范围为124.9~187.3kW.     

生物质气化与微型燃气轮机联合发电系统模拟分析

为了研究不同生物质对生物质气化与微型燃气轮机联合发电系统运行特性的影响,搭建了联合发电系统的模型.以木屑、秸秆、食物垃圾为原料,气化过程确定了这3种生物质的最佳空燃比依次为1.4、1.6、1.9,将相应条件下的生物质气作为微型燃气轮机的燃料,研究生物质气初温变化对燃气轮机及联合发电系统运行性能的影响.在机组输出功率为额定值时,生物质气初温由环境温度升高到450℃,所需要的生物质流量减小,联合发电系统净效率增加;在保持燃气轮机输出功不变的条件下,增设回热器,引起燃烧室出口温度升高,排烟温度降低,燃料流量减少,燃气轮机发电效率和联合发电系统净效率增大;增设回热器及提高生物质气初温均有利于减少联合发电系统中SO2、SO3的排放且不利于减少NO的排放.     

微型燃气轮机在燃料电池-燃气轮机混合装置中的应用

根据混合装置对微型燃气轮机系统提出的要求，介绍了几种新型的关键技术，这些技术的采用将大大改善系统性能。文中还对微型燃气轮机与不同燃料电池组成混合装置的形式进行了分析，并给出了几种常见的典型循环。最后对我国发展微型燃气轮机的思路及在混合装置中的应用前景进行了探讨，指出应尽早开展相关的研究和开发，为未来分布式能源系统打下基础。     

燃料电池/燃气轮机混合动力系统中的燃气轮机运行特性分析

对燃料电池/燃气轮机混合动力系统中的燃气轮机在系统设计点和部分工况下的运行特性进行了分析。对系统部分负荷工况,分析了四种不同运行方式下燃气轮机的特性。结果表明,与单独运行相比,在混合动力系统中燃气轮机的运行特性会发生明显的变化。在系统设计点,由于压气机和透平间较多部件的存在导致压损增大使燃气轮机的输出功下降。部分工况下,燃气轮机的运行特性对混合动力系统的特性有较大的影响。     

燃料热值对燃气轮机燃烧特性的仿真分析

针对燃气轮机运行过程中出现的燃烧不稳定和NO_x排放高的问题,开展了不同负荷下燃料热值对燃气轮机燃烧特性(燃烧稳定性和NO_x排放影响规律)的仿真研究。以某燃气轮机分管型燃烧室为研究对象,在不同负荷下,保持燃料流量、空气流量、大气温度等参数不变,仅改变燃料热值,采用数值仿真方法对燃气轮机设计压力监测点的压力、燃烧室出口温度及NO_x排放数据进行分析。结果表明：负荷区间相同,热值增加,高频段所对应的压力脉动幅值减小,热释放率脉动的高频频率增加,NO_x排放增加;热值相同,负荷增加,高频段所对应的压力脉动频率增加,高频段压力脉动幅值减小,热释放率脉动频率增加,NO_x排放增加。     

微型燃气轮机变工况运行方式研究

主要探讨了微型燃气轮机的变工况运行方式。指出微型燃气轮机系统中由于采用了整流逆变电力电子装置,不仅可采用变转速运行方式,同时由于其转速完全不受负载特性的影响,因此可按效率最高的最佳转速线运行。与无回热器的燃气轮机不同,由于受回热器的影响,其最佳转速线应为透平进气温度最高点所对应的转速线。同时提出了若压气机变工况调节存在采用可调静叶的可能性,则系统效率将有显著增加,并对此进行了详细计算。     

生物质炭化成型燃料直燃特性分析

以棉杆和木屑为原料制备生物质炭化成型燃料(biomass carbonized forming fuel,BCFF).对成型燃料进行了热重分析,选择温度为550,℃、700,℃和850,℃的灰样进行X射线荧光光谱(X-ray fluorescence,XRF)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)分析、灰熔融实验.TG实验表明:BCFF燃烧过程经历吸热失水、挥发分析出及燃烧、固定碳燃烧和燃尽4个阶段.XRF分析表明:随灰化温度从550,℃升高至815,℃,K减少了56.2%,,Na减少了26.5%,,Cl减少了75%,,而Ca增加了41.6%,,且在700~815,℃之间K、Na、Cl元素损失最大.XRD分析表明:BCFF燃烧灰样的成分主要是石英、单钾芒硝、钙沸石、索伦石、方镁石和硫酸盐等.温度从550,℃升至700,℃时,灰样中KCl消失和出现了钙沸石;升至815,℃时,索伦石消失,分解生成氧化钙、氧化硅、氧化铝等稳定的高温共融体.研究结果可为生物质锅炉燃料选择方面提供理论依据.     

以甲醇为燃料的燃气轮机技术及研究进展综述

随着多联产及其它甲醇化工的发展．不可避免会涉及到燃用甲醇的燃气轮机的应用。本文对直接及间接燃用甲醇的燃气轮机的研发情况进行了综述。研究表明：甲醇是燃气轮机现实可行、性能优良的未来替代液体燃料之一。燃用甲醇的燃气轮机具有比燃用目前碳氢液体燃料更低的有害气体和温室气体的排放。由于燃料甲醇热值低、具有腐蚀性、滑润性差、着火点低及汽化潜热大等特点，因此直接燃用甲醇的燃气轮机燃料系统及透平等部件需要进行一定程度的改造。利用甲醇重整反应间接燃用甲醇可以更好地改善燃料的燃烧性能，实现稳燃及优于燃用CH。的N0x排放，甚至可能实现优于常规联合循环的效率。     

微型燃气轮机低热值燃料燃烧室喷嘴流动实验研究

为适应生物质气低热值、组分变化大的特点,达到燃烧室燃烧稳定、低排放要求,在某60 kW级微型燃气轮机环形燃烧室结构的基础上,新设计了一种具有不同预混孔结构的新喷嘴,并在上海交通大学微型燃气轮机单喷嘴燃烧室实验台上对原喷嘴及新设计喷嘴进行冷态流动实验,对比分析不同稀释孔直径及工质参数条件下原喷嘴及新喷嘴对燃烧室空气流量分配比及过量空气系数的影响。研究表明:燃料流量、空气流量变化会影响燃烧室空气流量分配,空气温度变化对燃烧室空气流量分配无影响;燃料热值降低会导致燃烧室过量空气系数增大,需要匹配直径更大的燃烧室稀释孔;相比于原喷嘴新喷嘴的流量分配比较大,为使其适应低热值燃料,需要匹配的燃烧室稀释孔直径为11.0 mm,该条件下新喷嘴可适应CH_4摩尔分数为50%~90%的燃料。