燃气轮机的新进展

文中叙述了民办上燃气轮机的最新发展，，并介绍进一步改善性能及正在努力发展的方向。     

微型燃气轮机燃烧室NOx排放性能实验研究

作为微型燃气轮机的核心部件之一,燃烧室性能的优劣将直接影响微型燃气轮机的整体性能。随着环保意识的增强和环保法规的日益严格,控制燃烧室污染物的排放业已成为一个重要课题。以一微型燃气轮机燃烧室为对象进行了热态条件下NOx排放性能的实验研究。实验结果表明：随着过量空气系数的增加,NOx的排放浓度呈下降趋势;燃烧区温度的升高以及在高温区停留时间变长,NOx生成量大大上升;在较高负荷工况下,NOx的排放量较小。     

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。     

微型燃气轮机燃烧室热力性能的实验研究

对一微型燃气轮机燃烧室在不同负荷下的热力性能进行了实验研究,得到了该燃烧室在不同负荷下燃烧效率,出口温度分布,总压保持系数及NOx排放浓度等燃烧室性能指标参数的变化情况.结果表明,该燃烧室在各个实验负荷工况下均具有优异的性能,同时随着负荷的增加,压力损失增大,NOx排放浓度降低.     

重型燃气轮机的现状和发展趋势

重型燃气轮机是21世纪乃至更长时期内能源高效转换与洁净利用系统的核心动力装备。它对于能源系统的高效、清洁和安全都具有重要意义。当代燃气轮机主要关键技术包含多级轴流压气机、高效清洁燃烧室、多级轴流冷却透平、二次空气系统、镍基超级合金叶片材料与制造等等。以国家需求为导向,集中全行业力量,走自主研究和消化吸收相结合的道路,突破燃气轮机的基础科学问题和关键技术,为我国自主开发燃气轮机提供共性技术支持,是全面深入推进重型燃气轮机核心技术国产化的必由之路。     

微型燃气轮机燃烧室流场数值分析与试验研究

采用CFD方法对微型燃气轮机蒸发管燃烧室进行结构设计和流场分析,采用试验方法进行验证,主要考查设计点状态下的燃烧效率、压力损失、燃烧室出口温度场分布不均匀系数F_(OTD)与出口温度场径向不均匀度F_(RTD)。对比分析燃烧室出口温度的CFD与试验结果,二者吻合较好。试验表明:该燃烧室燃烧效率为99.6%,压力损失为4.3%,出口温度平均后的F_(OTD)为0.102,F_(RTD)为0.067。     

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.     

沼气成分对微型燃气轮机燃烧室影响的数值分析

为了探究沼气成分的变化对微型燃气轮机燃烧室性能产生的影响,对微型燃气轮机环形燃烧室在不同成分沼气条件下的流动及燃烧过程进行了数值分析,得到了燃烧室内部的压力、温度及污染物生成量等参数,并对比了在不同甲烷含量的沼气下,燃烧室燃气侧的来流参数、内部温度和污染物分布以及出口参数的变化。计算结果表明:为保证微型燃气轮机的热负荷,燃气中甲烷含量的降低将增大燃气侧的流量以及压力。而燃气中二氧化碳含量的增加,增大了燃烧室内的高温区域面积以及温度梯度,并影响了燃烧反应的充分进行,增加了NO_x与CO的生成量。     

微型燃气轮机向心透平内部流动分析

对某2.6kW微型燃气轮机向心透平叶轮进行了全三维粘性数值模拟.分析了设计工况下通道中的二次流动现象、各个涡系的发展以及不同叶尖间隙对流动的影响.结果表明:通道内吸力面侧二次流动明显,由于通道涡、泄漏涡的共同作用,叶轮的损失主要集中于吸力面侧靠近叶顶区域;叶轮顶部间隙增加,透平叶轮通流能力下降较慢,而效率降低较快.由于刮削流的影响,使得径向间隙变化对透平效率和质量流量的影响要比轴向间隙更明显.     

燃气轮机燃烧室与透平交互作用研究进展

当代高性能燃气轮机高温部件燃烧室和透平存在着复杂的流动传热现象.随着燃机透平进口温度不断提高,部件交互作用愈发突出,直接影响到燃烧筒和叶片材料的温度水平.总结了国内外燃机中燃烧室/透平交互作用的研究进展,包括热斑、湍流度、辐射、旋流、尾迹管理等因素,归纳了典型的理论研究、实验研究、数值模拟成果.燃烧室与透平交互作用的机理研究已取得较大进展,在真机工况下的验证与应用仍需开拓.高温部件的实验平台与计算开发是支撑设计体系建设的重要基础.     

微型燃气轮机及其"混合动力"的技术进展

参照目前微型燃气轮机的技术参数,基于热力循环理论,确定下一代微型燃气轮机的主要发展目标是压缩比6～8,透平进口温度1600K,效率达到40％,并对相关实现技术提出了建议。其次对微型燃气轮机与燃料电池构成混合动力的技术进展作一评述,介绍了两种主要混合动力结构的工作原理,为更好地应用微型燃气轮机提供技术参考。     

微型燃气轮机回热器燃气腔结构优化

1引言分布式发电与大电网相结合是节省投资、降低能耗、提高电力系统可靠性和灵活性的一种方式,被世界很多专家公认是21世纪电力工业的发展方向[1],微型燃气轮机是目前最有竞争力的分布式发电方式[2]。微型燃气轮机是一种新型发动机,近年来在分布式发电/能源系统领域发展迅速。     

混合仿真微型燃气轮机三联供系统

结合模拟仿真实时性和数字仿真多功能、高精度的优点，建立了基于微型燃气轮机的热、电、冷三联供系统的混合仿真装置．重点分析了仿真建模过程中模拟计算和数字计算的分配原则及系统的总成和特点。通过实例应用表明，混合仿真实验装置具有直观、方便的特点，能够实现三联供系统的运行仿真、参数分析和优化、系统配置优化以及人员培训等功能。     

微型燃气轮机外燃循环的分析

介绍了微型燃气轮机结构及其回热循环,阐述了微型燃气轮机的外燃循环的结构和特点,以及外燃循环在可再生能源利用方面的贡献,并采用MATLAB软件建立了以生物沼气为燃料的微型燃气轮机外燃循环的数学模型,对其在额定工况和变工况下进行了稳态分析,给出了各个运行参数对其性能的影响曲线和最佳运行曲线.结果表明:与采用天然气为燃料的回热循环相比,微型燃气轮机外燃循环具有较好的热经济性,在变工况下保持了较高的热效率,发电效率可达到30%左右,为可再生能源在热电联供中的应用提供了一种有前途、高效和廉价的供能方式.     

基于模糊PID的微型燃气轮机发电机组控制性能研究

以30 kW燃气轮机发电机组为研究对象,基于MATLAB/Simulink平台搭建了微型燃气轮机发电机组各部件及系统仿真模型,研究了微型燃气轮机、发电机和电力变换装置的控制策略。考虑了电力变换过程的损耗影响,设计了微型燃气轮机发电机组的“机-网”功率匹配控制策略。研究了负荷大幅度阶跃突变时“机-电”动态变换规律和功率匹配特征,采用模糊PID控制改善了机组的动态响应特性。结果表明：燃气轮机负载从30 kW突降至15 kW的过程中,模糊PID控制体现出较好的控制性能。相比常规PID控制机组的暂态过程震荡幅度明显减小,其发电功率的稳定速度提高了24.5%,电功率的超调减小9.6%,转速变化更加平缓,透平入口温度的震荡幅度减小20.7%,机组功率因数的恢复速度提高36.0%。     

基于Modelica的回热型微型燃气轮机动态模拟

以Bowman TG80微型燃气轮机为研究对象,采用模块化的建模方法,基于Modelica/Dymola平台建立了回热型微型燃气轮机的全工况动态热力系统及控制系统模型。根据试验数据对模型不同负荷下的发电效率进行了对比,并通过验证模型的启动、连续变负荷和停机动态过程,确定了多个关键技术参数。最后,分析了阶跃升降25%负荷过渡过程中不同回热器热惯性、转轴转动惯量、燃烧室容积惯性和控制器参数的系统动态响应。结果表明：不同负荷下的发电效率与试验值吻合良好,设计工况相对误差为0.11%,部分负荷最大相对误差为3.58%;根据停机工况确定的转动惯量和高温气道质量分别为0.016 kg·m²和5 kg,启动和连续变负荷过程与试验数据吻合较好;回热器热惯性和转轴转动惯量是影响系统响应特性的主要因素,回热器和转轴轻量化有利于实现更优的动态响应;合理的PID控制参数可以优化控制品质,比例增益和积分时间对控制效果的影响较大,微分时间作用不明显。     

有无后冷器的微燃气轮机HAT循环性能比较

基于某80kW微燃气轮机回热循环改造工作,比较了有后冷器和无后冷器的HAT(Humid Air Turbine)循环性能和需要增加的换热器面积。研究结果表明,对于所研究的微燃气轮机,有、无后冷器的HAT循环系统折合效率和折合输出功相当,与有后冷器的HAT循环相比,无后冷器的HAT循环湿化器更高,体积更大,但是由于省掉了后冷器,其总换热面积(后冷器、湿化器、省煤器换热面积之和)更小,即意味着其投资更低,且无后冷器的HAT循环系统结构更简单,将使系统更加紧凑且控制更容易。     

燃气轮机湿空气回注循环分析

讨论燃气轮机湿空气回注循环,提出分为内部和外部空气加湿回注循环两类。以部分空气回热回注循环（PRSTIG）为基础,分析了燃气初温、压比、回注比、回热比等参数对循环效率、比功的影响。通过对两类各相关循环的特点的比较、讨论,得出的结论是：湿空气回经循环可使功率提高10％～25％,热耗降低6％～15％,NOx排放量降低15％～50％．而且均可在现行装量上改造实施。