逆流式空气湿化器实验系统的研制

增湿湿化器是HAT循环的关键部件，本文利用相位多普勒分析仪Dual PDA(Phase Doppler Analyzer)详细测量湿化器内气液两相流场和内部温度场、相对湿度分布等，掌握传热传质机理以及研究分析影响湿化器性能的主要因素，从而进一步研制设计和改进、完善了湿化器实验系统。     

湿化器的传热传质机理和性能分析

从传热传质基本原理出发,建立了ＨＡＴ循环的重要部件－湿化器的数学模型,研究了湿化器的工作性能,并指出了目前某些处理方法的不合理之处。     

HAT循环逆流式湿化器的热力性能实验研究及冷却数计算

在理论分析湿化器内部传热传质机理的基础上，进行了湿化器总体热力性能试验，得出了在不同实验工况下，各测量参数对湿化器热力性能的影响规律，同时计算了冷却数，得出了其变化规律。结果表明：随水气质量比的增大，湿化器出口湿空气的温度、温升和出口水温都增大，而冷却数减少。在同一水气质量比下，随进口水温升高，出口湿空气温度、温升和出口水温都增大，冷却数减少。在各实验工况下，湿化器的出口湿空气都具有很高的相对湿度，达到或接近饱和状态。冷却数降低对系统有利，但不是越低越好，应该优化选择最佳值。     

湿化燃气轮机循环的性能分析

能源危机和环境污染的问题使人们对能源利用效率和环保的要求日益增加,同时经济的快速发展也使人们对电能的需求量越来越大。据国际能源协会(IEA)预测,电能的消耗将以平均每年2·4%的速度增长,因此效率高、比功输出大、对环境污染少成为目前发电技术所努力追求的目标。随着分布     

10MW级HAT循环试验系统配置与热力性能研究

HAT循环作为一种新型燃气轮机循环,具有低NO_x、高效率、灵活热电调节、启停快的特点。本文分析了以某10 MW级回热循环燃气轮机为基础,构建HAT循环热电联供特性试验系统的配置,给出了燃气轮机通流匹配、热电联供以及大范围热电比调节对燃烧室等部件的技术要求。     

HAT循环后冷湿化过程的传热传质性能研究

为了提升湿空气燃气轮机循环的调控灵活性,自主设计和搭建了后冷湿化器一体化实验系统,通过实验获得不同水气比下后冷湿化器出口空气的温湿度和出口水温,利用实验数据修正表面化学反应速率,基于表面化学反应模型建立了后冷湿化过程三维数值模型,分析了水气比和进口水温对后冷湿化器性能的影响。结果表明：建立的后冷湿化器传热传质模型能高精度模拟后冷湿化过程,空气温度沿流动方向呈逐渐降低的趋势,空气的含湿量和相对湿度沿流动方向逐渐升高;水气比和进口水温均对后冷湿化器的性能有较大影响,随着水气比和进口水温增大出口空气湿度提高,湿化性能提升,而降低水气比有利于提升空气后冷性能。     

新型加压填料饱和器及其关键结构研究

为了进一步揭示HAT循环的集成和运行的规律,促进HAT循环的商业化,搭建了100kW级的HAT循环示范系统。本文主要工作是研制HAT循环的关键部件加压饱和器及其内部气体分布器、液体分布器、气液两相测量装置等。在前人工作基础上,设计了分布性能好、压力损失小的双向环流式气体分布器。利用FLU-ENT软件对其进行了数值分析,结果显示该气体分布器可以满足饱和器内气流分布均匀性的要求。     

基于散堆填料的空气湿化塔性能实验研究

搭建了内径约600mm的空气湿化塔性能实验台,以塑料阶梯环散装填料塔为研究对象,实验并分析了气速、水气比、填料总高度对湿化塔的压力损失、加湿效果和传质单元高度的影响,以及进水温度对后两者的影响,同时获得了空气湿化填料塔精细设计数据,并对结果进行了拟合,得到填料的传质单元高度经验关联式。     

填料式饱和器稳态和动态特性的试验研究

对填料式饱和器进行了稳态及动态特性试验研究,分析了进水流量、进气流量、进水温度对空气加热加湿过程的影响,主要考察了出水温度、出气温度、进出口空气含湿量差、填料段压降和持液量等性能参数的变化规律.结果表明：在相同进水流量下,提高水气比和进水温度,可显著提高加热加湿性能;当气相速度升高时,进出口空气含湿量差减小,填料段压降及持液量升高;在动态工况下,当进口参数发生扰动时,持液量及出水温度比压降需要更长的时间才能达到新的稳定点.     

逆流式空气湿化器热力性能的效率分析

为了详细研究HAT循环关键部件湿化器的热力学性能,用分析的方法定义了湿化器的效率的概念,并结合实验得出了不同进口参数,如湿空气含湿量、水气比和进口水温(水气温差)对效率的影响规律,为提高湿化器性能和确定合理的运行工作状态提供了依据。图4参13     

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。     

HAT循环饱和器传热传质过程及相似分析

以HAT循环中饱和器为研究对象,讨论了实验研究的相似条件。在简化条件下建立了饱和器内部多相流的控制方程,并给出了相应的边界条件;对这些方程进行了无量纲化处理．根据微分方程的不变性原理,得到了饱和器实验研究中应遵循的相似准则,并对这些准则在实验中作用进行说明,指出了饱和器实验设计中应注意的主要问题。     

HAT循环构成热电冷三联产总能系统的可行性分析

对国内外在提高能源利用率方面的研究现状和发展趋势进行了综述，在前人研究的基础上提出以湿空气透平湿空气透平（HAT）循环构成热、电、冷三联产总能系统的能量利用形式，详细分析了构成该系统的相关技术、可行性及需要加以解决的几个问题。     

一种新的热力循环性能的估算方法和 HAT 循环的性能估算公式

根据热力学基本原理,提出一种新的估算复杂热力循环性能的方法－系统修正法,并据此推导了空气湿化燃气轮机循环的性能估算公式。     

PEvGT循环参数优化及热力性能分析

PEvGT循环是湿空气透平(HAT)循环和注蒸汽燃气轮机(STIG)循环的结合,既具有较高的发电效率,又可对外提供蒸汽并实现灵活的热电比调节,具有在热电联供领域应用的潜力。对配置不同的两种PEvGT循环进行了参数优化,分析了其热力性能和热电联供特性。研究表明:纯发电时,两种PEvGT循环的效率最高点对应的分流比在0～20%之间。未加湿空气、加湿空气及蒸汽在回热器前混合(PEvGT-2),循环最佳压比与HAT循环最佳压比为10左右;最高效率为51.4%比HAT循环及STIG循环分别高出0.8和3个百分点。未加湿空气和蒸汽在回热器后与湿空气混合(PEvGT-1),循环最佳压比较高且最高效率与STIG循环相当。热电联供时,两种PEvGT循环具有与STIG循环相似的热电负荷灵活性,且在蒸汽输出比例相同时,PEvGT-1与PEvGT-2循环的发电效率分别比STIG循环高0.7～1.5和3.4～12个百分点。     

回热器对HAT循环影响的分析

目前对HAT循环中回热器的理论分析大多采用传热温差法和表征回热器特性的回热度分析的方法。针对这两种不同的分析方法分别进行了计算,比较分析了它们对HAT循环的影响,结果表明,传热温差法更加适合于对HAT循环进行理论分析,但应当注意传热温差的选取。而回热度法更多应用于回热器的设计。     

工作压力对湿空气透平循环饱和器性能的影响

饱和器是湿空气透平（HAT）循环的主要部件之一,它的主要作用是加热加湿空气,从而提高整个HAT循环的效率和比功。利用IAPWS-IF97提供的水和水蒸气性质与实际气体状态方程,建立了适用高压条件下饱和器的一维传热传质数学模型;利用该模型计算了不同压力条件下的饱和器工作性能,并分析了饱和器内的传热传质过程中,饱和点的位置、出口性能参数的变化规律,以及能效值的变化,可以供饱和器的设计参考。