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《哈尔滨工程大学》 2010年
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燃气轮机化学回热循环燃料转化技术研究

徐长松  
【摘要】: 燃气轮机化学回热循环是以燃气轮机透平排气作为热源,将燃料通过蒸汽转化反应产生新的合成燃料,合成燃料再进入燃烧室燃烧。通过燃料转化过程回收排气中余热,提高循环效率并大幅减少NOx的排放量。循环实现的关键是燃气轮机运行工况下燃料转化反应进行深度和对不同燃料的适应性。燃料转化深度决定了对余热回收效率的高低,燃料适应性决定了不同应用领域的燃气轮机可否采用化学回热方式进行余热回收。本文主要研究燃气轮机运行条件下的燃料蒸汽转化反应过程,通过模拟计算和实验为化学回热循环方案设计提供基础数据。 按平衡反应模型对蒸汽转化反应进行分析,确定了反应产物平衡组成和反应焓的计算方法,工艺条件对燃料转化反应结果的影响。阐述了甲烷蒸汽转化反应机理和转化催化剂的基本组成,预转化在燃料转化中的应用。 对燃料转化过程中各个阶段能量变化进行分析。按平衡反应模型,对不同燃料的转化反应进行计算,提出利用预转化反应对液态燃料先进行富气反应,生成的富甲烷气按多级分离(换热)反应的模式再进行转化,在燃气轮机运行可供条件下加深燃料蒸汽转化反应深度。对燃料多级分离(换热)反应模式进行计算,结果表明,此方式可提高燃料蒸汽转化反应深度,能够对排气余热进行有效回收,起到提高循环效率作用。 针对化学回热循环中燃料多级分离(换热)反应的转化模式,设计了燃料蒸汽转化反应试验台,对不同的模拟燃料进行了预转化反应试验研究,考察了温度、压力、水碳比等反应条件对预转化反应结果影响,分析了催化剂在反应过程中相关性能指标的变化。实验结果表明:模拟燃料在催化剂作用下能够完全转化为富甲烷气,预转化反应可作为燃料多级分离(换热)---反应转化模式的第一级反应。采用化学回热方式通过多级分离(换热)反应的模式可以实现对使用不同燃料的燃气轮机进行余热回收。
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