应用甲烷重整技术的燃气轮机新循环的热力学特性

【摘要】：燃气轮机的优点已得到普遍认知,但传统的燃气轮机循环存在一些固有的不足,例如:整机循环热效率较低,过量空气系数较大和污染物排放量超标等。因此,目前各国都在进行燃气轮机联合循环的研究,以求大幅提高燃气轮机循环的热力性能。这些研究几乎都是采用的燃料直接燃烧的方式,大多局限于物理能的梯级利用,很少涉及化学反应过程中化学能的能量转化利用问题。 首先,本文提出了一种新型的燃气轮机循环,采用甲烷作为燃料,在燃气轮机燃烧室中不仅进行燃烧反应,同时利用吸热的甲烷重整技术来吸收燃烧产生的高温热量。新循环的创新之处在于将重整技术应用于动力系统中,实现提高循环热力性能以及能的梯级利用的目的,研究内容具有很高的学术价值和广阔的应用前景。 其次,建立新循环的系统流程和数学模型,采用平衡常数法确定系统中的独立反应数,在给定的条件下,对新循环进行了热力学第一定律分析,研究循环热效率和比功等热力性能随参数变化的趋势。计算结果表明:新循环热效率随着压比的增大和透平入口初温的升高逐渐增大。与简单循环相比,新循环的热效率和比功均得到提高。 再次,依据热力学第二定律,对新循环的?效率随参数的变化趋势进行研究。计算结果表明:新循环?效率随压比和透平入口初温的升高而逐渐增大,与简单循环相比,新循环?效率得到提高,原因是应用重整技术使燃烧室中?耗损大幅减少,新循环燃烧室的?效率得到大幅提高。 最后,研究将新循环生成的合成气进行燃烧的再热循环。结果显示:与无再热新循环相比,再热使循环比功得到大幅提高;而再热循环热效率在低压透平入口温度较高,总压比较大时可得到较大幅度地提高。其中对应于最大比功的最佳中间膨胀比的值比与最大热效率相对应的值小,但都远小于传统简单循环的最佳值。并从能量的梯级利用原理分析了新循环热力性能得到提高的本质原因是因为充分利用了燃烧过程中未转化利用的化学能部分,降低了化学反应作功能力的品位与物理能的品位差。

【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TK471