燃用超低浓度瓦斯的燃气轮机热力特性研究与仿真

论文摘要

甲烷浓度在1%左右的矿井瓦斯通常由于难以利用而被直接排空,造成了资源浪费和环境污染。本文依托教育部博士点基金项目“采动条件下矿井瓦斯运移规律与抽采理论研究20060147002”,对超低浓度瓦斯的利用进行研究。根据燃气轮机自身的特点进行改进后,在前人工作的基础上,对功率为35kW的燃用超低浓度瓦斯的燃气轮机进行稳态热力计算。分析了甲烷浓度、压气机压比对燃气轮机循环热效率的影响,确定了燃气轮机最佳工作状态的参数。接着,用Matlab/Simulink对燃气轮机进行仿真,将额定工况的仿真值与燃气轮机稳态热力计算结果对照验证,并进行仿真试验。此项研究对于开创矿井瓦斯研究的新领域,探索新技术,解决资源短缺和环境污染问题等方面均具有十分深远的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.1.1 研究背景与意义
• 1.1.2 应用前景
• 1.2 研究现状及分析
• 1.2.1 国外研究现状与分析
• 1.2.2 国内研究现状与分析
• 1.3 本文的主要研究内容
• 2 燃用超低浓度瓦斯的燃气轮机的运行原理及特点
• 2.1 燃用超低浓度瓦斯的燃气轮机的运行原理
• 2.2 燃用超低浓度瓦斯的燃气轮机系统的主要特点
• 2.2.1 超低浓度瓦斯为燃气
• 2.2.2 甲烷的催化燃烧
• 2.2.3 启动燃烧室
• 2.2.4 回热系统
• 2.3 甲烷催化反应
• 2.3.1 甲烷催化反应机理
• 2.3.2 甲烷催化燃烧实验
• 2.4 燃用超低浓度瓦斯的燃气轮机与传统燃气轮机的异同对比
• 2.4.1 运行过程
• 2.4.2 压气机压比
• 2.4.3 燃气浓度和流量
• 2.4.4 燃烧室中化学反应
• 2.4.5 燃烧室热阻
• 2.5 本章小结
• 3 燃用超低浓度瓦斯的燃气轮机稳态热力循环计算
• 3.1 燃用超低浓度瓦斯的燃气轮机的工作原理
• 3.2 关键部件介绍
• 3.2.1 离心式压气机
• 3.2.2 回热器
• 3.2.3 催化燃烧室
• 3.2.4 向心式透平
• 3.3 燃用超低浓度瓦斯的燃气轮机的数学物理方程
• 3.3.1 压气机
• 3.3.2 回热器
• 3.3.3 燃烧室
• 3.3.4 透平
• 3.3.5 燃气轮机循环热效率
• 3.4 燃用超低浓度瓦斯的燃气轮机热力循环特性分析
• 3.4.1 燃烧室的温升
• 3.4.2 回热器的回热度
• 3.4.3 透平出口温度
• 3.4.4 燃烧室出口温度
• 3.4.5 燃气定压比热容
• 3.5 热力循环主要参数
• 3.6 热力循环计算结果及分析
• 3.6.1 甲烷浓度对燃用超低浓度瓦斯的燃气轮机循环热效率的影响
• 3.6.2 压气机的压比对燃用超低浓度瓦斯的燃气轮机循环热效率的影响
• 3.6.3 甲烷浓度对燃烧室入口温度的影响
• 3.6.4 甲烷浓度对燃烧室温升的影响
• 3.6.5 甲烷浓度对燃烧室出口温度的影响
• 3.6.6 热力循环计算结果及分析的结论
• 3.7 本章小结
• 4 利用 Matlab/Simulink 对燃用超低浓度瓦斯的燃气轮机进行建模与仿真
• 4.1 概述
• 4.1.1 仿真技术与建模要求
• 4.1.2 Matlab/Simulink 数值仿真原理
• 4.2 燃用超低浓度瓦斯的燃气轮机的建模
• 4.2.1 压气机建模
• 4.2.2 回热器建模
• 4.2.3 燃烧室建模
• 4.2.4 透平建模
• 4.2.5 转子建模
• 4.2.6 燃用超低浓度瓦斯的燃气轮机系统的集成模型
• 4.3 仿真结果分析
• 4.3.1 静态仿真结果及分析
• 4.3.2 动态仿真试验结果及分析
• 4.4 本章小结
• 5 结论
• 5.1 结论
• 5.2 后继工作与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间已发表的学术论文及科研成果