用于IGCC的燃气轮机技术方案与性能预测

主要符号表T温度G质量流量。压气机压比。压气机进口导叶安装角N功率X。压损系数X。。氮气回注系数X。;,空分整体化系数下标a空气cg煤气0烧天然气时设计工况。氮气as空分装置f燃料O。氧气1Bu8整体煤气化联合循环（IGCC）燃气轮机与常规的燃机有很大的差异［“l。它改烧中低热值的合成煤气,其燃料量比烧高热值的油气时要增大几倍;不同空分方案和采用不同的NZ回注掺混量时,情况就更为复杂。透平工质流量比压气机空气流量相差很多,燃气轮机总是处于复杂的变工况状态。2IGCC中燃气轮机技术方案归纳IGCC中燃气轮机可行的技术方案…     

冲击冷却对燃气轮机尾缘双流程内冷通道传热和压损的影响

燃机内部冷却的目标是采用更小的流量和压力损失实现通道对流传热系数的提高,并利用均匀的冷却减小热应力。本文采用数值模拟手段,研究了局部冲击冷却对带侧向出流的尾缘双流程通道传热和压损的影响。研究表明:动叶尾缘通道由于侧向出流,在页顶出现一个显著的大回流涡,当地传热系数低,易造成叶片局部温度和热应力偏高。通过在U型通道的隔板布置冲击子孔,可以有效地减小通道中分离涡的影响,提高通道末端的传热,并在对通道平均传热系数影响不大的前提下,显著降低通道阻力。使射流与靶面尽量垂直有助于达到最好的冷却效果。     

IGCC中燃气轮机全工况网络特性

本文基于对ＩＧＣＣ系统的全面分析研究,归纳总结了导致燃气轮机工况变化的主要原因;应用双开口变量（整体空分系数（Ｘａｓ）和氮气回注系数（Ｘｇｎ））和折合系统效率的概念,建立了ＩＧＣＣ中燃气轮机全工况特性简化模型;并通过大量定量计算,得出不同Ｘａｓ和Ｘｇｎ组合条件下,ＩＧＣＣ中燃气轮机全工况网络特性,为确定系统变工况最佳调节规律提供全面信息。     

主流流向压力梯度对气膜冷却效率的影响

气膜冷却被广泛地应用在现代透平冷却设计中.由于叶栅环境的复杂性,叶栅气膜冷却特性与平板气膜冷却表现很不相同,主流流向压力梯度是叶栅流动的重要特征之一。本文采用PSP技术研究了不同流向压力梯度下的绝热气膜冷却效率,并同时进行了相应工况下的数值研究,来获得更详细的流场信息,以揭示流向压力梯度对气膜冷却有效度的影响机理.研究发现,低吹风比下,气膜冷却效率随流向顺压增大而提高,而高吹风比下,流向压力梯度对气膜冷却效率影响不大。     

间接冷却制冷系统的性能研究

使用间接冷却载冷剂的制冷系统既可达到制冷的要求,又可以减少制冷剂的使用量,并且制冷剂流经的设备便于集中管理,安全性能大大加强。实验研究了使用30%-40%浓度的乙二醇溶液作为载冷剂的保鲜冷库系统性能。研究发现,冷库温度、载冷剂流量、冷库湿度都对间接冷却制冷系统性能有影响,冷库温度在4℃左右,载冷剂流量过低,冷库湿度过高都对系统运行不利,在使用间接冷却制冷系统时,需要控制以上参数在合适的范围。     

100 kW微燃机性能核算及压气机进气道喷水影响

通过对100 kW微型燃气轮回热循环的热力计算,得到了该燃机的总体性能并进行了敏感度分析。随后进行了压气机进气道喷水对燃机发电效率及发电功率影响的计算,指出进气喷水冷却是在夏天提高燃机效率及功率的有效手段之一,但其效果受到了环境条件,尤其是环境湿度的明显影响。     

涡轮叶顶冷却布置对叶顶传热冷却性能的影响

本文采用数值模拟的方法,对比分析了1+1/2对转涡轮四种不同的叶顶冷却布置方案对叶顶传热、冷却性能以及气动特性的影响。四种布置方案分别是:靠近压力面垂直叶顶方向、靠近压力面且与叶顶有30°出射角、中弧线位置垂直叶顶方向、中弧线位置有30°出射角。研究表明,气膜孔沿压力面布置与气膜孔沿中弧线布置相比可以降低叶顶传热系数;由于气膜孔倾斜布置气膜射流动量降低,且削弱了肾形涡的影响,气膜的侧向覆盖范围增大。因此气膜孔靠近压力面布置可以提高气膜冷却效率;气膜孔靠近压力面且有30°出射角比垂直布置叶顶热负荷减少2.7%。另外,气膜孔靠近压力面布置可以降低主流的泄漏流量,有利于减小泄漏损失和提高涡轮效率。     

IGCC系统多目标性能统一量化评价准则

本文探讨能够综合评估IGCC系统热力、经济和环保性能的统一量化多目标评价准则,提出采用综合性能指标(CPI)作为评价准则来评估IGCC系统的综合性能。文中对该指标进行深入分析并推导出它与热力特性参数、经济因素及环保特性等关联的系统综合性能指标方程,并在IGCC综合性能的评估与优化中首次将环保变量(CO2回收率)作为系统独立设计变量进行研究。基于新的评价准则,本文开展对回收CO2的新型IGCC系统的实例研究,揭示IGCC系统综合性能与独立设计变量的关联规律,开拓系统多目标综合优化的新方法。本文研究成果为IGCC系统综合性能的评估和设计优化提供了新的思路与准则。     

不同类型核燃料对热管冷却反应堆燃耗性能的影响

热管冷却反应堆采用固态反应堆设计理念,具有功率密度高、结构紧凑、固有安全性高等特点,在深空探索、深海勘探、偏远地区等场景中具有广阔的应用前景。核燃料作为热管冷却反应堆的重要组成部分,不同类型核燃料在堆芯燃耗分析时会呈现不同的中子学性能。基于美国爱达荷国家实验室(INL)提出的热管冷却反应堆INL Design A,利用清华大学蒙特卡罗中子输运程序RMC (Reactor Monte Carlo code)建立堆芯物理模型,选取UO₂,(U_0.9Pu_0.1)O₂,U-10Zr,U-8Pu-10Zr,UN,UC这6种核燃料开展燃耗计算,分析了不同核燃料、不同功率水平对热管冷却反应堆堆芯燃耗性能的影响。计算结果表明:在堆芯燃耗深度相同情况下(20.8 GW·d·t?1),装载U-8Pu-10Zr燃料的堆芯所需235U富集度最低(9.8%),具有较好的U-Pu增殖性能。堆芯功率处于5 MW的热管冷却反应堆,燃料中241Pu的存在不仅没起到增大堆芯燃耗深度的作用,反而导致堆芯剩余反应性和堆芯寿期末次锕系核素(MAs)的产量增大,影响反应堆的安全性与经济性。因此,对于装载含有Pu燃料的小功率长寿期热管冷却反应堆,需重点关注241Pu对堆芯燃耗性能的影响。     

新颖外燃式湿空气燃气轮机循环及性能研究

本文首先提出一种新型的高效燃煤燃气轮机循环一外燃式湿空气透平循环动力系统。由于外燃的特点，作功工质为洁净湿空气，从而可以实现水的回收，是对常规ＨＡＴ循环的突破；另外洁净湿空气排放不受通常烟气露点限制，从而可回收利用湿空气降温时的低温凝结潜热，提高了加湿能力，从而提高系统性能。揭示了新型循环的基本规律；推导出具有湿化特点的约束方程和系统性能简明表达式，指明影响系统性能的关键因素。在透平初温为８５０℃的工况下，系统热效率高达４８．１１％。基于能量品位梯级利用原理和系统集成方法论，通过探索充分而合理利用中低温余热的有效途径，开拓洁净煤燃气轮机总能系统的新方向。     

CO2准零排放的IGCC系统探索研究

本文基于能源与环境综合思路和关键技术的进展,从系统集成层次探索控制CO2的新途径、凝练零排放系统的设计概念与原则,提出由氢燃料热力系统和含碳燃料热力系统并联组成新颖的CO2准零排放双循环整体煤气化联合循环系统(DC-IGCC),并对典型系统方案进行模拟分析,得出系统特性规律与有价值的结论.     

IGCC蒸汽系统综合优化的研究

本文基于总能系统概念，把能的梯级利用原理与超结构等方法有机地结合起来，提出ＩＧＣＣ蒸汽系统流程与参数综合优化新思路和新方法。并对大型 ４００ ＭＷ级ＩＧＣＣ电站系统进行模块化建模和模拟分析，总结和揭示了ＩＧＣＣ蒸汽系统综合优化规律，得出若干有实用参考价值的结论。     

与SOFC整合的CO2准零排放IGCC新系统研究

本文研究与SOFC整合的CO2准零排放IGCC系统。基于总能系统思想和系统集成方法,本文提出了O2／CO2循环与SOFC-CC结合的双循环CO2准零排放系统,对SOFC-CC循环系统特性及主要参数进行了优化分析,对新系统性能进行了分析研究,还与其它准零排放IGCC系统进行了比较。研究结果表明:新系统在回收CO2后系统效率有大幅度提高,与基准系统相比系统效率高7个百分点。本文研究成果为CO2准零排放IGCC系统研究提供了新的思路和方案。     

整体煤气化联合循环(IGCC)损分布结构研究

整体煤气化联合循环是一种先进的洁净煤发电技术。本文应用#［1316］分析方法,研究IGCC中七个子系统（空分、气化、净化、压气机、燃烧室、透平、余热锅炉及汽机)的#［1316］损失分布,指出系统中最大#［1316］损失过程为煤气化、燃气轮机燃烧和空分过程。同时,揭示了系统随不同空气整体化和氮气回注的规律。这些研究可以指导下一代IGCC系统的改进     

IGCC中空分系统特性及其对整体性能影响

本文利用Aspen-plus软件对典型的空分装置进行了模拟分析(含(?)分析),得出空分系统性能特性(包括内部状态参数和能耗分布),在此基础上探讨不同空分流程的IGCC系统性能随整体化系数Xas等变化的规律,并通过大量数值计算分析比较了高压整体化空分系统与低压独立空分系统的情况。本文研究成果对IGCC系统方案设计有较大的参考价值。     

压气机无级间冷燃气轮机性能的理论研究

本文针对压气机入口喷水方式,探讨了利用水的显热及蒸发潜热对压缩空气进行连续冷却的效果,建立了连续冷却（无级间冷）数学模型,在理论上研究了最大注水量、最佳注水量、以及注水最小压比,分析了相应循环的性能特点。     

IGCC空气侧整体综合优化的研究

主要符号表X。。氮气回注系数如空分整体化系数E。；c燃气轮机压气机效率G。l回注氮气流量万燃气轮机透平前温尼。”系统相对效率G。。煤气氮气掺混流量Ea；，c空气专用压缩机效率N。”系统相对功率1前言整体煤气化联合循环（IGCC）系统模拟与优化逐步受到重视，开展了许多相关研究［‘－‘］。但是，现有的方法［‘，‘］一个突出的问题，它是在设定的具体流程方案下的数值分析，这常常导致落入“局部优化掩盖了整体最优”的误区。本文是研究以空分系统为中心的空气侧子系统的整体优化，阐述基本概念，尝试新方法，并结合大型商业化装…     

高温涡轮叶片三种内冷通道冷却性能的实验研究

本文用实验方法研究了高温涡轮叶片三种内冷通道的压力分布、冷热态流阻及局部换热系数分布．叶片前部分别采用径向光滑通道、集中冲击冷却和分散冲击冷却三种结构，叶片后部则分别采用三排φ3扰流柱和五排φ2扰流柱稠密布置两种结构．对这三种结构进行了冷却性能比较，提出了该类冷却通道的最佳结构．     

新型IGCC系统研究与概念设计

本文开拓研究新型整体煤气化联合循环（ＩＧＣＣ）系统。基于ＩＧＣＣ关键技术进展与系统综合分析新方法的研究，设计构筑出新型的ＩＧＣＣ系统，通过模拟分析；揭示了其热力特性，得出了一些有价值的结论。新系统效率已突破５０％，有强的竞争力与发展前景，本研究成果将为研制新一代ＩＧＣＣ系统提供技术方案和理论分析方法。