超低熱值燃料催化燃燒燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)特性研究.pdf

1、根據(jù)發(fā)熱量的大小將氣體燃料分為高熱值、中熱值、低熱值三大類，而低熱值中又將發(fā)熱量小于1MJ/m3的稱為超低熱值類。超低熱值燃?xì)馊剂戏N類繁多，總量非常巨大（包括煤礦通風(fēng)氣、煤層氣、水煤氣、沼氣、秸稈氣等生物質(zhì)氣和鋼鐵、化工、礦物燃料生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的超低熱值燃?xì)猓窃谕ǔＧ闆r下不能點(diǎn)火燃燒，實(shí)際利用情況不甚理想，絕大多數(shù)超低熱值燃料被丟棄，不但能源浪費(fèi)驚人，而且嚴(yán)重環(huán)境了污染。 針對(duì)超低熱值燃料熱值低、無法點(diǎn)火燃燒的特點(diǎn)，本文提

2、出一種超低熱值燃料催化燃燒燃?xì)廨啓C(jī)思想，采用無火焰催化燃燒的方式將超低熱值燃料催化氧化后得到高溫高壓的煙氣，再利用其推動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)工作發(fā)出有效功。利用該技術(shù)可從現(xiàn)行人類活動(dòng)中回收超低熱值燃料中80％～90％的能量，這不論是在國(guó)內(nèi)還是在世界上都是一項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)。在當(dāng)今全世界的能源危機(jī)和環(huán)境污染都異常嚴(yán)峻的時(shí)刻，發(fā)展超低熱值燃料催化燃燒燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，具有極其重要的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義。 本課題的研究立足于利用1％甲烷濃度的超低熱值燃?xì)猓?/p>

3、對(duì)這種新型的催化燃燒燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)進(jìn)行研究。這種超低熱值燃料催化燃燒燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)有以下主要特點(diǎn)：燃?xì)饧淄闈舛群艿?，而且變?dòng)很大；燃燒時(shí)不需要加入助燃空氣；采用蜂窩狀催化燃燒室，Nox排放量很低，燃燒室阻力壓力變動(dòng)很大；工質(zhì)流量很大，是同等級(jí)常規(guī)燃?xì)廨啓C(jī)工質(zhì)流量的5-10倍左右。從本質(zhì)上講，以上特點(diǎn)對(duì)這種新型燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)的熱力特性動(dòng)態(tài)有很大影響，主要部件（壓氣機(jī)、燃燒室、回?zé)崞骱屯钙降龋┲g的相互匹配關(guān)系也變得更復(fù)雜。 本課題結(jié)合了

4、科技部國(guó)際合作項(xiàng)目、上海交大－澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)研究院國(guó)際合作項(xiàng)目、上海市科委項(xiàng)目三個(gè)重要課題的研究工作，主要完成了以下幾部分的工作： 首先，依據(jù)這種新型燃?xì)廨啓C(jī)思想，在已有的大量研究工作的基礎(chǔ)上，分析其運(yùn)行原理和技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)，在催化燃燒實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上比較了此新型燃?xì)廨啓C(jī)與傳統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī)的異同點(diǎn)。 其次，分析超低熱值燃料催化燃燒燃?xì)廨啓C(jī)各組成部分的靜態(tài)方程，針對(duì)此燃?xì)廨啓C(jī)自身特點(diǎn)對(duì)其穩(wěn)態(tài)熱力計(jì)算方案做出調(diào)整，明確了穩(wěn)態(tài)熱力計(jì)算的

5、具體方案。給定穩(wěn)態(tài)熱力循環(huán)計(jì)算的參數(shù)變化范圍，得到不同參數(shù)值下的超低熱值燃料催化燃燒燃?xì)廨啓C(jī)的熱力循環(huán)參數(shù)。對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得了超低熱值燃料中甲烷濃度對(duì)燃燒室出口溫度的影響、循環(huán)溫比對(duì)機(jī)組循環(huán)熱效率的影響、甲烷濃度對(duì)機(jī)組循環(huán)熱效率的影響、壓氣機(jī)壓比對(duì)機(jī)組循環(huán)熱效率的影響，通過對(duì)這些影響關(guān)系的分析比較，得到此超低熱值燃料催化燃燒燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)點(diǎn)工況的各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)。 再次，根據(jù)熱力循環(huán)計(jì)算得到的超低熱值燃料催化燃燒燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)工

6、況下的熱力運(yùn)行參數(shù)，對(duì)超低熱值燃料催化燃燒燃?xì)廨啓C(jī)主要工作部件――壓氣機(jī)和透平進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)和氣動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)，最后基于商業(yè)軟件NREC得到壓氣機(jī)和透平各自的特性曲線。 最后，對(duì)超低熱值燃料催化燃燒燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性仿真模擬?；跍?zhǔn)定常假設(shè)，采用模塊化建模的方法，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)以各部件為單位進(jìn)行拆分后，分別建立起各自的數(shù)學(xué)模型，各部件模型中包含有相應(yīng)的特性方程，將各部件模型按照實(shí)際的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)連接成流體網(wǎng)絡(luò)，建立起系統(tǒng)的流體網(wǎng)絡(luò)模型，依據(jù)

7、模型對(duì)各部件的特性變量(主要是進(jìn)、出口壓力、穩(wěn)定和流量)，也是系統(tǒng)變量進(jìn)行整體仿真。以模型為基礎(chǔ)，在仿真過程中分別考察在負(fù)荷階躍減少和階躍增加時(shí)機(jī)組各特性參數(shù)的隨動(dòng)變化情況，從整體上把握此燃?xì)廨啓C(jī)在變工況時(shí)的工作特性。再依據(jù)此模型得到額定工況下機(jī)組穩(wěn)定后的各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)值，將所得結(jié)果與前述穩(wěn)態(tài)熱力計(jì)算得到的額定工況參數(shù)值相比較，以此驗(yàn)證該數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性和可靠性。 綜上，本文對(duì)超低熱值燃料催化燃燒燃?xì)廨啓C(jī)這種新型動(dòng)力循環(huán)裝置進(jìn)行了