[發明專利]一種燃氣輪機性能計算與仿真方法

在審

• 申請號: 202011348148.6
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN113032914A
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 劉峰;王子楠;陳溯敏
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F111/10;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京清大紫荊知識產權代理有限公司 11718
• 代理人: 張卓

本發明提供一種燃氣輪機性能計算與仿真方法，包括：S1計算燃氣輪機內部工質的熱物性；S2計算燃氣輪機燃料的摩爾組分；S3.冷卻摻混計算；S4.計算進口和出口截面工質熱物性；S5.計算內部壓力變化的熵變；S6.分別計算燃氣輪機各部件進口參數和出口參數，得到燃氣輪機各部件進口出口工質熱物性的輸入輸出映射關系。本發明針對因燃料組分改變或者燃料類型改變導致的燃氣輪機總體性能計算問題，提出了一種計算量小、靈活方便的解決方案。

技術領域

本發明涉及燃氣輪機總體性能計算領域，具體地，涉及一種燃氣輪機性能計算與仿真方法。

背景技術

燃氣輪機總體性能是燃氣輪機最重要的指標。燃氣輪機的總體性能計算與其內部工質的組分及其熱物性計算息息相關。準確地計算工質的組分是準確計算工質熱物性的前提。若組分計算不夠準確，燃氣輪機性能計算和仿真會產生較大誤差。然而，在燃氣輪機的一些典型過程(燃燒過程、冷卻摻混過程)和環境條件變化(環境濕度變化)中，工質的組分都會發生顯著的變化。此外，為了實現燃氣輪機運行經濟性的要求，燃氣輪機使用的燃料也逐漸豐富起來。考慮到冷卻摻混的引氣位置和引氣量，燃料與空氣的質量比，燃料種類的拓寬均會使得燃氣輪機內部工質的組分發生明顯的變化。燃氣輪機在工業應用時，為匹配當地工業生產體系，實現經濟利益的最大化，往往被要求使用非常規燃料，如焦爐煤氣、高爐煤氣等。盡管使用了非常規燃料，但由于設計成本的原因，往往仍采用原燃氣輪機結構或以原燃氣輪機結構為基礎進行改動。如果仍按照傳統的總體性能計算方式，燃料改變后的燃氣輪機總體性能是否能夠實現用戶的需求往往需要進行大量的實驗，耗費大量的時間與成本。

由于傳統的燃氣輪機總體性能計算方式，特別是燃燒室下游的性能計算方式，是根據具體燃料進行油氣比的反復迭代才能得出最終的收斂結果，并且對燃料組分相對于標準燃料組分的偏差值有較嚴格的要求與限制。如果燃料類型發生了改變，則需要重新進行針對特定燃料的經驗曲線。柴油、煤油和天然氣等燃料的化學組分并不固定，這會造成傳統的工質熱物性計算方法可能會出現較大誤差。此外，由于燃氣輪機燃料使用經濟性的要求，像焦爐煤氣等組分含量不穩定的工業余氣等被用于燃氣輪機的燃燒過程中，如果依照以往的工質熱物性的計算方法,對每一種燃料進行經驗性的分析，則會耗費大量的時間和成本。

發明內容

因此，為了克服上述現有技術的缺點，本發明提供一種燃氣輪機性能計算與仿真方法，以降低分析時間和計算成本。

為了實現上述目的，提供一種燃氣輪機性能計算與仿真方法，所述燃氣輪機包括下述部件：進氣道、壓氣機、燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪，所述性能計算與仿真方法包括以下步驟：

S1計算燃氣輪機內部工質的熱物性：

重新劃分燃氣輪機內部氣體的干空氣劃分為N2、O2、H2O、CO2和剩余氣體，根據干空氣、N2、O2、H2O和CO2的熱物性來計算剩余氣體的熱物性；

根據N2、O2、H2O、CO2和剩余氣體的熱物性，計算燃氣輪機內部氣體的質量組分和摩爾組分；

根據燃氣輪機內部氣體的質量組分和摩爾組分，計算燃氣輪機內部氣體的熱物性；

S2計算燃氣輪機燃料的摩爾組分：

根據步驟S1所得燃氣輪機內部氣體的熱物性，計算干空氣完全燃燒的工質質量組分以及干空氣過剩時燃燒的工質質量組分；

S3.冷卻摻混計算：

根據冷卻氣體的質量組分和冷卻摻混過程上游的氣體的質量組分，計算摻混后的燃氣輪機內部氣體的質量組分；

S4.計算進口和出口截面工質熱物性：

根據總溫、總壓、軸向速度、非軸向速度、質量流量以及摻混后的燃氣輪機內部氣體的質量組分，計算進出口截面的其它熱物性參數；

S5.計算內部壓力變化的熵變：