[发明专利]一种燃气轮机性能计算与仿真方法

说明书

本发明提供一种燃气轮机性能计算与仿真方法，包括：S1计算燃气轮机内部工质的热物性；S2计算燃气轮机燃料的摩尔组分；S3.冷却掺混计算；S4.计算进口和出口截面工质热物性；S5.计算内部压力变化的熵变；S6.分别计算燃气轮机各部件进口参数和出口参数，得到燃气轮机各部件进口出口工质热物性的输入输出映射关系。本发明针对因燃料组分改变或者燃料类型改变导致的燃气轮机总体性能计算问题，提出了一种计算量小、灵活方便的解决方案。

技术领域

本发明涉及燃气轮机总体性能计算领域，具体地，涉及一种燃气轮机性能计算与仿真方法。

背景技术

燃气轮机总体性能是燃气轮机最重要的指标。燃气轮机的总体性能计算与其内部工质的组分及其热物性计算息息相关。准确地计算工质的组分是准确计算工质热物性的前提。若组分计算不够准确，燃气轮机性能计算和仿真会产生较大误差。然而，在燃气轮机的一些典型过程(燃烧过程、冷却掺混过程)和环境条件变化(环境湿度变化)中，工质的组分都会发生显著的变化。此外，为了实现燃气轮机运行经济性的要求，燃气轮机使用的燃料也逐渐丰富起来。考虑到冷却掺混的引气位置和引气量，燃料与空气的质量比，燃料种类的拓宽均会使得燃气轮机内部工质的组分发生明显的变化。燃气轮机在工业应用时，为匹配当地工业生产体系，实现经济利益的最大化，往往被要求使用非常规燃料，如焦炉煤气、高炉煤气等。尽管使用了非常规燃料，但由于设计成本的原因，往往仍采用原燃气轮机结构或以原燃气轮机结构为基础进行改动。如果仍按照传统的总体性能计算方式，燃料改变后的燃气轮机总体性能是否能够实现用户的需求往往需要进行大量的实验，耗费大量的时间与成本。

由于传统的燃气轮机总体性能计算方式，特别是燃烧室下游的性能计算方式，是根据具体燃料进行油气比的反复迭代才能得出最终的收敛结果，并且对燃料组分相对于标准燃料组分的偏差值有较严格的要求与限制。如果燃料类型发生了改变，则需要重新进行针对特定燃料的经验曲线。柴油、煤油和天然气等燃料的化学组分并不固定，这会造成传统的工质热物性计算方法可能会出现较大误差。此外，由于燃气轮机燃料使用经济性的要求，像焦炉煤气等组分含量不稳定的工业余气等被用于燃气轮机的燃烧过程中，如果依照以往的工质热物性的计算方法,对每一种燃料进行经验性的分析，则会耗费大量的时间和成本。

发明内容

因此，为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种燃气轮机性能计算与仿真方法，以降低分析时间和计算成本。

为了实现上述目的，提供一种燃气轮机性能计算与仿真方法，所述燃气轮机包括下述部件：进气道、压气机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮，所述性能计算与仿真方法包括以下步骤：

S1计算燃气轮机内部工质的热物性：

重新划分燃气轮机内部气体的干空气划分为N2、O2、H2O、CO2和剩余气体，根据干空气、N2、O2、H2O和CO2的热物性来计算剩余气体的热物性；

根据N2、O2、H2O、CO2和剩余气体的热物性，计算燃气轮机内部气体的质量组分和摩尔组分；

根据燃气轮机内部气体的质量组分和摩尔组分，计算燃气轮机内部气体的热物性；

S2计算燃气轮机燃料的摩尔组分：

根据步骤S1所得燃气轮机内部气体的热物性，计算干空气完全燃烧的工质质量组分以及干空气过剩时燃烧的工质质量组分；

S3.冷却掺混计算：

根据冷却气体的质量组分和冷却掺混过程上游的气体的质量组分，计算掺混后的燃气轮机内部气体的质量组分；

S4.计算进口和出口截面工质热物性：

根据总温、总压、轴向速度、非轴向速度、质量流量以及掺混后的燃气轮机内部气体的质量组分，计算进出口截面的其它热物性参数；

S5.计算内部压力变化的熵变：