一种重型燃气轮机污染物排放预估模型设计方法技术

本发明专利技术公开一种重型燃气轮机污染物排放预估模型设计方法，涉及重型燃汽轮机污染物减排与控制领域。包括采集燃烧室初始数据信息；建立燃烧室物理模型；计算出不同燃烧室性能参数值所对应燃烧室出口污染物排放值和燃气轮机的主要设计指标参数值，并添加到多参数数据库中；利用数学线性拟合估算方法，对燃气轮机主要设计指标值对NOx排放的影响进行预估拟合，得到适用该燃烧室的污染物排放预估模型；重新选取另一型号重型燃气轮机燃烧室作为研究对象，重新执行步骤1至步骤4，得到该型号重型燃气轮机燃烧室的污染物排放预估模型。设计人员能够依据设计过程中的有限数据，给出相对准确的污染物排放预估值，且较原有的实验研究方法更加省时、省资金。

A design method of pollutant emission prediction model for heavy duty gas turbine

【技术实现步骤摘要】
一种重型燃气轮机污染物排放预估模型设计方法
本专利技术涉及重型燃汽轮机污染物减排与控制领域，具体涉及一种重型燃气轮机污染物排放预估模型设计方法。
技术介绍
国家重点航空发动机及燃气轮机重大专项基础研究项目——“重型燃气轮机及联合循环全工况特性建模与分析基础”中明确指出高效低污染是重型燃气轮机的重要指标，现有的污染物排放预估模型不能适应我国自主研发燃气轮机燃烧室的设计，严重制约燃气轮机的研发，因此建立精度高、适用范围合理(现阶段要求污染物浓度不大于50mg/g)的污染物排放预估模型是燃机总体设计中研究的重点。随着工业快速发展，燃机机组已经成为我国电网调峰以及基本负荷机组中不可或缺的重要部分，其发电的比例也是越来越高，在我国有良好的发展前景。与此同时，随着传统燃煤电站污染物排放的日趋严重，石油等资源日益匮乏，环境污染成为引起全球关注的重要性问题，全球性的难题都集中在了清洁能源的发展上。近年来，国内对燃气轮机燃烧室污染排放标准要求越来越严格，相关的法律法规越来越完善，污染物排放值作为考察燃气轮机燃烧室的重要标准之一，在燃烧室初始设计阶段显得愈加重要，污染物排放预估模型主要应用在我国燃气轮机燃烧室设计初始阶段，使用人员为总体燃烧室设计人员，主要目的是为总体设计人员提供有效的设计工具，使其提供的污染物数据不再是无依据的预估，而是根据所设计的燃气轮机燃烧室类型、空气流量、燃油供油量、冷却空气流量等关键设计参数，通过污染物排放预估模型给定准确而有效的污染物排放预估值，用以指导后期的详细设计，从而为设计人员的详细设计过程制定相应的设计标准。
技术实现思路
本专利技术的重型燃气轮机污染物排放预估模型设计方法，包括如下步骤：步骤1：选取某一型号重型燃气轮机燃烧室作为研究对象，采集该重型燃气轮机燃烧室选型设计参数的初始数据信息；所述燃烧室选型设计参数为重型燃气轮机燃烧室总体设计人员在燃烧室选型过程中会用到的选型设计参数，用来指导总体设计人员进行燃烧室设计选型工作，其包括：火焰筒出口直径、火焰筒筒长、冷却风道入口个数、一次风道入口个数、二次风道入口个数、燃料入口个数；步骤2：基于重型燃气轮机燃烧室选型设计参数的初始数据信息，运用UG三维建模软件，建立燃烧室物理模型；步骤3：基于重型燃气轮机燃烧室选型设计参数的初始数据信息和燃烧室物理模型，运用数值仿真分析方法，计算出不同的燃烧室性能参数值及其所对应的燃烧室出口污染物排放值和燃气轮机的主要设计指标参数值，并构建多参数数据库，将前述不同的燃烧室性能参数值和对应的燃烧室出口污染物排放预估值及燃气轮机的主要设计指标参数值添加到该多参数数据库中；所述燃烧室性能参数，包括：一次风进口空气流量、二次风进口空气流量、一次风进口温度、二次风进口温度、燃料入口流量、燃料入口温度；所述燃气轮机的主要设计指标参数值，包括：燃烧室进口压力、空气质量流量和燃烧区平均温度，依次用Pin、ma和Tpz表示；步骤4：基于多参数数据库中存储的数据，利用数学线性拟合估算方法，对燃气轮机主要设计指标值对NOx排放的影响进行预估拟合，拟合出适用该燃烧室的污染物排放预估模型，以供燃烧室总体设计部门的工作人员应用；步骤5：重新选取另一型号重型燃气轮机燃烧室作为研究对象，按照步骤1至步骤4的方法，重新执行步骤1至步骤4，得到该型号重型燃气轮机燃烧室的污染物排放预估模型，供燃烧室总体设计部门的工作人员应用。根据所述的重型燃气轮机污染物排放预估模型设计方法，所述步骤3包括如下步骤：步骤3-1：把步骤2得到的燃烧室物理模型导入到ANSYS工程设计仿真软件中几何构件Geometry工具中进行模型转换，将该燃烧室物理模型转换为燃烧室计算模型；步骤3-2：利用ANSYS中网格划分Meshing工具对燃烧室计算模型进行网格划分；步骤3-3：将步骤3-2得到的燃烧室计算模型网格导入到ANSYS工程设计仿真软件中流体分析Fluent工具中，利用该工具进行燃烧室稳态数值计算，并利用计算得到的燃烧室出口截面的氮氧化物NOx的分布以及燃烧室横截面温度分布对同时算得的氮氧化物NOx排放值和燃气轮机的主要设计指标参数值进行验证，验证通过则执行步骤3-4，否则，转去步骤3-2调整网格划分；步骤3-3-1：在流体分析Fluent工具的Setup模块下，设置κ-ε湍流模型、进出口边界条件及其初始值；步骤3-3-2：将氮氧化物NOx排放值和燃气轮机的主要设计指标参数设置为出口监测参数，进行燃烧室稳态数值计算，并利用计算得到的燃烧室出口截面的氮氧化物NOx的分布以及燃烧室横截面温度分布对同时算得的氮氧化物NOx排放值和燃气轮机的主要设计指标参数值进行验证，验证通过则执行步骤3-4，否则，转去步骤3-2调整网格划分和/或步骤3-3-1调整进出口边界条件中各参数的初始值后，再重新执行步骤3-3-2；步骤3-4：设置进出口边界条件中各参数的取值范围，利用ANSYS工程设计仿真软件中优化分析ResponseSurface工具，按照步骤3-3-2的方法，重复步骤3-3-2所述过程，进行重型燃气轮机燃烧室污染物排放优化计算分析，得到若干组燃烧室性能参数优化数据值及每组分别对应的燃烧室污染物排放值与燃气轮机主要设计指标值，并将该若干组燃烧室性能参数优化数据值、每组燃烧室性能参数优化数据值分别对应的燃烧室污染物排放值与燃气轮机主要设计指标值均添加到前述的多参数数据库中。根据所述的重型燃气轮机污染物排放预估模型设计方法，所述步骤4包括如下步骤：步骤4-1：基于步骤3中添加到多参数数据库中存储的数据，固定燃油入口流量值与二次风入口流量值不变，得到燃烧室进口压力Pin与NOx排放的关系曲线，对该曲线进行拟合，得到燃烧室进口压力Pin与NOx排放的拟合公式；步骤4-2：基于步骤3中添加到多参数数据库中存储的数据，固定燃油量与二次风入口流量值不变，得到燃烧室空气质量流量ma与NOx排放的关系曲线，对该曲线进行拟合，得到燃烧室空气质量流量ma与NOx排放的拟合公式；步骤4-3：基于步骤3中添加到多参数数据库中存储的数据，固定燃油量与二次风入口流量值不变，得到燃烧室燃烧区平均温度Tpz与NOx排放的关系曲线，对该曲线进行拟合，得到燃烧室燃烧区平均温度Tpz与NOx排放的拟合公式；步骤4-4：将步骤4-1至步骤4-3的拟合公式进行整合，得到重型燃气轮机污染物排放预估模型。有益效果：采用本专利技术的重型燃气轮机污染物排放预估模型设计方法，设计人员能够依据设计过程中的有限数据，给出相对准确的污染物排放预估值，且较原有的实验研究方法更加省时、省资金，更进一步由于计算流体力学的飞速发展，计算能力和计算精度的提升，其准确性和可实施性更强，虽然对技术人员的要求极高，但该方法可以较为合理、准确的给出污染物排放预估值。附图说明图1为本专利技术一种重型燃气轮机污染物排放预估模型设计方法流程图；图2为本专利技术实施方式步骤3的子流程图；图3为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种重型燃气轮机污染物排放预估模型设计方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：选取某一型号重型燃气轮机燃烧室作为研究对象，采集该重型燃气轮机燃烧室选型设计参数的初始数据信息；/n所述燃烧室选型设计参数为重型燃气轮机燃烧室总体设计人员在燃烧室选型过程中会用到的选型设计参数，用来指导总体设计人员进行燃烧室设计选型工作，其包括：火焰筒出口直径、火焰筒筒长、冷却风道入口个数、一次风道入口个数、二次风道入口个数、燃料入口个数；/n步骤2：基于重型燃气轮机燃烧室选型设计参数的初始数据信息，运用UG三维建模软件，建立燃烧室物理模型；/n步骤3：基于重型燃气轮机燃烧室选型设计参数的初始数据信息和燃烧室物理模型，运用数值仿真分析方法，计算出不同的燃烧室性能参数值及其所对应的燃烧室出口污染物排放值和燃气轮机的主要设计指标参数值，并构建多参数数据库，将前述不同的燃烧室性能参数值和对应的燃烧室出口污染物排放预估值及燃气轮机的主要设计指标参数值添加到该多参数数据库中；/n所述燃烧室性能参数，包括：一次风进口空气流量、二次风进口空气流量、一次风进口温度、二次风进口温度、燃料入口流量、燃料入口温度；/n所述燃气轮机的主要设计指标参数值，包括：燃烧室进口压力、空气质量流量和燃烧区平均温度，依次用P...

【技术特征摘要】
1.一种重型燃气轮机污染物排放预估模型设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：选取某一型号重型燃气轮机燃烧室作为研究对象，采集该重型燃气轮机燃烧室选型设计参数的初始数据信息；
所述燃烧室选型设计参数为重型燃气轮机燃烧室总体设计人员在燃烧室选型过程中会用到的选型设计参数，用来指导总体设计人员进行燃烧室设计选型工作，其包括：火焰筒出口直径、火焰筒筒长、冷却风道入口个数、一次风道入口个数、二次风道入口个数、燃料入口个数；
步骤2：基于重型燃气轮机燃烧室选型设计参数的初始数据信息，运用UG三维建模软件，建立燃烧室物理模型；
步骤3：基于重型燃气轮机燃烧室选型设计参数的初始数据信息和燃烧室物理模型，运用数值仿真分析方法，计算出不同的燃烧室性能参数值及其所对应的燃烧室出口污染物排放值和燃气轮机的主要设计指标参数值，并构建多参数数据库，将前述不同的燃烧室性能参数值和对应的燃烧室出口污染物排放预估值及燃气轮机的主要设计指标参数值添加到该多参数数据库中；
所述燃烧室性能参数，包括：一次风进口空气流量、二次风进口空气流量、一次风进口温度、二次风进口温度、燃料入口流量、燃料入口温度；
所述燃气轮机的主要设计指标参数值，包括：燃烧室进口压力、空气质量流量和燃烧区平均温度，依次用Pin、ma和Tpz表示；
步骤4：基于多参数数据库中存储的数据，利用数学线性拟合估算方法，对燃气轮机主要设计指标值对NOx排放的影响进行预估拟合，拟合出适用该燃烧室的污染物排放预估模型，以供燃烧室总体设计部门的工作人员应用；
步骤5：重新选取另一型号重型燃气轮机燃烧室作为研究对象，按照步骤1至步骤4的方法，重新执行步骤1至步骤4，得到该型号重型燃气轮机燃烧室的污染物排放预估模型，供燃烧室总体设计部门的工作人员应用。


2.根据权利要求1所述的重型燃气轮机污染物排放预估模型设计方法，其特征在于，所述步骤3包括如下步骤：
步骤3-1：把步骤2得到的燃烧室物理模型导入到ANSYS工程设计仿真软件中几何构件Geometry工具中进行模型转换，将该燃烧室物理模型转换为燃烧室计算模型；
步骤3-2：利用ANSYS中网格划分Meshing工具对燃烧室计算模型进行网格划分；
步骤3-3：将步骤3-2得到的燃烧室计算模型网格导入到ANSYS工程设计仿真软件中流体分析Fluent工具中，利用该工具进行燃烧室稳态数值计算，并利用计算得...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国峰，赵巧男，张皓男，杨硕，张文瀚，宋阳，郭雨威，
申请(专利权)人：王国峰，
类型：发明
国别省市：辽宁;21