1、貧燃催化燃燒微型燃氣輪機(LBCCGT)可以利用超低熱值燃料氣，將其轉(zhuǎn)變成機械能，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益，同時減少甲烷排放對環(huán)境造成的污染，社會效益十分顯著，對此新型燃氣輪機系統(tǒng)主要部件及系統(tǒng)特性的研究工作具有重要的意義。本文對貧燃催化燃燒微型燃氣輪機系統(tǒng)以及燃燒室特性、葉輪特性進行了數(shù)值計算，并進行了實驗研究。主要在以下幾個方面取得了明顯進展。
　　 (1)貧燃催化燃燒微型燃氣輪機主要部件特性
　　 論文介紹了催化燃燒室的

2、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及化學反應(yīng)機理；根據(jù)催化燃燒室內(nèi)部機理，做了合理的假設(shè)與近似，推導了塞流數(shù)學模型。利用此模型，結(jié)合化學反應(yīng)動力學模型，對貧燃催化燃燒進行了數(shù)值研究。分析了燃燒室的進口溫度、壓力、流速、甲烷摩爾百分數(shù)等工作條件以及燃燒室物理參數(shù)對催化燃燒的影響，為設(shè)計高效的催化燃燒室提供理論依據(jù)。對工作條件對催化燃燒特性的影響進行了敏感性分析，為如何提高催化燃燒的燃燒效率提出了有效的解決措施。研究了氫氣輔助甲烷貧燃催化燃燒的特性，對控制甲烷催化燃

3、燒反應(yīng)進程的研究具有一定的參考價值。得到的主要結(jié)論有以下幾點。催化燃燒特性是由各項工作條件共同決定的。在一定設(shè)計工況下，促進貧燃催化燃燒的措施有：增加進口溫度，增加甲烷摩爾百分數(shù)，降低進口流速，以及降低工作壓力。進口溫度是影響催化燃燒轉(zhuǎn)化率的最敏感因素。提高進口溫度和提高甲烷摩爾百分數(shù)是促進催化燃燒的最有效的手段。在進口溫度、流速及壓力相同的條件下，相同的氫氣摩爾百分數(shù)工況下，甲烷轉(zhuǎn)化率隨著甲烷摩爾百分數(shù)的增加而增加；相同甲烷摩爾百分數(shù)

4、條件下，甲烷轉(zhuǎn)化率隨著氫氣摩爾百分數(shù)的增加而增加。
　　 論文進行了葉輪的氣動設(shè)計，分析了其流場特性，預(yù)測了其工作性能。研究表明：低透平進口溫度工況相對高透平進口溫度工況的工作區(qū)域較窄、高效區(qū)域較窄。系統(tǒng)中透平的主要特性：透平葉輪通道中氣流最大馬赫數(shù)較?。惠喩w面上，壓力面向吸力面的泄流現(xiàn)象非常明顯；輪蓋面損失中泄流損失占主要地位，輪盤面損失中進口攻角損失和壁面損失占主要地位，尾跡損失則相對較??；高轉(zhuǎn)速時效率曲線無拐點出現(xiàn)，說明透

5、平出口處沒有發(fā)生阻塞。系統(tǒng)中壓氣機的主要特性：低寬徑比、高比轉(zhuǎn)速是壓氣機葉輪的特點：壓氣機葉輪通道中氣流最大馬赫數(shù)較??；子午面上近盤側(cè)和流道中央的流動狀況良好，葉輪通道內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)回流區(qū)，吸力面上輪蓋側(cè)的氣流流動有附面層分離現(xiàn)象發(fā)生；輪蓋面損失中二次流損失占主要地位，輪盤面損失中進口攻角損失和壁面損失占主要地位；壓氣機的高壓比區(qū)域、高效率區(qū)域均遠離喘振線；即使在低轉(zhuǎn)速條件下，該壓氣機也能在比較寬的流量范圍內(nèi)保持較高的效率。
　　

6、與同功率常規(guī)微型燃氣輪機葉輪特性進行了對比，得到的主要結(jié)論有：LBCCGT系統(tǒng)中透平的膨脹比較小、流量較大、轉(zhuǎn)速較低、透平進口溫度較低，葉輪直徑較大、比功較小，比轉(zhuǎn)速較低；葉片間50％處子午面上，葉片載荷較均勻；頂部間隙的影響較小，相對馬赫數(shù)較小；轉(zhuǎn)速對流量的影響較大，轉(zhuǎn)速對效率及高效率區(qū)域的影響較小。LBCCGT系統(tǒng)中壓氣機的壓比較小，流量較大，轉(zhuǎn)速較低，葉輪直徑較大，葉片出口寬度較大，葉片出口后彎角度較小，比轉(zhuǎn)速較低；葉尖進口相對馬

7、赫數(shù)較??；后彎角度較小，保證了壓比和效率特性線都比較平坦，有利于壓氣機和透平的匹配。
　　 (2)運行方式對貧燃催化燃燒燃氣輪機系統(tǒng)性能的影響
　　 根據(jù)已經(jīng)得到的新型燃氣輪機系統(tǒng)中主要部件的特性，研究了不同運行方式下的系統(tǒng)部分負荷特性。在Aspen Plus仿真環(huán)境下搭建了系統(tǒng)主要部件的數(shù)學模型，比較了在變濃度、變轉(zhuǎn)速、抽氣放氣及壓氣機進氣加熱四種運行方式下LBCCGT系統(tǒng)的部分負荷特性，對新系統(tǒng)選擇變工況運行方式時提

8、供了有意義的參考。得到的主要結(jié)論有：催化燃燒室進口溫度是LBCCGT系統(tǒng)部分負荷運行的關(guān)鍵因素；變轉(zhuǎn)速運行方式的工作范圍最大，抽氣放氣工作范圍居中，變濃度運行方式下系統(tǒng)在低負荷無法運行；變濃度運行方式下，甲烷轉(zhuǎn)化率最低；抽氣放氣與變轉(zhuǎn)速運行方式下，甲烷能夠完全轉(zhuǎn)化；在正常工作范圍內(nèi)，變濃度運行方式下的系統(tǒng)熱效率高于抽氣運行方式下的系統(tǒng)熱效率；壓氣機進氣加熱運行方式能極大地延伸變濃度運行方式的工作范圍，但是犧牲了熱效率。
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9、3)貧燃催化燃燒實驗和葉輪特性實驗
　　 對不同催化劑、進口溫度、壓力、流量、甲烷摩爾百分數(shù)工況下的貧燃催化燃燒進行了實驗研究。比較了數(shù)值結(jié)果與實驗結(jié)果的異同，驗證了催化燃燒室簡化模型的準確性，探求了氫氣輔助甲烷貧燃催化燃燒的根本原理。為系統(tǒng)特性的研究提供了重要的價值和實驗基礎(chǔ)。結(jié)果表明，催化燃燒影響因素與氫氣輔助甲烷催化燃燒的實驗結(jié)論與數(shù)值計算得到的結(jié)論相吻合；四種催化劑比較，催化劑3活性最好，適宜應(yīng)用于LBCCGT系統(tǒng)中：利