湿空气透平循环.doc

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1、湿空气透平（HAT）循环专业：31姓名：1321一、背景介绍能源是人类社会生存和发展的物质基础，是人类生产和生活的重要支柱之一，能源开发和利用的历史也就是人类社会发展和进步的历史。随着生产力的发展和人类生活水平的提高，人类社会对能源特别是电能、热能和机械能的需要越来越大，而不可再生的一次性常规能源的已知存储量却的逐年剧减。目前世界性的能源危机与环境污染是人类社会和谐持续发展所面临的两大严峻的问题，因此合理利用地球上的宝贵资源，提高资源的利用效率、减少资源的浪费和损失，利用有限的资源获得最大极限的可用能量，成为全世界各国解决这两个问题的共同手段。为了进一步提高能源转化效率和减

2、少环境污染，近年来新型热力循环展开了广泛的研究，包括Kalinna循环、注蒸汽燃气轮机（STIG）循环、是空气透平（HAT）循环等都是新型循环的代表，其中HAT（HumidAirTurbine）循环具有高效率、高比功、低污染、低成本及良好的变工况性能等优点，受到国际能源动力工程界的重视，已成为新型热力循环的重要研究方向之一，被誉为21世纪的热力循环。虽然目前还出去开发初期，但是已有的研究成果已非常令人鼓舞，特别是和煤气技术相结合时更显示出它的优越性。二、HAT循环简介HAT循环新概念是由日本Y.Mori教授于1983年首先提出当初他们把它看成是一种特殊的会热燃气轮机循环，带

3、有喷水手段，且采用两相、多组分的混合工质，故称之为水接触蒸发的多相多组分系统（MPCS/DCE）。1985年后，美国出现多项HAT循环的专利。HAT循环的核心是建立在中冷回热燃机循环的基础之上的。目前广泛使用的得到认可的HAT循环的系统流程为空气经低压压气机、中冷器、高压压气机、后冷器后进入饱和器底部，补充水在中冷器、后冷器、热水器中加热升温后从饱和器顶部进入。在饱和器中，空气和水逆流接触，空气被加热湿化，水被冷却并部分蒸发。从饱和器出来的湿空气回收透平排气高温余热后进入燃烧室，经燃烧加热，生成的高温高湿燃气在透平中膨胀做功，透平排气经回热器和热水器吸热后排入大气，完成一个

4、工作流程。水经过间冷器、后冷器和经济器的分别加热后，三股热水混合在一起，然后从顶部被喷射到饱和器内，压气机出口的高压空气经冷却后从底部进入饱和器内。在饱和器内，高压压缩空气和喷雾水滴（填料饱和器内填料上的水膜）直接接触，进行热质交换，高温水变温冷却和部分蒸发，使高压空气的温度和相对湿度（含湿量）都升高，成为空气和水蒸汽的混合物，未蒸发的水从饱和器底部引出并循环利用。随后，高含湿量的湿空气（含10～45％蒸汽）经回热器加热升温后，进入燃烧室与天然气或者液体燃料燃烧加热，最后高温、高压的湿空气在透平中膨胀做功。透平排气通过回热器和经济器逐步降温，最后排向大气。其充分利用了系统的

5、各种余热和废热，循环放热温度很低，比较好的体现总能系统的能量梯级利用原则。其相应流程图如下所示：三、HAT循环的优点与传统循环相比，HAT循环有以下优点：（1）湿空气是在透平中膨胀做功的，它可以省去常规的燃气－蒸汽联合循环中的蒸汽轮机及其系统，使发电设备大为简化；（2）从空气中冷器和排气给水预热器中回收的低温热能都能被利用来参与循环过程，而且这些传热过程中冷、热侧的工质都不发生相变，因而平均传热温差较低，能更大限度地回收热能，这些为提高循环的热效率提供了条件；（3）由于水蒸汽的加入使湿空气的流量增加以及水蒸汽具有做功能力大的特点，因而循环的比功值很大；（4）空气的湿化在饱和

6、器内完成，湿化过程只需要较低温度的热水，可以更好的利用各种低温热能，而且气液直接接触，减少了传热、传质过程的不可逆性；（5）由于大量的水蒸汽参与燃烧过程，可以降低燃烧产物中的NO化物的含量。四、关键部件HAT循环中关键部件—湿化器。当环境温度升高时，低压压气机流量减少、排气温度升高，则间冷器和后冷器间冷却水的排水温度和流量都随之变化，引起湿化器出口空气含湿量随着环境温度升高而增加，一定程度上减缓了功率的减小趋势，也减缓了循环效率的减小趋势，因此循环具有较好的变工况性能。五、国内外的研究现状及主要进展1、HAT循环的研究HAT循环自提出以来，以其效率高、成本低等优点引起了广泛

7、的重视，各国专家学者对HAT循环的整体性能作了大量的研究。早期的研究工作集中在系统整体分析上，主要对各种系统布置行式和运行参数进行分析，比较同其它循环在效率、功率输出等方面的不同，通过研究表明：利用现有的燃气轮机技术（初温1300℃，压比20～30），循环效率可达55％～58％。若加大湿化热水量，即蒸汽空气混合比X提高到20％～45％，则可望突破60％。美国能源部、电力部和动力制造公司等对HAT循环十分重视，联合推出了一个“先进透平系统发展项目（ATSDP）”，旨在应用新颖循环概念和重大技术进步成果，开发HAT装置