贫燃催化燃烧燃气轮机系统的动态过程协调控制策略研究

Application contents are presented on the basis of review and analysis of the domestic and foreign research status and development trend of lean burn catalytic combustion dynamic mechanism and gas turbine methods to broaden stability. The entire research program will be carried out through dynamic information acquisition of catalytic combustion flow field, theoretical modeling and gas turbine control strategies. The main research contents include: (1) lean burn catalytic combustion dynamic model; (2) dual fuel switching control strategy for a lean burn catalytic combustion gas turbine during starting-up; (3) control strategy for a lean burn catalytic combustion gas turbine during disturbance process. Research programs will be established based on the frame of experimental investigation, theoretical analysis and numerical simulation. According to the proposed technical routes, the experimental verification will be accomplished respectively on the catalytic combustion experimental rig and the lean burn catalytic combustion gas turbine prototype bench. The above three key issues will be solved， and the dynamic model and optimal control strategies during dynamic process will be gained, which will provide theory support for improving performance and stability of the gas turbine utilizing ultra low heat value fuel.

拟申请内容是在总结和分析国内外贫燃催化燃烧动态机制与燃气轮机稳定性拓宽途径研究现状和发展趋势的基础上提出的。整个研究计划将按催化燃烧流场动态信息获取-理论建模-燃气轮机控制策略构造的方案进行。主要研究内容包括：(1)贫燃催化燃烧动态模型；(2).贫燃催化燃烧燃气轮机起动过程双燃料切换的控制策略；(3)贫燃催化燃烧燃气轮机连续大扰动过程的控制策略。研究计划建立在以实验研究为先导，理论分析和数值模拟为支撑的构架上，分别在催化燃烧实验台、贫燃催化燃烧燃气轮机的原理性实验台上，按拟订的技术路线执行，完成原理性实验验证。拟解决上面三类关键问题，最终得到贫燃催化燃烧的动态模型和燃气轮机动态过程的最优控制策略，为提高我国燃用超低热值燃料的燃气轮机性能和稳定性提供理论的支持。

整个研究计划将按催化燃烧流场动态信息获取—控制策略构造—动态特性探求的方案进行。首先，建立了催化燃烧反应动态模型，对催化燃烧器内的流动和相间的传热特性进行研究，分析工作条件变化对流动及传热的影响，获取温度/压力/反应物浓度的脉动、组分变化对相间传热系数的影响关系，作为气固相间的传递模型；在基于催化燃烧器内气固流动特点和能量平衡的基础上，分别以催化剂涂层与惰性填料层作为单元，建立单元体内部的气相、固相的守恒微分方程；结合申请者博士阶段得到的超低热值燃料气（ULHVF）在0.5%Pd/Al2O3 催化剂上的本征动力学反应方程，最终得到贫燃催化燃烧的动态模型。然后，结合LBCCGT系统起动过程的工作原理及控制流程，详细考虑影响系统起动过程动态特性的各种因素，探索了系统起动过程中实现双燃料切换的最优控制策略以及扰动控制策略，对机组两种燃料相互切换条件下和环境温度变化、负荷变化动态特性进行了研究。具体研究内容包括：(1)贫燃催化燃烧动态模型；(2) 贫燃催化燃烧燃气轮机（LBCCGT）起动过程双燃料切换的控制策略及动态特性；(3) LBCCGT连续大扰动过程的控制策略及动态特性。研究计划建立在以实验研究为先导，理论分析和数值模拟为支撑的构架上，在LBCCGT的原理性实验台上，完成原理性实验验证。最终得到贫燃催化燃烧的动态模型和LBCCGT动态过程的最优控制策略。