【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于污泥燃烧的模拟，具体涉及一种污泥热解气的燃烧机理简化方法及用于验证该方法的燃气轮机系统。
技术介绍
1、燃气轮机是一种将燃料化学能通过燃烧方式转化为机械能的高效、清洁的回转式动力输出装置。在燃气轮机燃烧室内，燃料的混合、点火与燃烧过程是一个非常复杂的碰撞复合过程，燃料的选择对燃气轮机内燃烧的稳定性和燃烧效率至关重要。目前燃气轮机
正在以燃气轮机的燃烧系统为重点研究对象，开展灵活燃料低污染燃烧技术攻关，解决燃烧相关的一系列科学问题，包括灵活燃料的选取、灵活燃料火焰稳定原理与燃烧振荡控制技术、灵活燃料nox生成机理与控制技术、数字化氢燃料燃烧室建模及仿真等；以及掌握新型燃烧技术与方法，为实现先进燃气轮机灵活燃料低污染燃烧提供理论支撑。污水污泥作为生物质能源的一种，在世界各国每年的产量都不断增加，因此需要创新和可持续的废弃物管理解决方案。如何有效、无害地处理城市污泥，是国内外专家非常关注的问题。城市污泥的处置主要采用填埋、堆肥、焚烧、厌氧消化等方式，但都存在一定的局限性。
2、为了提高燃气轮机燃烧过程的数值计算精度，对燃料在燃气轮机燃烧室中的燃烧过程进行数值计算时，有必要采用燃料的燃烧反应动力学模型。在探究燃料燃烧机理中会涉及多组分和庞大基元反应数目，存在计算效率低下的问题，而极度简化的一步或两步经验燃烧模型由于对燃烧过程的描述不足，无法保证计算的准确性，因此燃烧机理的简化成为了燃烧领域的重要研究方向。现阶段，有多种方法可以简化复杂的反应机理。并且在复杂的动力学模型中，各物种的相对重要性很难确定，还需进
3、目前已有多种简化机理的方法，但存在简化机理的方法单一，简化的化学反应机理不能很好的满足数值模拟的需要。并且模拟过程中燃气轮机燃烧动力学反应不完整，因此需要提出一个燃气轮机内燃料燃烧的机理简化方法，用于分析燃料燃烧机理。且对于燃气轮机内燃料的选取需要进一步探究，以满足碳排放的需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了解决上述问题至少其一而提供一种污泥热解气的燃烧机理简化方法及用于验证该方法的燃气轮机系统，以解决现有技术中燃气轮机中燃料燃烧排放的废气无法满足碳排放需求，模拟污泥热解气燃烧过程中燃气轮机燃烧动力学反应不完整的问题，通过提出一种适用于燃烧的机理简化方法，提高了模拟燃气轮机燃烧污泥热解气过程中的数值计算精度与工作过程数值计算效率，既可以保证数值模拟需求又可以方便的进行应用，同时采用污泥热解气作为燃气轮机燃料，实现了有效、无害地处理城市污泥，提高能源利用的效率。
2、本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
3、本专利技术的技术方案之一在于提供了一种适用于燃气轮机的燃料燃烧机理简化方法，将drgep与drgpfa方法结合，包括如下步骤：
4、s1：根据燃料特性选择燃烧模型及其详细反应机理；
5、s2：使用drgep方法简化反应机理得到简化机理a；
6、s3：使用drgpfa方法简化所述简化机理a，得到简化机理b；
7、s4：对所述简化机理b进行敏感性分析；
8、s5：对所述简化机理b进行有效性验证，若符合要求，输出简化机理b，若不符合要求，对详细反应机理与drgep法简化参数进行优化后重新执行步骤s2。
9、进一步的，步骤s1中，所述详细反应机理为广泛应用且经大量试验验证的机理，或为了模拟分析实际燃料燃烧过程中的化学组成，进而构建的已经过试验验证的化学反应机理。
10、进一步的，步骤s1中，所述燃烧模型选自chemkin中的psr模型。
11、进一步的，步骤s1中，所述详细反应机理选自用于模拟甲烷燃烧的gri-mech3.0机理与用于探究热解油和热解气体中成分的燃烧机理。
12、在一个具体实施例中，所述用于探究热解油和热解气体中成分的燃烧机理选自论文[孙昱楠.污泥与垃圾共热解/焚烧及产物利用过程汞的迁移特性研究[d].天津大学,2020.doi:10.27356/d.cnki.gtjdu.2020.000433.]中附表b2中的热解油气燃烧基元反应机理。
13、进一步的，步骤s2中，通过drgep方法来识别燃料详细反应机理中不重要的组分和反应，最终得到对燃料燃烧特征量具有一定影响的基元反应，进而形成燃气轮机燃料的简化机理a。
14、在一个具体实施方式中，步骤s2中，将co、no、n2o和hcl设置为关键组分，通过drgep方法来识别燃料详细反应机理中不重要的组分和反应，简化过程的误差阈值为20％，最终得到对燃料燃烧特征量具有一定影响的基元反应，进而形成燃气轮机燃料的简化机理a。
15、进一步的，步骤s2中，drgep法基于直接关系图法(drg)简化原理作进一步改进，根据评估所有组分对各反应路径的总体影响来进行简化，从目标组分开始进行搜索，找出每个组分最重要的反应路径，具体为：
16、采用组分a对组分b生成率的正规化贡献rab来研究组分a与组分b之间的耦合关系，使用“r”值来确定存储在机理中的组分，“r”值还考虑了可通过直接或间接耦合从这些组分中获得的其他组分，其中，rab与“r”值的公式为：
17、
18、其中，公式(1)中，pa和ca分别为组分a的生成率和消耗率，νa,i为a的化学计量系数，ωi为生产速率，δib的取值为1(第i个基元反应包含b)或0，通过预先设置一系列重要组分和阀值ε，比较ε与rab的大小，当rab＜ε时表示组分b对a的影响可以忽略，从机理中移除b不会引起a的较大误差，可将相应的组分和反应去除；当rab＞ε时，则表示b对a的贡献足够大，从机理中删除b会对a的预测产生较大误差，路径关系将保留；公式(2)中，s为从组分a到b的所有可能路径的集合，rij为给定反应路径下沿a的权重链乘积。
19、进一步的，步骤s3中通过drgpfa方法，利用反应间的生产通量和消耗通量选出重要的反应路径，使模型中燃料里的机理进行最大程度的简化，得到燃气轮机燃料的简化机理b。
20、进一步的，步骤s3中，drgpfa法是结合了drg和路径通量法(pfa)的形成的新的简化方法，该方法的基本原理是用生产通量和消耗通量取代绝对反应速率，从而识别重要的反应途径，其中，生产通量pa与消耗通量ca的公式为(a表示物质a)：
21、
22、其中，公式(3)与公式(4)中，νa,i为a的化学计量系数，ωi为生产速率。
23、在一个具体实施方式中，步骤s3中，将co、no、n2o和hcl设置为关键组分，通过drgpfa方法，利用反应间的生产通量和消耗通量选出重要的反应路径，使模型中燃料里的机理进行最大程度的简化，简化过程的误差阈值为20％，得到燃气轮机本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种污泥热解气的燃烧机理简化方法，其特征在于，将DRGEP与DRGPFA方法结合，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种污泥热解气的燃烧机理简化方法，其特征在于，步骤S1中，所述燃烧模型为Chemkin PSR模型。
3.根据权利要求1所述的一种污泥热解气的燃烧机理简化方法，其特征在于，步骤S1中，所述详细反应机理选自用于模拟甲烷燃烧的GRI-Mech3.0机理与用于探究热解油和热解气体中成分的燃烧机理。
4.根据权利要求1所述的一种污泥热解气的燃烧机理简化方法，其特征在于，步骤S5中所述有效性验证具体为：采用试验数据与简化机理B的数值计算结果进行对比分析，若误差在15％内，则符合要求，若误差超出15％，则不符合要求。
5.根据权利要求4所述的一种污泥热解气的燃烧机理简化方法，其特征在于，步骤S5中对详细反应机理的进行优化方法包括：基于敏感性分析得到的不同反应的敏感性系数，调整基元反应的指数前因子；
6.一种用于验证权利要求1所述污泥热解气的燃烧机理简化方法的燃烧污泥热解气的燃气轮机系统，其特征在于，包括污泥干
7.根据权利要求6所述的一种燃烧污泥热解气的燃气轮机系统，其特征在于，所述热解气化炉(8)中炉温为250℃-650℃，进氧量为0.2-0.6。
8.根据权利要求6所述的一种燃烧污泥热解气的燃气轮机系统，其特征在于，所述污泥干化子系统包括污泥供应装置(1)、干化装置I(2)、气固分离装置I(3)、干化装置II(4)、气固分离装置II(5)；
9.根据权利要求8所述的一种燃烧污泥热解气的燃气轮机系统，其特征在于，所述气固分离装置I(3)与气固分离装置II(5)的气体输出端均与烟气净化装置(6)连接，干化后的烟气、水蒸气及部分挥发性气体在烟气净化装置(6)中净化后通过引风机(7)排入大气。
10.根据权利要求6所述的一种燃烧污泥热解气的燃气轮机系统，其特征在于，所述燃气轮机(9)排放的高温烟气输送至干化装置I(2)和余热利用系统(10)，分别作为干化装置I(2)和干化装置II(4)的热源。
...【技术特征摘要】
1.一种污泥热解气的燃烧机理简化方法，其特征在于，将drgep与drgpfa方法结合，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种污泥热解气的燃烧机理简化方法，其特征在于，步骤s1中，所述燃烧模型为chemkin psr模型。
3.根据权利要求1所述的一种污泥热解气的燃烧机理简化方法，其特征在于，步骤s1中，所述详细反应机理选自用于模拟甲烷燃烧的gri-mech3.0机理与用于探究热解油和热解气体中成分的燃烧机理。
4.根据权利要求1所述的一种污泥热解气的燃烧机理简化方法，其特征在于，步骤s5中所述有效性验证具体为：采用试验数据与简化机理b的数值计算结果进行对比分析，若误差在15％内，则符合要求，若误差超出15％，则不符合要求。
5.根据权利要求4所述的一种污泥热解气的燃烧机理简化方法，其特征在于，步骤s5中对详细反应机理的进行优化方法包括：基于敏感性分析得到的不同反应的敏感性系数，调整基元反应的指数前因子；
6.一种用于验证权利要求1所述污泥热解气的燃烧机理简化方法的燃烧污泥...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈慧，曹雨竹，李翔宇，高维彤，贾小强，汪子枫，崔浩，曾令艳，赵佳诣，
申请(专利权)人：上海电机学院，
类型：发明
国别省市：
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