基于IEC技術(shù)的蒸發(fā)式布雷頓循環(huán)熱力學(xué)性能研究

施其樂(lè)，何緯峰，韓 東，高燕飛，蘇鵬飛

(1.南京航空航天大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院，江蘇 南京 210016；2.東方電氣集團(tuán) 東方汽輪機(jī)有限公司，四川 德陽(yáng) 618000)

0 引言

隨著“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的提出，新型動(dòng)力循環(huán)正在朝著高效運(yùn)行、清潔環(huán)保的方向持續(xù)發(fā)展[1-2]。近年來(lái)備受關(guān)注的蒸發(fā)式透平循環(huán)就是一類典型的富有發(fā)展?jié)摿Φ膭?dòng)力循環(huán)，該循環(huán)對(duì)于高壓空氣進(jìn)行濕化以實(shí)現(xiàn)高汽氣比，這不僅能夠增加比功輸出[3]，還能夠減少燃燒過(guò)程中NOx的生成[4]。學(xué)者們針對(duì)該類循環(huán)做出了諸多形式與內(nèi)容上的改進(jìn)與填補(bǔ)，例如采用更加細(xì)化的噴嘴[5]、更加精細(xì)的填料[6]。

蒸發(fā)式透平循環(huán)商業(yè)化的主要障礙在于通常采用直接蒸發(fā)的手段，空氣加濕過(guò)程中具有局限性，額外設(shè)備投資成本將使其在經(jīng)濟(jì)上不具吸引力[7]。近年來(lái)有國(guó)外學(xué)者提出了將間接蒸發(fā)冷卻(Indirect Evaporative Cooling)手段應(yīng)用到原本的蒸發(fā)式循環(huán)過(guò)程中去[8]，對(duì)比了與傳統(tǒng)蒸發(fā)式循環(huán)的區(qū)別，結(jié)果表明可以向傳統(tǒng)蒸發(fā)式循環(huán)發(fā)起挑戰(zhàn)，并且結(jié)合了IEC技術(shù)使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊。國(guó)內(nèi)針對(duì)該種集成手段的蒸發(fā)式循環(huán)的研究幾乎空白，本文系統(tǒng)地比較了MCTC(Maisotsenko Combustion Turbine Cycle)、MRTC(Maisotsenko Regenerative Turbine Cycle)、MGTC(Maisotsenko Gas Turbine Cycle)三種帶有間接蒸發(fā)冷卻的布雷頓循環(huán)，建立不同飽和器的數(shù)學(xué)模型，具體分析壓比、燃燒室出口溫度、入口給水溫度等物理量對(duì)于系統(tǒng)的整體效率、凈輸出功、載水量等重要參數(shù)的影響。考慮了不同間接蒸發(fā)冷卻方式應(yīng)用的局限性與延展性，顯示了復(fù)合型間接蒸發(fā)冷卻在動(dòng)力循環(huán)中提升效率與比功方面的優(yōu)越性，并將加濕循環(huán)視為布雷頓循環(huán)與朗肯循環(huán)的耦合循環(huán)做出分析，為進(jìn)一步改進(jìn)蒸發(fā)式透平循環(huán)提供了優(yōu)化思路。

1 系統(tǒng)介紹

目前IEC技術(shù)主要包括常規(guī)間接蒸發(fā)冷卻和M循環(huán)。原理圖如圖1。

圖1 IEC系統(tǒng)及原理圖

圖1(a)和圖1(c)反映了常規(guī)間接蒸發(fā)冷卻的模式，其中干通道和濕通道由隔板進(jìn)行熱量傳遞，由于濕通道內(nèi)發(fā)生水蒸發(fā)過(guò)程使得兩通道內(nèi)的氣體溫度均沿程降低，③位置處氣體最低溫度可達(dá)到入口處的濕球溫度。圖1(b)和圖1(d)表示的是M循環(huán)的過(guò)程，在干通道出口處氣流部分回流至濕通道內(nèi)，②處氣體可降至濕球溫度之下甚至逼近露點(diǎn)溫度[9]，該循環(huán)具有良好的冷卻效果。

本文為探究間接蒸發(fā)冷卻在燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)中的潛在重要性，首先設(shè)置了MCTC及MRTC循環(huán)(如圖2和圖3)，這兩種循環(huán)過(guò)程中的蒸發(fā)冷卻過(guò)程均有所不同。傳統(tǒng)的蒸發(fā)式透平是高壓空氣與水直接進(jìn)行接觸從而傳熱傳質(zhì)，本文提出的MCTC循環(huán)與MRTC循環(huán)過(guò)程中均是以間接蒸發(fā)冷卻的方式進(jìn)行對(duì)于空氣的加濕和回?zé)岬睦肹10]。MRTC循環(huán)過(guò)程如圖3所示，在壓縮機(jī)出口處設(shè)置一處采用M循環(huán)的預(yù)冷飽和器，對(duì)于高壓空氣進(jìn)行冷卻和加濕。隨后空氣進(jìn)入逆流式回?zé)崞髋c渦輪排氣進(jìn)行熱交換[11]。MCTC過(guò)程如圖3所示，高壓空氣直接進(jìn)入回?zé)犸柡推髋c渦輪排氣進(jìn)行熱傳遞，這里的回?zé)犸柡推髅黠@不同于MRTC中的簡(jiǎn)單換熱器，由于給水的直接注入，回?zé)犸柡推髦羞M(jìn)行了常規(guī)間接蒸發(fā)冷卻。隨后渦輪排氣繼續(xù)作為熱源在預(yù)熱器中加熱注入飽和器中的給水。

圖2 MCTC系統(tǒng)原理圖

圖3 MRTC系統(tǒng)原理圖

而在形式上結(jié)合了前兩者循環(huán)的MGTC的流程圖如圖4所示，壓縮機(jī)的出口氣流首先進(jìn)入預(yù)冷飽和器下端的空氣入口，部分空氣在預(yù)冷飽和器下端的空氣出口回流，這里進(jìn)行M循環(huán)，目的在于獲得未回流而剩余的低溫氣流?；亓鞯臍怏w與注入的水進(jìn)行傳熱傳質(zhì)。預(yù)冷飽和器下端的兩處出口氣流進(jìn)入回?zé)犸柡推髦?，同渦輪排氣進(jìn)行換熱。同時(shí)，位置3處進(jìn)入回?zé)犸柡推鞯臍饬鞅患訚?，進(jìn)一步充分利用余熱?；?zé)犸柡推魃喜窟M(jìn)行的過(guò)程依舊是常規(guī)間接蒸發(fā)冷卻過(guò)程。

圖4 MGTC系統(tǒng)原理圖

值得注意的是，在引入間接蒸發(fā)冷卻的同時(shí)，Rankin循環(huán)也被同時(shí)耦合進(jìn)入Brayton循環(huán)之中。給水在經(jīng)過(guò)水泵之后，在預(yù)冷和回?zé)釙r(shí)進(jìn)入兩相區(qū)，在燃燒室中轉(zhuǎn)變?yōu)檫^(guò)熱區(qū)，隨后進(jìn)入渦輪做功并隨后在回?zé)岱艧徇^(guò)程中被冷卻，具備了Rankin循環(huán)的運(yùn)行過(guò)程特點(diǎn)，因而在分析過(guò)程中從兩種循環(huán)結(jié)合的角度切入，關(guān)于兩種循環(huán)的協(xié)同運(yùn)行將在后文詳細(xì)分析。

2 數(shù)學(xué)模型及計(jì)算方法

2.1 數(shù)學(xué)模型

在本節(jié)中，由于MGTC形式完備，以MGTC模式為例，重點(diǎn)給出了系統(tǒng)中所涉及的重要部件的詳細(xì)熱力學(xué)模型。利用MATLAB對(duì)這項(xiàng)研究工作進(jìn)行了必要的模擬。為避免利用平均比熱容和一些經(jīng)驗(yàn)公式帶來(lái)計(jì)算上的誤差，根據(jù)商用軟件RFPROPM對(duì)氣流各組分在各溫度和壓力狀態(tài)下進(jìn)行焓值等物理量的求取。為重點(diǎn)突出蒸發(fā)冷卻方式對(duì)于整體循環(huán)的重要性，均采用單級(jí)加壓、單級(jí)渦輪、無(wú)中冷、無(wú)再熱的模式進(jìn)行研究，依靠保守估計(jì)的回?zé)岘h(huán)節(jié)提升效率。所有的熱力學(xué)參數(shù)、假設(shè)和限制條件在表1中都進(jìn)行了展示[12]。

表1 相關(guān)參數(shù)、假設(shè)與初始值

2.1.1 預(yù)冷飽和器模型

為了提高描述氣體在預(yù)冷飽和器中數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性，單獨(dú)針對(duì)氣體在預(yù)冷加濕的過(guò)程中開(kāi)發(fā)了一套新的模型，預(yù)冷飽和器出口氣溫及流量的計(jì)算過(guò)程如下[13]

T3=T2-Edew(T2-Tdew,2)

(1)

(2)

(3)

(4)

Psat4=xw4P4

(5)

Psat4→T4

(6)

預(yù)冷飽和器下部的主要任務(wù)是對(duì)空氣進(jìn)行冷卻，同時(shí)對(duì)部分空氣進(jìn)行加濕。對(duì)空氣的冷卻程度用定義的露點(diǎn)效能Edew進(jìn)行反映，Edew取值范圍在0～1之間，這里取值為0.8。該值越大，表征空氣冷卻程度越高。Tdew,2為2點(diǎn)位置處空氣所對(duì)應(yīng)的露點(diǎn)溫度，該值為氣體在飽和器中的冷卻下限。Ra為分流比，反映3處出口的冷卻氣流比例，mdan、mwn和ndan、nwn分別反映序號(hào)為n位置處的空氣與水質(zhì)量(kg)和摩爾數(shù)(mol)，xw4、Psat4、P4、T4分別表示4點(diǎn)位置處的水的摩爾比重、飽和壓力(kPa)、總壓力(kPa)、溫度(K)，計(jì)算過(guò)程中位置4處空氣為飽和狀態(tài)。

2.1.2 回?zé)犸柡推髂Ｐ?/p>

對(duì)回?zé)犸柡推鞯臄?shù)學(xué)公式也可采用類似的數(shù)學(xué)模型。需要注意的是，回?zé)崞髂軌驅(qū)⑴艢鉁囟冉抵翣顟B(tài)5時(shí)空氣的濕球溫度，即

T8=T7-Ewbt(T7-Twbt3)

(7)

其中Twbt3為在3狀態(tài)下的空氣濕球溫度，Ewbt為濕球溫度效率，取0.9。而燃?xì)廨啓C(jī)主要采用零硫含量的天然氣，其廢氣可冷卻至338 K[14]，不形成硫酸。為了避免腐蝕性酸的凝結(jié)，被考慮作為空氣飽和器內(nèi)冷卻過(guò)程中允許排氣溫度達(dá)到的最小限值是400 K[15]。假定所有注入到飽和器中的給水充分蒸發(fā)。由于回?zé)犸柡推鞒隹跍囟冗^(guò)高，其對(duì)應(yīng)的飽和蒸氣壓過(guò)高[16]，因而在計(jì)算過(guò)程中，設(shè)定將出口達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)的載水量的10%重新注入回?zé)犸柡推髦?，進(jìn)而獲得全新的出口參數(shù)。

2.2 參數(shù)驗(yàn)證及程序框圖

為證明模擬結(jié)果的可靠性，針對(duì)MGTC系統(tǒng)的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行了如下對(duì)比[11]。P和T分別表示該點(diǎn)位置上的壓力和溫度，Wc、Wt、Wnet分別為單位干空氣流量的壓縮機(jī)耗功(Wc)、渦輪輸出功(Wc)以及凈輸出功(Wnet)，η為整體效率，Rw是相對(duì)于每千克入口干空氣的預(yù)冷飽和器的給水質(zhì)量流量比率。結(jié)果表明，與他人的研究成果大體相同。然而，考慮到使用了更為精細(xì)的計(jì)算方法，以及采用了一些更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募僭O(shè)，部分參數(shù)存在微小差異。其中壓縮機(jī)耗功、渦輪輸出功、凈輸出功和預(yù)冷飽和器載水量和整體效率的差別均低于5%，表明了本文模擬的可靠性。本文計(jì)算過(guò)程中所采用的的程序框圖如圖5所示。

表2 參數(shù)驗(yàn)證

圖5 程序設(shè)計(jì)框圖

3 結(jié)果與分析

3.1 壓比

本節(jié)重點(diǎn)探討壓比對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行的影響，燃燒室出口溫度僅設(shè)置為1 473 K，設(shè)置的壓比取值范圍在5～25之間。上圖6反映的是整機(jī)效率及凈輸出功隨著壓比增加而變化的趨勢(shì)。三者的效率以MGTC系統(tǒng)的效率最高，在低壓狀態(tài)下，MCTC系統(tǒng)效率較高,而在高壓狀態(tài)下,MRTC系統(tǒng)效率較高。隨著壓比的逐漸增大，三種系統(tǒng)效率先逐漸增大后逐漸下降，均存在著一個(gè)最大效率點(diǎn)，其中MRTC在總壓比為17時(shí)取得最大效率37.78%，MGTC在總壓比為9時(shí)取得最大效率44.49%，而MCTC系統(tǒng)則在總壓比為7時(shí)取得最大效率40.49%。三種系統(tǒng)的凈輸出功則與效率的變化趨勢(shì)不同，MGTC與MRTC系統(tǒng)的凈輸出功隨著壓比升高持續(xù)增大，增大的速度在低壓時(shí)較快在高壓時(shí)放緩。MCTC系統(tǒng)的凈輸出功而是呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。在壓比為14時(shí)，MGTC系統(tǒng)的凈輸出功分別高出MRTC系統(tǒng)與MCTC系統(tǒng)的凈輸出功3.1%和27.02%。在壓比為5-25的范圍內(nèi)，MGTC模式的整體效率分別比MCTC以及MRTC的效率高出15.55%和14.06%。

圖6 不同壓比下凈輸出功與效率的關(guān)系

對(duì)于MRTC系統(tǒng)而言，它的回?zé)嵯到y(tǒng)并未采用蒸發(fā)冷卻設(shè)施，對(duì)于回?zé)岬某浞掷脙H依靠M循環(huán)制取的低溫氣體來(lái)獲取，于此同時(shí)氣體含濕量得到增加從而消耗更多的燃料用于增加渦輪輸出功。而MCTC系統(tǒng)中，最終排氣溫度受制于壓縮機(jī)出口溫度。從Brayton分循環(huán)這一側(cè)看，隨著壓比的持續(xù)升高，壓縮機(jī)排氣溫度逐漸上升而渦輪排氣溫度逐漸下降。這直接導(dǎo)致回?zé)徇^(guò)程利用效果的下降，以及平均放熱溫度的升高和平均吸熱溫度的下降，因而整體效率在經(jīng)過(guò)短暫的上升期后逐漸呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

從Rankine分循環(huán)這一側(cè)看，熱力學(xué)表現(xiàn)則與朗肯循環(huán)的特性有所不同，壓力升高下給水蒸發(fā)時(shí)兩相區(qū)的飽和溫度同步提升，隨后轉(zhuǎn)變?yōu)檫^(guò)熱蒸汽后，平均吸熱溫度反而上升。Rankine分循環(huán)相變區(qū)中所需的熱能來(lái)自于渦輪排氣的回?zé)徇^(guò)程，因而這里的Rankine分循環(huán)效率極高，在布雷頓循環(huán)效率經(jīng)過(guò)先上升后下降的轉(zhuǎn)折區(qū)的過(guò)程中，高效Rankine分循環(huán)對(duì)于提升整體效能起到促進(jìn)作用，Rankine分循環(huán)的特性以間接蒸發(fā)的方式被耦合在Brayton循環(huán)中。MGTC系統(tǒng)綜合了前兩種循環(huán)的特點(diǎn)，既能夠使用M循環(huán)獲得較低的預(yù)冷飽和器出口溫度，又能夠在回?zé)犸柡推髦惺褂瞄g接蒸發(fā)冷卻。最終數(shù)據(jù)表明，在該模式下渦輪最終排氣溫度最低而燃燒室入口溫度最高，因而獲得了較高的效率。同理，由圖6可以看出該模式下飽和器中氣流的含濕量較大，在燃燒室出口溫度一定時(shí)消耗了更多的燃料，同時(shí)也獲得了更大的凈輸出功。

壓比的變化對(duì)于系統(tǒng)載水量同樣存在直接的影響。如上圖7所示，壓比由5變化到25時(shí)，MCTC系統(tǒng)下飽和器帶水量mw持續(xù)下降，下降比例達(dá)74.60%，而MRTC系統(tǒng)飽和器帶水量持續(xù)上升，上升比例高達(dá)183%，在MGTC系統(tǒng)中，飽和器帶水量有上下兩部分構(gòu)成，其數(shù)值明顯高于其他兩種模式且呈現(xiàn)出先下降后上升的變化趨勢(shì)。對(duì)于MCTC系統(tǒng)而言，壓比的增大使得飽和器中渦輪排氣的進(jìn)出口溫差進(jìn)一步減小，用于促使給水蒸發(fā)汽化的熱量進(jìn)一步減少，從而帶水量下降。MRTC系統(tǒng)帶水量對(duì)于預(yù)冷飽和器出口的飽和溫度極其敏感，該溫度變化與壓比變化呈現(xiàn)正相關(guān)，因而MRTC系統(tǒng)飽和器帶水量持續(xù)上升。在壓比為14時(shí)，MGTC載水量高出MCTC模式下載水量80%，高出MRTC模式下載水量16%。本文對(duì)同一壓比下MRTC與MCTC系統(tǒng)的飽和器帶水量做出加和處理，做出與MGTC系統(tǒng)同一CIT下的水量變化曲線，并與MGTC系統(tǒng)本身的飽和器總帶水量相比較，發(fā)現(xiàn)兩者變化趨勢(shì)保持一致，實(shí)際總帶水量與加和處理結(jié)果相似，且在高壓時(shí)曲線極其貼近。這充分說(shuō)明了MGTC系統(tǒng)結(jié)合前兩種系統(tǒng)的特點(diǎn)，擁有著高帶水量、高運(yùn)行效率與高比功輸出的特性。

圖7 不同壓比下總載水量與燃燒室入口溫度(CIT)之間的關(guān)系

3.2 燃燒室出口溫度

本節(jié)深入研究的是燃燒室出口溫度COT對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行的影響。這里觀察的COT的數(shù)值范圍在1 460 K到1 820 K之間。

如上圖8所示，隨著COT的上升，MGTC和MCTC系統(tǒng)的飽和器帶水量持續(xù)上升，而MRTC系統(tǒng)飽和器帶水量基本保持不變。對(duì)于MCTC系統(tǒng)而言，COT的上升會(huì)進(jìn)一步提升渦輪排氣溫度，而飽和器入口溫度保持不變，渦輪排氣溫度受此影響保持不變，從而飽和器中排氣釋放熱量增大，帶水量隨之提升。而MRTC系統(tǒng)中帶水量不受COT影響，這主要是因?yàn)樵撓到y(tǒng)中的飽和器前置，不與回?zé)徇^(guò)程存在耦合關(guān)系。MGTC系統(tǒng)結(jié)合了兩個(gè)系統(tǒng)的帶水量特點(diǎn)，其飽和器帶水量整體呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì)。于此同時(shí)，從上圖也可以看出燃料量也由于流量的增大持續(xù)增長(zhǎng)。

圖8 不同燃燒室出口溫度(COT)下總載水量與燃料量之間的關(guān)系

進(jìn)一步觀察COT對(duì)于系統(tǒng)效率及凈輸出功的影響。如上圖9所示，三種模式下的效率在COT升高時(shí)均實(shí)現(xiàn)了增長(zhǎng)，MCTC、MRTC、MGTC系統(tǒng)的效率增幅分別達(dá)到了23.35%、16.16%、15.70%，其中，MGTC系統(tǒng)在最大COT時(shí)，效率達(dá)到了50%以上。隨著COT持續(xù)提升，各系統(tǒng)的凈輸出功同步增長(zhǎng)，MCTC、MRTC、MGTC系統(tǒng)的凈輸出功實(shí)現(xiàn)了76.30%、57.81%、74.07%的增幅。效率的上升得益于平均吸熱溫度的上升，凈輸出功的提高在于帶水量的持續(xù)增長(zhǎng)。從中可以看出，MGTC模式集合了兩種模式的優(yōu)點(diǎn)，綜合擁有了兩種模式下的帶水量同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于回?zé)岬某浞掷谩?/p>

圖9 不同燃燒室出口溫度下效率與凈輸出功之間的關(guān)系

3.3 給水溫度

注入到飽和器中水的初始溫度對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中熱力學(xué)影響也需要進(jìn)一步被闡述。如圖10所示，隨著入口水溫的上升，三種系統(tǒng)下的效率上升幅度分別達(dá)到0.37%、1.53%、1.81%。同時(shí)凈輸出功也在逐步上漲。同時(shí)從上圖可以看出，水溫的升高明顯可以提升飽和器的帶水量，MGTC系統(tǒng)帶水量持續(xù)上升，在不需要消耗過(guò)多燃料的情況下，對(duì)于渦輪輸出功時(shí)不僅創(chuàng)造了更大的質(zhì)量流量，同時(shí)也使得水蒸氣更大的做功能力得到發(fā)揮，因而凈輸出功均得到增加。值得注意的是，對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)而言，燃燒室入口溫度基本保持不變，因而本身的布雷頓循環(huán)效率未受太大影響。特殊之處在于由于間接蒸發(fā)冷卻的耦合使得Rankine分循環(huán)的特性表現(xiàn)在其中，初始給水溫度的提升，提高了Rankine分循環(huán)由液態(tài)水轉(zhuǎn)變?yōu)樗魵獾钠骄鼰釡囟?，從而間接提升了整體效率。

圖10 不同給水溫度下效率與凈輸出功之間的關(guān)系

3.4 協(xié)同循環(huán)模型

前文已對(duì)Brayton-Rankine協(xié)同循環(huán)的提法做出部分說(shuō)明，本節(jié)則進(jìn)一步發(fā)展了此模型。圖11對(duì)于循環(huán)過(guò)程做出了拆分式處理，將壓氣機(jī)進(jìn)口的氣體作為Brayton分循環(huán)的主體，且由于在MGTC飽和器中攜帶的水量在燃燒室中不進(jìn)行燃燒，因而可將這部分流量作為Rankine分循環(huán)的主體，渦輪輸出功時(shí)，按照不同主體在總流量中的占比計(jì)算各自循環(huán)所承擔(dān)的壓氣機(jī)耗功，進(jìn)而分別計(jì)算出不同分循環(huán)的效率。

圖11 不同壓比下各分循環(huán)的效率變化

結(jié)果表明，Rankin分循環(huán)的效率遠(yuǎn)高于Brayton分循環(huán)的效率。Rankin分循環(huán)與傳統(tǒng)模式下的Rankin循環(huán)有所不同，傳統(tǒng)Rankin循環(huán)完成汽化時(shí)在爐內(nèi)進(jìn)行，接受大量燃煤的熱量，而Rankin分循環(huán)在飽和器中完成汽化過(guò)程，依靠的熱量來(lái)自于渦輪排氣的回?zé)徇^(guò)程，在燃燒室中依靠少量的熱量即可完成提質(zhì)，因而效率較高。圖12則反映了各分循環(huán)在不同壓比下的凈輸出功，由于水量流量遠(yuǎn)低于煙氣流量，因而B(niǎo)rayton分循環(huán)的凈輸出功遠(yuǎn)高于Rankin分循環(huán)的凈輸出功。

圖12 不同壓比下各分循環(huán)的凈輸出功變化

為反映不同分循環(huán)對(duì)于總循環(huán)的影響程度，設(shè)Rankin分循環(huán)的權(quán)重因子為f，依據(jù)下式可得出圖10

fηR+(1-f)ηR=η

(8)

其中ηR和ηB分別表示Rankin分循環(huán)與Brayton分循環(huán)各自的效率。

圖13表明，在壓比取值逐漸增大的過(guò)程中，Rankin分循環(huán)的權(quán)重因子呈現(xiàn)先下降后上升的過(guò)程，但總體變化幅度不大，維持在15%～19%，值得注意的是，Rankin分循環(huán)的權(quán)重因子的變化趨勢(shì)正好與各自分循環(huán)的效率變化趨勢(shì)相反，這是由于權(quán)重因子與各自效率成反比。圖中的環(huán)比圖的外層與內(nèi)層分別是兩個(gè)分循環(huán)的燃料占比與凈輸出功占比，表明在消耗同等燃料的基礎(chǔ)上，Rankin分循環(huán)的效率更高，因而提升了整體的效率。

圖13 不同壓比下權(quán)重因子變化

4 結(jié)論

傳統(tǒng)的蒸發(fā)式透平循環(huán)主要采用給水與空氣直接接觸的方式加濕，本文則主要研究將間接蒸發(fā)冷卻的手段用于布雷頓循環(huán)對(duì)其自身影響的熱力學(xué)特性。深入分析對(duì)比了MCTC、MRTC、MGTC三種不同模式的動(dòng)力循環(huán)，可得出如下結(jié)論：

(1)預(yù)冷飽和器帶水量高于回?zé)犸柡推?，擁有預(yù)冷回?zé)犭p重飽和器的MGTC在承載水量方面表現(xiàn)更加優(yōu)異。

(2)飽和器帶水量的提升能夠顯著增加凈輸出功，預(yù)冷回?zé)犭p重飽和器對(duì)于回?zé)崂眯矢摺?/p>

(3)IEC技術(shù)的運(yùn)用使得原本的Brayton循環(huán)耦合了Rankin循環(huán)的特性，形成了兩者的協(xié)同循環(huán)。

(4)協(xié)同循環(huán)過(guò)程中，Rankin分循環(huán)的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Brayton分循環(huán)，但Rankin分循環(huán)所提供的凈輸出功的占比較小。

借此，本文也為進(jìn)一步改進(jìn)其他蒸發(fā)式透平循環(huán)的其他手段提供了借鑒意義。