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研究生: 黃仕丞
Huang, Shih-Cheng
論文名稱: 微型渦輪摻氫發電系統之設計與驗證
Design and Verification of Hydrogen Mixing with Liquid Fueled Micro Gas Turbine Generator System
指導教授: 賴維祥
Lai, Wei-Hsiang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 航空太空工程學系
Department of Aeronautics & Astronautics
論文出版年: 2015
畢業學年度: 103
語文別: 中文
論文頁數: 110
中文關鍵詞: 氣體產生器渦輪發電摻氫燃燒渦輪增壓器污染物排放
外文關鍵詞: Gas Generator, Power Turbine, Turbocharger, Hydrogen Injection, Low emission
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  • 本研究主要目的為利用TD-04渦輪增壓器作為氣體產生器,配合自行設計的液態燃料燃燒室,使用航空燃油JET A-1為主要燃料,利用氣體產生器所產生的氣體推動TD-08動力渦輪帶動發電機發電,形成高轉速微型渦輪發電系統,並利用動力渦輪所排放尾氣的廢熱加熱甲醇重組器產生富氫氣體導回燃燒室內摻燒,藉此降低汙染性廢氣的排放。
    本研究成功將發電機拉轉至40,000 rpm,可得到最高發電量為1,290 W,且於氣體產生器達150,000 rpm以上的高轉速時,CO排放量為0 %,HC排放量為2 ppm;透過導入甲醇重組器產生的富氫氣體進入燃燒室摻燒,於120,000 rpm的低轉速時,HC的降幅達到50 %,CO排放量為0 %,NOx的排放量維持於60 ppm,符合氣渦輪機電力設施的空氣污染物排放法規標準。

    The aim of this research is to establish a low emission micro gas turbine generator system. In this research, the smaller turbo charger, TD-04, is combined with the self-design combustion chamber as a gas generator. The larger turbo charger, TD-08, which combined with the high speed generator is placed behind the gas generator as a power turbine to slow down the rotating speed. The exhaust gas from the power turbine is used to heat the methanol reformer. The methanol, a liquid fuel, can be reformed easily with resultant hydrogen rich syngas and few byproducts. The hydrogen rich syngas is fed back to the combustion chamber of the gas generator to improve the exhaust gas composition.
    In this research, the low emission micro gas turbine generator system is built successfully. The maximum rotating speed of generator can be reached 40,000 rpm with 1,290 Watt electricity output. With the hydrogen rich syngas injected into combustion chamber of gas generator with 150,000 rpm, the HC emission is 4 ppm (with 50 % reduction), while CO emission is down to 0 %. The NOx emission holds on about 60 ppm. The emission of the system conforms to the air pollution laws of gas generator system.

    中文摘要 I 英文摘要 II 誌謝 V 目錄 VI 表目錄 IX 圖目錄 X 符號說明 XIV 第1章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 文獻回顧 5 1-3 研究動機與目標 15 第2章 系統規劃與設計流程 17 2-1 系統設計概念 17 2-2 燃燒室 20 2-2-1 燃燒室設計 20 2-2-2 燃燒室點火位置 23 2-2-3 燃燒室修改 24 第3章 理論分析 28 3-1 氣渦輪機理想熱循環原理 28 3-2 氣體產生器理想性能分析 35 3-3 甲醇重組器產氫量分析 38 第4章 實驗設備與實驗步驟 40 4-1 實驗設備 40 4-1-1 渦輪增壓器 40 4-1-2 動力渦輪 41 4-2 燃油供給系統 43 4-2-1 燃油霧化噴頭 43 4-2-2 供油幫浦 44 4-2-3 燃油流量控制系統 45 4-3 潤滑油供應系統 49 4-4 點火系統 51 4-5 發電系統 52 4-5-1 發電機 52 4-5-2 整流器與電子負載機 54 4-6 產氫系統 55 4-7 數據擷取儀器 59 4-7-1 尾氣分析儀器 59 4-7-2 轉速計 61 4-7-3 壓力傳送器 63 4-7-4 溫度量測儀器 64 4-7-5 數據擷取系統 66 4-8 實驗步驟 69 4-8-1 啟動前檢查 69 4-8-2 啟動程序 70 4-8-3 渦輪拉轉程序 71 4-8-4 關車程序 72 4-9 氣體產生器故障排除 72 第5章 結果與討論 74 5-1 渦輪增壓器性能分析 74 5-2 動力渦輪對氣體產生器性能分析 80 5-2-1 各個站位溫度量測結果 81 5-2-2 各個站位壓力量測結果 85 5-3 高轉速渦輪發電性能分析 89 5-4 尾氣成分分析 94 5-4-1 未摻燒富氫氣體尾氣分析 97 5-4-2 摻燒富氫氣體後尾氣分析 100 第6章 結論與未來工作 106 6-1 結論 106 6-2 未來工作 107 參考文獻 108

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    下載圖示 校內:2020-07-22公開
    校外:2020-07-22公開
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