CN108019275B - 一种基于复杂工况的燃气内燃机发电功率及排烟参数的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于复杂工况的燃气内燃机发电功率及排烟参数的计算方法，主要针对在现有技术配置中难以准确计算实际运行工况下燃气内燃机的发电功率以及排烟参数而设计。本发明发电功率及排烟参数的计算方法包括：相关参数的采集与测定、压缩过程热力计算、燃烧热力计算、膨胀过程热力计算以及燃气内燃机发电功率及排烟参数的计算。本发明能够准确计算基于复杂工况的燃气内燃机发电功率及排烟参数，为燃气内燃机在工程中的配置方案提供依据，进而使整个工程系统的热效率达到最大，最终达到节能降耗的目的。

Description

一种基于复杂工况的燃气内燃机发电功率及排烟参数的计算 方法

技术领域

本发明涉及一种热能工程的旋转机械领域，尤其涉及一种燃气内燃机在复杂工况运行条件下的发电功率及排烟参数的计算方法。

背景技术

楼宇式天然气分布式能源系统是靠近用户端的能源综合利用系统。它以天然气为燃料，通过燃气内燃机发电，并将其尾部烟气通过能量转换设备生产出用户所需要的热能利用形式，如生活热水、采暖热水或制冷用热能等；按照“温度对口、梯级利用”的用能原则，使得整个系统的综合能源利用率大于70％。发展楼宇式天然气分布式能源是降低能源成本、提升能源效率、改善大气环境的一种有效技术途径。

燃气内燃机是构建天然气分布式能源系统的主要设备之一，其发电功率、燃机效率、燃气消耗量、排气温度、排气流量、高温循环水流量、低温循环水流量等参数受到其运行条件下的大气环境的温度、压力、湿度以及海拔的影响很大。在某些工况条件下，燃气内燃机的发电功率、排气温度及排气流量、等参数很难与系统需求相匹配。确定复杂工况条件下，燃气内燃机的发电功率、排烟参数、高温循环水流量、低温循环水流量对天然气分布式能源系统的方案配置起到了决定性作用。

因此，要构建一个适用于复杂工况运行条件下的燃气内燃机发电功率及排烟参数的计算方法，是合理配置楼宇式天然气分布式能源系统的基础手段，能够为楼宇式天然气分布式能源系统运行方案提供基础数据，具有重要的实用意义。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种适用于复杂工况运行条件下的燃气内燃机发电功率及排烟参数的计算方法。

为达到上述目的，本发明一种适用于复杂工况运行条件下的燃气内燃机发电功率及排烟参数的计算方法，所述的发电功率和排烟参数的计算方法包括：

S1，相关参数的采集与测定；

S2，压缩过程热力计算；

S3，燃烧热力计算；

S4，膨胀过程热力计算；

S5，燃气内燃机发电功率及排烟参数的计算。

进一步地，相关参数的采集与测定具体包括如下步骤：

S11，根据燃气内燃机项目所在的地点，采集燃气内燃机周围环境的大气压力、温度、湿度、海拔高度等参数信息；

S12，根据所选定的燃气内燃机机型，收集燃气内燃机标准工况下的运行参数，包括：内燃机气缸数、缸径、行程、标准状态下的发电功率、标准状态下的发电效率、标准状态下燃气内燃机的进燃气量、压缩比、供气压力、确定燃气内燃机的进气方式、油冷器在高低温循环系统的位置、内燃机排烟温度、排烟流量、高温水供回水温度及流量、中冷水供回水温度及流量；

S13，根据燃气内燃机项目所在地，收集燃气内燃机所用天然气成分，通过天然气热力计算公式计算得到项目所使用的天然气的低位热值、高位热值、密度等参数，其具体步骤包括：

1)根据第一计算式计算天然气的低位热值，所述第一计算式为：

式中，Q_NG,L为天然气低位发热量，MJ/Nm³；m_i为天然气各组分的摩尔体积百分数，％；Q_i,L为天然气各组分在不同的燃烧和计量参比条件下的理想气体摩尔低位发热量，kJ/mol；P_NG为天然气的压力，kPa；T_NG为天然气的温度，K；Z为天然气压缩系数；

2)根据第二计算式计算天然气的高位热值，所述第二计算式为：

式中，Q_NG,H为天然气高位发热量，MJ/Nm³；Q_i,H为天然气各组分在不同的燃烧和计量参比条件下的理想气体摩尔低位发热量，kJ/mol；

3)根据第三计算式计算天然气的密度，所述第三计算式为：

ρ_NG＝(P_NG/(R·T_NG))×∑m_i·M_i

式中，ρ_NG为天然气密度，kg/Nm³；M_i为天然气各组分的摩尔质量，kg/kmol。

S14，根据S11和S12所采集的数据，通过湿空气的气体常数计算公式、湿空气的比热及比热比计算公式等计算大气湿度对空气热物理性质的影响，进而利用相似原理，推导出燃气内燃机性能参数大气湿度修正系数。

4)根据第四计算式计算湿空气气体常数，所述第四计算式为：

式中，R_h为湿空气气体常数；R_k为干空气气体常数；R_s为水蒸汽气体常数；d为湿空气中相对于每千克质量干空气所含的水蒸汽量；

5)根据第五计算式计算湿空气定压比热，所述第五计算式为：

式中，Cp_h为湿空气定压比热，J/(kg·K)；Cp_k为干空气定压比热，J/(kg·K)；Cp_s为水蒸汽定压比热，J/(kg·K)；

6)根据第六计算式计算湿空气比热比，所述第六计算式为：

式中，K_h为湿空气比热比；

7)根据第七计算式计算干空气比热比，所述第七计算式为：

式中，K_k为干空气比热比；

8)根据第八计算式计算大气湿度变化时，空气流量的修正系数，所述第八计算式为：

式中，γ为大气湿度变化时，空气流量的修正系数。

进一步地，压缩过程热力计算还包括如下步骤：

1)根据第九计算式计算实际运行工况下燃气内燃机的进燃气量，所述第九计算式为：

式中，M_f为实际运行工况下燃气内燃机的进燃气量，kg/s；M_fs为标准状态下燃气内燃机的进燃气量，kg/s；P_a为实际运行工况下的大气压力，MPa；T_a为实际运行工况下的大气温度，℃；P_s为标准状态下的大气压力，MPa；T_s为标准状态下的大气温度，℃；

2)根据第十计算式计算天然气在燃气内燃机中燃烧所需要的空气量，所述第十计算式为：

式中，V_air天然气在燃气内燃机中燃烧所需要的空气量，m³/s；C_nH_m为天然气成分，％；n为天然气成分的碳原子个数；m为天然气成分的氢原子个数；

为燃气内燃机运行工况下的环境空气中氧气的百分含量；α_air为空气过量系数；

3)根据第十一计算式计算燃气内燃机的空燃比，所述第十一计算式为：

式中，f为燃气内燃机的空燃比，m³/m³；

4)根据第十二计算式计算燃气内燃机混合气体各成分容积数，所述第十二计算式为：

式中，V_i为燃气内燃机混合气体各成分容积数，m³/s；ι_i为燃气内燃机燃烧的天然气的各成分的体积百分含量，％；

5)根据第十三计算式计算燃气内燃机混合气体总容积数，所述第十三计算式为：

V₇＝∑V_i

式中，V₇为燃气内燃机混合气体总容积数，m³/s；

6)根据第十四计算式计算燃气内燃机混合气体各成分容积的百分比，所述第十四计算式为：

式中，γ_i为燃气内燃机混合气体各成分容积的百分比，％；

7)根据第十五计算式计算燃气内燃机混合气体体积热值，所述第十五计算式为：

式中，Q_mix,L为燃气内燃机混合气体体积热值，kJ/Nm³；Q_NG,L,mol为燃气内燃机混合气体的低位摩尔发热量，kJ/mol；P_mix为燃气内燃机混合气体压力，MPa；t_mix为燃气内燃机混合气体温度，℃；Z_mix为燃气内燃机混合气体的压缩因子；R为燃气内燃机混合气体的气体常数，8.31451；

8)根据第十六计算式计算燃气内燃机混合气体密度，所述第十六计算式为：

式中，M_i,mol为燃气内燃机混合气体的摩尔质量，kg/kmol；

9)根据第十七计算式计算燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中氮气的容积数，所述第十七计算式为：

式中，

为燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中氮气的容积数，m³/s；

为空气中氮气的百分含量，％；

为天然气中氮气的百分含量，％；

10)根据第十八计算式计算燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中二氧化碳的容积数，所述第十八计算式为：

式中，

为燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中二氧化碳的容积数，m³/s；

为空气中氮气的百分含量，％；C_nH_m为天然气中各碳氢化合物的百分含量，％；n为天然气成分的碳原子个数；

11)根据第十九计算式计算燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中水蒸汽的容积数，所述第十九计算式为：

式中，

为燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中水蒸汽的容积数，m³/s；

为空气中氮气的百分含量，％；m为天然气成分的氢原子个数；

12)根据第二十计算式计算燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中氧气的容积数，所述第二十计算式为：

式中，

为燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中氧气的容积数，m³/s；

为空气中氧气的百分含量，％；

为天然气成分中氧气的百分含量，％；

13)根据第二十一计算式计算燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中氩气的容积数，所述第二十一计算式为：

式中，V_Ar为燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中氩气的容积数，m³/s；τ_Ar,air为空气中氩气的百分含量，％；τ_Ar,f为天然气成分中氩气的百分含量，％；

14)根据第二十二计算式计算燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中二氧化硫的容积数，所述第二十二计算式为：

式中，

为燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中二氧化硫的容积数，m³/s；

为天然气成分中二氧化硫的百分含量，％；

为天然气成分中硫化氢的百分含量，％；

15)根据第二十三计算式计算燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气的总容积数，所述第二十三计算式为：

式中，V_py为燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气的总容积数，m³/s；

16)根据第二十四计算式计算燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气各成分的体积百分数，所述第二十四计算式为：

式中，γ_i-py为燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气各成分的体积百分数，％；V_i为燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气各成分的容积数，m³/s；i代表N₂、CO₂、H₂O、O₂、Ar、SO₂；

17)根据第二十五计算式计算燃气内燃机进气终点压力，所述第二十五计算式为：

式中，P_in-end为燃气内燃机进气终点压力，MPa；υ_in为燃气内燃机进气速度，m/s；

18)根据第二十六计算式计算燃气内燃机排气终点压力，所述第二十六计算式为：

式中，P_out-end为燃气内燃机排气终点压力，MPa；υ_out为燃气内燃机排气速度，m/s；

19)根据第二十七计算式计算燃气内燃机剩余废气系数，所述第二十七计算式为：

式中，γ_reg为燃气内燃机剩余废气系数，无量纲；γ_c为燃气内燃机净化系数，无量纲；ε为内燃机压缩比，无量纲；P_r为燃气内燃机膨胀冲程终点理论压力，MPa；m为气体膨胀指数，无量纲；

20)根据第二十八计算式计算燃气内燃机剩余废气量，所述第二十八计算式为：

V_reg＝γ_reg×V₇

式中，V_reg为燃气内燃机剩余废气量，m³/s；

21)根据第二十九计算式计算燃气内燃机混合气体量，所述第二十九计算式为：

V_mix＝γ_reg+V₇

式中，V_mix为燃气内燃机混合气体量，m³/s；

22)根据第三十计算式计算燃气内燃机混合气体量，所述第三十计算式为：

V_p＝γ_reg+V_py

式中，V_p为燃气内燃机排气气体量，m³/s；

23)根据第三十一计算式计算燃气内燃机充气终点压力，所述第三十一计算式为：

式中，P_a为燃气内燃机充气终点压力，MPa；ξ₁为补充充气系数；

24)根据第三十二计算式计算燃气内燃机充气终点温度，所述第三十二计算式为：

式中，T_a为燃气内燃机充气终点温度，K；ξ_r为比热不相等系数；n为多变指数；

25)根据第三十三计算式计算燃气内燃机混合压力下的剩余废气温度，所述第三十三计算式为：

式中，T_r-mix为燃气内燃机混合压力下的剩余废气温度，K；

26)根据第三十四计算式计算燃气内燃机排气压力下的废气温度，所述第三十四计算式为：

式中，T_r-out为燃气内燃机排气压力下的废气温度，K；

27)根据第三十五计算式计算燃气内燃机充气系数，所述第三十五计算式为：

式中，ξ_c为燃气内燃机充气系数；t_air为环境温度，℃；

28)根据第三十六计算式计算燃气内燃机压缩终点温度，所述第三十六计算式为：

式中，T_c为燃气内燃机压缩终点温度，K；n₁为燃气内燃机压缩多变指数；

29)根据第三十七计算式计算燃气内燃机压缩终点压力，所述第三十七计算式为：

式中，P_c为燃气内燃机压缩终点压力，MPa；

30)根据第三十八计算式计算燃气内燃机压缩多变指数，所述第三十八计算式为：

n₁＝1.392-0.13×(T_c-aver-273.15)/1000

式中，n₁为燃气内燃机压缩多变指数；T_c-aver为燃气内燃机压缩终点平均温度，K；

进一步地，燃烧热力计算还包括如下步骤：

1)根据第三十九计算式计算燃气内燃机最高燃烧温度，所述第三十九计算式为：

式中，t_Z为燃气内燃机最高燃烧温度，℃；h_rs为燃烧产物焓值，kJ/(kg·℃)；

2)根据第四十计算式计算燃气内燃机压力升高比，所述第四十计算式为：

式中，π为燃气内燃机压力升高比；

3)根据第四十一计算式计算燃气内燃机最高燃烧压力，所述第四十一计算式为：

P_Z＝P_c×π×κ

式中，P_Z为燃气内燃机最高燃烧压力，MPa；κ为最高燃烧压力的修正系数；

进一步地，膨胀过程热力计算还包括如下步骤：

1)根据第四十二计算式计算燃气内燃机膨胀终点温度，所述第四十二计算式为：

式中，T_b为燃气内燃机膨胀终点温度，K；n₂为燃气内燃机膨胀多变指数；

2)根据第四十三计算式计算燃气内燃机膨胀终点压力，所述第四十三计算式为：

式中，P_b为燃气内燃机膨胀终点压力，MPa；

3)根据第四十四计算式计算燃气内燃机膨胀多变指数，所述第四十四计算式为：

式中，n₂为燃气内燃机膨胀多变指数；T_b-aver为燃气内燃机膨胀终点平均温度，K；

进一步地，燃气内燃机发电功率及排烟参数的计算还包括如下步骤：

1)根据第四十五计算式计算燃气内燃机处初膨胀比，所述第四十五计算式为：

式中，ρ₀为燃气内燃机处初膨胀比；

2)根据第四十六计算式计算燃气内燃机后膨胀比，所述第四十六计算式为：

式中，δ为燃气内燃机处后膨胀比；

3)根据第四十七计算式计算燃气内燃机平均指示压力，所述第四十七计算式为：

式中，P_i为燃气内燃机平均指示压力，MPa；

4)根据第四十八计算式计算燃气内燃机平均有效压力，所述第四十八计算式为：

P_mi＝P_i×η_m

式中，P_mi为燃气内燃机平均有效压力，MPa；η_m为燃气内燃机机械效率，％；

5)根据第四十九计算式计算燃气内燃机有效功率，所述第四十九计算式为：

式中，P_e为燃气内燃机有效功率，kW；n_c为燃气内燃机气缸数；V_w为燃气内燃机的工作容积，m³；ω为燃气内燃机转速，r/min；

6)根据第五十计算式计算燃气内燃机发电功率，所述第五十计算式为：

P_ele＝P_e×η_ele

式中，P_ele为燃气内燃机发电功率，kW；η_ele为燃气内燃机发电机效率，％；

7)根据第五十一计算式计算燃气内燃机发电效率，所述第五十一计算式为：

式中，η为燃气内燃机发电效率，％；

8)根据第五十二计算式计算燃气内燃机高温循环水在额定工况下带走的热量，所述第五十二计算式为：

Q_{HTW-in design}＝Cp_w×M_{HTW-in design}×(t_HTW-out-t_HTW-in)/3.6

式中，Q_{HTW-in design}为燃气内燃机高温循环水在额定工况下带走的热量，kJ；Cp_w为水的比热，kJ/(kg·℃)；M_{HTW-in design}为燃气内燃机高温循环水在额定工况下的流量，kg/h；t_HTW-out为燃气内燃机高温循环水在额定工况下出口处的温度，℃；t_HTW-in为燃气内燃机高温循环水在额定工况下进口处的温度，℃；

9)根据第五十三计算式计算燃气内燃机高温循环水在额定工况下带走的热量占总热量的百分比，所述第五十三计算式为：

式中，η_HTM为燃气内燃机高温循环水在额定工况下带走的热量占总热量的百分比，％；P_{ele-in design}为在额定工况下燃气内燃机发电功率，kW；η_{ele-in design}为在额定工况下燃气内燃机发电效率，％；

10)根据第五十四计算式计算燃气内燃机高温循环水在运行工况下带走的热量，所述第五十四计算式为：

Q_{HTW-off design}＝M_f×Q_NG,L×1000×3600×η_HTM

式中，Q_{HTW-off design}为燃气内燃机高温循环水在运行工况下带走的热量，kJ；

11)根据第五十五计算式计算燃气内燃机高温循环水在运行工况下的流量，所述第五十五计算式为：

式中，M_{HTW-off design}为燃气内燃机高温循环水在运行工况下的流量，kg/s；t’_HTW-out为燃气内燃机高温循环水在运行工况下出口处的温度，℃；t’_HTW-in为燃气内燃机高温循环水在运行工况下进口处的温度，℃；

12)根据第五十六计算式计算燃气内燃机低温循环水在额定工况下带走的热量，所述第五十六计算式为：

Q_{LTW-in design}＝Cp_w×M_{LTW-in design}×(t_LTW-out-t_LTW-in)/3.6

式中，Q_{LTW-in design}为燃气内燃机低温循环水在额定工况下带走的热量，kJ；M_{LTW-in design}为燃气内燃机低温循环水在额定工况下的流量，kg/h；t_LTW-out为燃气内燃机低温循环水在额定工况下出口处的温度，℃；t_LTW-in为燃气内燃机低温循环水在额定工况下进口处的温度，℃；

13)根据第五十七计算式计算燃气内燃机低温循环水在额定工况下带走的热量占总热量的百分比，所述第五十七计算式为：

式中，η_LTM为燃气内燃机低温循环水在额定工况下带走的热量占总热量的百分比，％；

14)根据第五十八计算式计算燃气内燃机低温循环水在运行工况下带走的热量，所述第五十八计算式为：

Q_{LTW-off design}＝M_f×Q_NG,L×1000×3600×η_LTM

式中，Q_{LTW-off design}为燃气内燃机低温循环水在运行工况下带走的热量，kJ；

15)根据第五十九计算式计算燃气内燃机高温循环水在运行工况下的流量，所述第五十九计算式为：

式中，M_{LTW-off design}为燃气内燃机低温循环水在运行工况下的流量，kg/s；t_LTW-out为燃气内燃机低温循环水在运行工况下出口处的温度，℃；t’_LTW-in为燃气内燃机低温循环水在运行工况下进口处的温度，℃；

16)根据第六十计算式计算燃气内燃机烟气在额定工况下带走的热量，所述第六十计算式为：

Q_g-indesign＝M_g×h_g-indesign

式中，Q_g-indesign为燃气内燃机烟气在额定工况下带走的热量，kJ；M_g为燃气内燃机烟气在额定工况下的流量，m³/s；h_g-indesign为燃气内燃机烟气在额定工况下的焓值，kJ/m³；

17)根据第六十一计算式计算燃气内燃机烟气在额定工况下带走的热量占总热量的百分比，所述第六十一计算式为：

式中，η_g为燃气内燃机烟气在额定工况下带走的热量占总热量的百分比，％；

18)根据第六十二计算式计算燃气内燃机在额定工况下散热损失占总热量的百分比，所述第六十二计算式为：

η_loss＝1-η-η_HTM-η_LTM-η_g

式中，η_loss为燃气内燃机在额定工况下散热损失占总热量的百分比，％；

19)根据第六十三计算式计算燃气内燃机在运行工况下散热量，所述第六十三计算式为：

Q_{loss-off design}＝M_f×Q_NG,L×1000×3600×η_loss

式中，Q_{loss-off design}为燃气内燃机在运行工况下散热量，kJ；

20)根据第六十四计算式计算燃气内燃机在运行工况下排烟所携带的热量，所述第六十四计算式为：

Q_{g-off design}＝M_f×Q_NG,L×1000×3600-P_ele×3600-Q_{HTW-off design}-Q_{LTW-off design}-Q_{loss-off design}

式中，Q_g-offdesign为燃气内燃机在运行工况下排烟所携带的热量，kJ；

21)根据第六十五计算式计算燃气内燃机在运行工况下排烟流量，所述第六十五计算式为：

式中，V₇’为核算的燃气内燃机在运行工况下排烟流量，m³/s；h_{g-off design}为燃气内燃机烟气在运行工况下的焓值，kJ/m³；

本发明一种适用于复杂工况运行条件下的燃气内燃机发电功率及排烟参数的计算方法，通过计算得到复杂工况运行条件下的燃气内燃机的发电功率及排烟参数，具有以下优点：

1、克服了现有技术条件下无法准确计算燃气内燃机所处地理位置的大气环境参数，从而使得变工况运行条件下的燃气内燃机发电功率及排烟参数的计算得以顺利进行；

2、本发明的燃气内燃机发电功率及排烟参数的计算方法，能够通过计算结果反映燃气内燃机的运行情况，进而为楼宇式天然气分布式能源系统的配置方案及运行方式、优化运行提供指导，达到节能、降低损耗的目的。

附图简要说明

图1是本发明一种适用于复杂工况运行条件下的燃气内燃机发电功率及排烟参数的计算方法示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。

如图1所示为一种适用于复杂工况运行条件下的燃气内燃机发电功率及排烟参数的计算方法，其过程包含了S1相关参数的采集与测定，S2压缩过程热力计算，S3燃烧热力计算，S4膨胀过程热力计算，S5燃气内燃机发电功率及排烟参数的计算。所述计算具体如下：

首先进行相关参数的采集与测定，通过仪表测量和取样分析获取燃气轮机的各项输入参数，具体包括：

根据燃气内燃机项目所在的地点，采集燃气内燃机周围环境的大气压力、温度、湿度、海拔高度等参数信息；

根据所选定的燃气内燃机机型，收集燃气内燃机标准工况下的运行参数，包括：内燃机气缸数、缸径、行程、标准状态下的发电功率、标准状态下的发电效率、标准状态下燃气内燃机的进燃气量、压缩比、供气压力、确定燃气内燃机的进气方式、油冷器在高低温循环系统的位置、内燃机排烟温度、排烟流量、高温水供回水温度及流量、中冷水供回水温度及流量；

根据燃气内燃机项目所在地，收集燃气内燃机所用天然气成分，通过天然气热力计算公式计算得到项目所使用的天然气的低位热值、高位热值、密度等参数，其具体步骤包括：

根据第一计算式计算天然气的低位热值，所述第一计算式为：

式中，Q_NG,L为天然气低位发热量，MJ/Nm³；m_i为天然气各组分的摩尔体积百分数，％；Q_i,L为天然气各组分在不同的燃烧和计量参比条件下的理想气体摩尔低位发热量，kJ/mol；P_NG为天然气的压力，kPa；T_NG为天然气的温度，K；Z为天然气压缩系数；

根据第二计算式计算天然气的高位热值，所述第二计算式为：

式中，Q_NG,H为天然气高位发热量，MJ/Nm³；Q_i,H为天然气各组分在不同的燃烧和计量参比条件下的理想气体摩尔低位发热量，kJ/mol；

根据第三计算式计算天然气的密度，所述第三计算式为：

ρ_NG＝(P_NG/(R·T_NG))×∑m_i·M_i

式中，ρ_NG为天然气密度，kg/Nm³；M_i为天然气各组分的摩尔质量，kg/kmol。

根据所采集的数据，通过湿空气的气体常数计算公式、湿空气的比热及比热比计算公式等计算大气湿度对空气热物理性质的影响，进而利用相似原理，推导出燃气内燃机性能参数大气湿度修正系数。

根据第四计算式计算湿空气气体常数，所述第四计算式为：

式中，R_h为湿空气气体常数；R_k为干空气气体常数；R_s为水蒸汽气体常数；d为湿空气中相对于每千克质量干空气所含的水蒸汽量；

根据第五计算式计算湿空气定压比热，所述第五计算式为：

式中，Cp_h为湿空气定压比热，J/(kg·K)；Cp_k为干空气定压比热，J/(kg·K)；Cp_s为水蒸汽定压比热，J/(kg·K)；

根据第六计算式计算湿空气比热比，所述第六计算式为：

式中，K_h为湿空气比热比；

根据第七计算式计算干空气比热比，所述第七计算式为：

式中，K_k为干空气比热比；

根据第八计算式计算大气湿度变化时，空气流量的修正系数，所述第八计算式为：

式中，γ为大气湿度变化时，空气流量的修正系数。

根据第九计算式计算实际运行工况下燃气内燃机的进燃气量，所述第九计算式为：

式中，M_f为实际运行工况下燃气内燃机的进燃气量，kg/s；M_fs为标准状态下燃气内燃机的进燃气量，kg/s；P_a为实际运行工况下的大气压力，MPa；T_a为实际运行工况下的大气温度，℃；P_s为标准状态下的大气压力，MPa；T_s为标准状态下的大气温度，℃；

根据第十计算式计算天然气在燃气内燃机中燃烧所需要的空气量，所述第十计算式为：

式中，V_air天然气在燃气内燃机中燃烧所需要的空气量，m³/s；C_nH_m为天然气成分，％；n为天然气成分的碳原子个数；m为天然气成分的氢原子个数；

为燃气内燃机运行工况下的环境空气中氧气的百分含量；α_air为空气过量系数；

根据第十一计算式计算燃气内燃机的空燃比，所述第十一计算式为：

式中，f为燃气内燃机的空燃比，m³/m³；

根据第十二计算式计算燃气内燃机混合气体各成分容积数，所述第十二计算式为：

式中，V_i为燃气内燃机混合气体各成分容积数，m³/s；ι_i为燃气内燃机燃烧的天然气的各成分的体积百分含量，％；

根据第十三计算式计算燃气内燃机混合气体总容积数，所述第十三计算式为：

V₇＝∑V_i

式中，V₇为燃气内燃机混合气体总容积数，m³/s；

根据第十四计算式计算燃气内燃机混合气体各成分容积的百分比，所述第十四计算式为：

式中，γ_i为燃气内燃机混合气体各成分容积的百分比，％；

根据第十五计算式计算燃气内燃机混合气体体积热值，所述第十五计算式为：

式中，Q_mix,L为燃气内燃机混合气体体积热值，kJ/Nm³；Q_NG,L,mol为燃气内燃机混合气体的低位摩尔发热量，kJ/mol；P_mix为燃气内燃机混合气体压力，MPa；t_mix为燃气内燃机混合气体温度，℃；Z_mix为燃气内燃机混合气体的压缩因子；R为燃气内燃机混合气体的气体常数，8.31451；

根据第十六计算式计算燃气内燃机混合气体密度，所述第十六计算式为：

式中，M_i,mol为燃气内燃机混合气体的摩尔质量，kg/kmol；

根据第十七计算式计算燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中氮气的容积数，所述第十七计算式为：

式中，

为燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中氮气的容积数，m³/s；

为空气中氮气的百分含量，％；

为天然气中氮气的百分含量，％；

根据第十八计算式计算燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中二氧化碳的容积数，所述第十八计算式为：

式中，

为燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中二氧化碳的容积数，m³/s；

为空气中氮气的百分含量，％；C_nH_m为天然气中各碳氢化合物的百分含量，％；n为天然气成分的碳原子个数；

根据第十九计算式计算燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中水蒸汽的容积数，所述第十九计算式为：

式中，

为燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中水蒸汽的容积数，m³/s；

为空气中氮气的百分含量，％；m为天然气成分的氢原子个数；

根据第二十计算式计算燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中氧气的容积数，所述第二十计算式为：

式中，

为燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中氧气的容积数，m³/s；

为空气中氧气的百分含量，％；

为天然气成分中氧气的百分含量，％；

根据第二十一计算式计算燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中氩气的容积数，所述第二十一计算式为：

式中，V_Ar为燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中氩气的容积数，m³/s；τ_Ar,air为空气中氩气的百分含量，％；τ_Ar,f为天然气成分中氩气的百分含量，％；

根据第二十二计算式计算燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中二氧化硫的容积数，所述第二十二计算式为：

式中，

为燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中二氧化硫的容积数，m³/s；

为天然气成分中二氧化硫的百分含量，％；

为天然气成分中硫化氢的百分含量，％；

根据第二十三计算式计算燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气的总容积数，所述第二十三计算式为：

式中，V_py为燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气的总容积数，m³/s；

根据第二十四计算式计算燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气各成分的体积百分数，所述第二十四计算式为：

式中，γ_i-py为燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气各成分的体积百分数，％；V_i为燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气各成分的容积数，m³/s；i代表N₂、CO₂、H₂O、O₂、Ar、SO₂；

根据第二十五计算式计算燃气内燃机进气终点压力，所述第二十五计算式为：

式中，P_in-end为燃气内燃机进气终点压力，MPa；υ_in为燃气内燃机进气速度，m/s；

根据第二十六计算式计算燃气内燃机排气终点压力，所述第二十六计算式为：

式中，P_out-end为燃气内燃机排气终点压力，MPa；υ_out为燃气内燃机排气速度，m/s；

根据第二十七计算式计算燃气内燃机剩余废气系数，所述第二十七计算式为：

式中，γ_reg为燃气内燃机剩余废气系数，无量纲；γ_c为燃气内燃机净化系数，无量纲；ε为内燃机压缩比，无量纲；P_r为燃气内燃机膨胀冲程终点理论压力，MPa；m为气体膨胀指数，无量纲；

根据第二十八计算式计算燃气内燃机剩余废气量，所述第二十八计算式为：

V_reg＝γ_reg×V₇

式中，V_reg为燃气内燃机剩余废气量，m³/s；

根据第二十九计算式计算燃气内燃机混合气体量，所述第二十九计算式为：

V_mix＝γ_reg+V₇

式中，V_mix为燃气内燃机混合气体量，m³/s；

根据第三十计算式计算燃气内燃机混合气体量，所述第三十计算式为：

V_p＝γ_reg+V_py

式中，V_p为燃气内燃机排气气体量，m³/s；

根据第三十一计算式计算燃气内燃机充气终点压力，所述第三十一计算式为：

式中，P_a为燃气内燃机充气终点压力，MPa；ξ₁为补充充气系数；

根据第三十二计算式计算燃气内燃机充气终点温度，所述第三十二计算式为：

式中，T_a为燃气内燃机充气终点温度，K；ξ_r为比热不相等系数；n为多变指数；

根据第三十三计算式计算燃气内燃机混合压力下的剩余废气温度，所述第三十三计算式为：

式中，T_r-mix为燃气内燃机混合压力下的剩余废气温度，K；

根据第三十四计算式计算燃气内燃机排气压力下的废气温度，所述第三十四计算式为：

式中，T_r-out为燃气内燃机排气压力下的废气温度，K；

根据第三十五计算式计算燃气内燃机充气系数，所述第三十五计算式为：

式中，ξ_c为燃气内燃机充气系数；t_air为环境温度，℃；

根据迭代法求解燃气内燃机压缩多变指数n₁，具体步骤如下：

1)设定一个燃气内燃机压缩多变指数n′₁；

2)根据第三十六计算式计算燃气内燃机压缩终点温度，所述第三十六计算式为：

式中，T_c为燃气内燃机压缩终点温度，K；

3)根据第三十七计算式计算燃气内燃机压缩终点压力，所述第三十七计算式为：

式中，P_c为燃气内燃机压缩终点压力，MPa；

4)根据第三十八计算式计算燃气内燃机压缩多变指数，所述第三十八计算式为：

n₁＝1.392-0.13×(T_c-aver-273.15)/1000

式中，n₁为燃气内燃机压缩多变指数；T_c-aver为燃气内燃机压缩终点平均温度，K；

5)将n′₁与n₁做差，得出二者的差值；

若差值在预定的误差范围内，则假设的n′₁为燃气内燃机压缩多变指数n₁；

若差值超出预定的误差范围内，则将n′₁和n₁的平均值作为新的n′₁，重新执行上述1)～5)的计算，直到n′₁与n₁的差值满足设定的误差范围；

根据迭代法求解燃气内燃机最高燃烧温度t_Z，具体步骤如下：

1)设定一个燃气内燃机最高燃烧温度t′_Z；

2)确定燃气内燃机燃烧产物的焓值h_rs；

3)根据第三十九计算式计算燃气内燃机最高燃烧温度，所述第三十九计算式为：

式中，t_Z为燃气内燃机最高燃烧温度，℃；h_rs为燃烧产物焓值，kJ/(kg·℃)；

4)将t′_Z与t_Z做差，得出二者的差值；

若差值在预定的误差范围内，则假设的t′_Z为燃气内燃机最高燃烧温度t_Z；

若差值超出预定的误差范围内，则将t′_Z和t_Z的平均值作为新的t′_Z，重新执行上述1)～4)的计算，直到t′_Z与t_Z的差值满足设定的误差范围；

根据第四十计算式计算燃气内燃机压力升高比，所述第四十计算式为：

式中，π为燃气内燃机压力升高比；

根据第四十一计算式计算燃气内燃机最高燃烧压力，所述第四十一计算式为：

P_Z＝P_c×π×κ

式中，P_Z为燃气内燃机最高燃烧压力，MPa；κ为最高燃烧压力的修正系数；

根据迭代法求解燃气内燃机膨胀多变指数n₂，具体步骤如下：

1)设定一个燃气内燃机膨胀多变指数n′₂；

2)根据第四十二计算式计算燃气内燃机膨胀终点温度，所述第四十二计算式为：

式中，T_b为燃气内燃机膨胀终点温度，K；n₂为燃气内燃机膨胀多变指数；

3)根据第四十三计算式计算燃气内燃机膨胀终点压力，所述第四十三计算式为：

式中，P_b为燃气内燃机膨胀终点压力，MPa；

4)根据第四十四计算式计算燃气内燃机膨胀多变指数，所述第四十四计算式为：

式中，n₂为燃气内燃机膨胀多变指数；T_b-aver为燃气内燃机膨胀终点平均温度，K；

5)将n′₂与n₂做差，得出二者的差值；

若差值在预定的误差范围内，则假设的n′₂为燃气内燃机膨胀多变指数n₂；

若差值超出预定的误差范围内，则将n′₂和n₂的平均值作为新的n′₂，重新执行上述1)～5)的计算，直到n′₂与n₂的差值满足设定的误差范围；

根据第四十五计算式计算燃气内燃机处初膨胀比，所述第四十五计算式为：

式中，ρ₀为燃气内燃机处初膨胀比；

根据第四十六计算式计算燃气内燃机后膨胀比，所述第四十六计算式为：

式中，δ为燃气内燃机处后膨胀比；

根据第四十七计算式计算燃气内燃机平均指示压力，所述第四十七计算式为：

式中，P_i为燃气内燃机平均指示压力，MPa；

根据第四十八计算式计算燃气内燃机平均有效压力，所述第四十八计算式为：

P_mi＝P_i×η_m

式中，P_mi为燃气内燃机平均有效压力，MPa；η_m为燃气内燃机机械效率，％；

根据第四十九计算式计算燃气内燃机有效功率，所述第四十九计算式为：

式中，P_e为燃气内燃机有效功率，kW；n_c为燃气内燃机气缸数；V_w为燃气内燃机的工作容积，m³；ω为燃气内燃机转速，r/min；

根据第五十计算式计算燃气内燃机发电功率，所述第五十计算式为：

P_ele＝P_e×η_ele

式中，P_ele为燃气内燃机发电功率，kW；η_ele为燃气内燃机发电机效率，％；

根据第五十一计算式计算燃气内燃机发电效率，所述第五十一计算式为：

式中，η为燃气内燃机发电效率，％；

根据第五十二计算式计算燃气内燃机高温循环水在额定工况下带走的热量，所述第五十二计算式为：

Q_{HTW-in design}＝Cp_w×M_{HTW-in design}×(t_HTW-out-t_HTW-in)/3.6

式中，Q_{HTW-in design}为燃气内燃机高温循环水在额定工况下带走的热量，kJ；Cp_w为水的比热，kJ/(kg·℃)；M_{HTW-in design}为燃气内燃机高温循环水在额定工况下的流量，kg/h；t_HTW-out为燃气内燃机高温循环水在额定工况下出口处的温度，℃；t_HTW-in为燃气内燃机高温循环水在额定工况下进口处的温度，℃；

根据第五十三计算式计算燃气内燃机高温循环水在额定工况下带走的热量占总热量的百分比，所述第五十三计算式为：

式中，η_HTM为燃气内燃机高温循环水在额定工况下带走的热量占总热量的百分比，％；P_{ele-in design}为在额定工况下燃气内燃机发电功率，kW；η_{ele-in design}为在额定工况下燃气内燃机发电效率，％；

根据第五十四计算式计算燃气内燃机高温循环水在运行工况下带走的热量，所述第五十四计算式为：

Q_{HTW-off design}＝M_f×Q_NG,L×1000×3600×η_HTM

式中，Q_{HTW-off design}为燃气内燃机高温循环水在运行工况下带走的热量，kJ；

根据第五十五计算式计算燃气内燃机高温循环水在运行工况下的流量，所述第五十五计算式为：

式中，M_{HTW-off design}为燃气内燃机高温循环水在运行工况下的流量，kg/s；t’_HTW-out为燃气内燃机高温循环水在运行工况下出口处的温度，℃；t’_HTW-in为燃气内燃机高温循环水在运行工况下进口处的温度，℃；

根据第五十六计算式计算燃气内燃机低温循环水在额定工况下带走的热量，所述第五十六计算式为：

Q_{LTW-in design}＝Cp_w×M_{LTW-in design}×(t_LTW-out-t_LTW-in)/3.6

式中，Q_{LTW-in design}为燃气内燃机低温循环水在额定工况下带走的热量，kJ；M_{LTW-in design}为燃气内燃机低温循环水在额定工况下的流量，kg/h；t_LTW-out为燃气内燃机低温循环水在额定工况下出口处的温度，℃；t_LTW-in为燃气内燃机低温循环水在额定工况下进口处的温度，℃；

根据第五十七计算式计算燃气内燃机低温循环水在额定工况下带走的热量占总热量的百分比，所述第五十七计算式为：

式中，η_LTM为燃气内燃机低温循环水在额定工况下带走的热量占总热量的百分比，％；

根据第五十八计算式计算燃气内燃机低温循环水在运行工况下带走的热量，所述第五十八计算式为：

Q_{LTW-off design}＝M_f×Q_NG,L×1000×3600×η_LTM

式中，Q_{LTW-off design}为燃气内燃机低温循环水在运行工况下带走的热量，kJ；

根据第五十九计算式计算燃气内燃机高温循环水在运行工况下的流量，所述第五十九计算式为：

式中，M_{LTW-off design}为燃气内燃机低温循环水在运行工况下的流量，kg/s；t’_LTW-out为燃气内燃机低温循环水在运行工况下出口处的温度，℃；t’_LTW-in为燃气内燃机低温循环水在运行工况下进口处的温度，℃；

根据第六十计算式计算燃气内燃机烟气在额定工况下带走的热量，所述第六十计算式为：

Q_g-indesign＝M_g×h_g-indesign

式中，Q_g-indesign为燃气内燃机烟气在额定工况下带走的热量，kJ；M_g为燃气内燃机烟气在额定工况下的流量，m³/s；h_g-indesign为燃气内燃机烟气在额定工况下的焓值，kJ/m³；

根据第六十一计算式计算燃气内燃机烟气在额定工况下带走的热量占总热量的百分比，所述第六十一计算式为：

式中，η_g为燃气内燃机烟气在额定工况下带走的热量占总热量的百分比，％；

根据第六十二计算式计算燃气内燃机在额定工况下散热损失占总热量的百分比，所述第六十二计算式为：

η_loss＝1-η-η_HTM-η_LTM-η_g

式中，η_loss为燃气内燃机在额定工况下散热损失占总热量的百分比，％；

根据第六十三计算式计算燃气内燃机在运行工况下散热量，所述第六十三计算式为：

Q_{loss-off design}＝M_f×Q_NG,L×1000×3600×η_loss

式中，Q_{loss-off design}为燃气内燃机在运行工况下散热量，kJ；

根据第六十四计算式计算燃气内燃机在运行工况下排烟所携带的热量，所述第六十四计算式为：

Q_{g-off design}＝M_f×Q_NG,L×1000×3600-P_ele×3600-Q_{HTW-off design}-Q_{LTW-off design}-Q_{loss-off design}

式中，Q_{g-off design}为燃气内燃机在运行工况下排烟所携带的热量，kJ；

根据迭代法求解燃气内燃机排烟温度t_py，具体步骤如下：

1)设定一个燃气内燃机排烟温度t′_py；

2)确定燃气内燃机排烟的焓值h_{g-off design}；

3)根据第六十五计算式计算燃气内燃机在运行工况下排烟流量，所述第六十五计算式为：

式中，V₇’为核算的燃气内燃机在运行工况下排烟流量，m³/s；h_{g-off design}为燃气内燃机烟气在运行工况下的焓值，kJ/m³；

4)将V₇’与V₇做差，得出二者的差值；

若差值在预定的误差范围内，则假设的t′_py为燃气内燃机排烟温度t_py；

若差值超出预定的误差范围内，则将t′_py和t_py的平均值作为新的t′_py，重新执行上述1)～4)的计算，直到V₇’与V₇的差值满足设定的误差范围；

以上，仅为本发明的较佳实施案例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替代，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于复杂工况的燃气内燃机发电功率及排烟参数的计算方法，其特征在于：所述的发电功率和排烟参数的计算方法包括以下步骤：

S1，相关参数的采集与测定；

所述相关参数的采集与测定包括，

S11，根据燃气内燃机项目所在的地点，采集燃气内燃机周围环境的大气压力、温度、湿度、海拔高度参数信息；

S12，根据所选定的燃气内燃机机型，收集燃气内燃机标准工况下的运行参数，包括：内燃机气缸数、缸径、行程、标准状态下的发电功率、标准状态下的发电效率、标准状态下燃气内燃机的进燃气量、压缩比、供气压力、确定燃气内燃机的进气方式、油冷器在高低温循环系统的位置、内燃机排烟温度、排烟流量、高温水供回水温度及流量、中冷水供回水温度及流量；

S13，根据燃气内燃机项目所在地，收集燃气内燃机所用天然气成分，通过天然气热力计算公式计算得到项目所使用的天然气的低位热值、高位热值、密度；

S14，根据S11和S12所采集的数据，通过湿空气的气体常数计算公式、湿空气的比热及比热比计算公式计算大气湿度对空气热物理性质的影响，进而利用相似原理，推导出燃气内燃机性能参数大气湿度修正系数；

S2，压缩过程热力计算；

S3，燃烧热力计算；

S4，膨胀过程热力计算；

S5，燃气内燃机发电功率及排烟参数的计算。

2.根据权利要求1所述的基于复杂工况的燃气内燃机发电功率及排烟参数的计算方法，其特征在于：S1相关参数的采集与测定还包括如下步骤：

S11，根据燃气内燃机项目所在的地点，采集燃气内燃机周围环境的大气压力、温度、湿度、海拔高度参数信息；

S12，根据所选定的燃气内燃机机型，收集燃气内燃机标准工况下的运行参数，包括：内燃机气缸数、缸径、行程、标准状态下的发电功率、标准状态下的发电效率、标准状态下燃气内燃机的进燃气量、压缩比、供气压力、确定燃气内燃机的进气方式、油冷器在高低温循环系统的位置、内燃机排烟温度、排烟流量、高温水供回水温度及流量、中冷水供回水温度及流量；

S13，根据燃气内燃机项目所在地，收集燃气内燃机所用天然气成分，通过天然气热力计算公式计算得到项目所使用的天然气的低位热值、高位热值、密度，其具体步骤包括：

1)根据第一计算式计算天然气的低位热值，所述第一计算式为：

式中，Q_NG，L为天然气低位发热量，MJ/Nm³；m_i为天然气各组分的摩尔体积百分数，％；Q_i，L为天然气各组分在不同的燃烧和计量参比条件下的理想气体摩尔低位发热量，kJ/mol；P_NG为天然气的压力，kPa；T_NG为天然气的温度，K；Z为天然气压缩系数；

2)根据第二计算式计算天然气的高位热值，所述第二计算式为：

式中，Q_NG，H为天然气高位发热量，MJ/Nm³；Q_i，H为天然气各组分在不同的燃烧和计量参比条件下的理想气体摩尔高位发热量，kJ/mol；

3)根据第三计算式计算天然气的密度，所述第三计算式为：

ρ_NG＝(P_NG/(R·T_NG))×∑m_i·M_i

式中，ρ_NG为天然气密度，kg/Nm³；M_i为天然气各组分的摩尔质量，kg/kmol；

S14，根据S11和S12所采集的数据，通过湿空气的气体常数计算公式、湿空气的比热及比热比计算公式计算大气湿度对空气热物理性质的影响，进而利用相似原理，推导出燃气内燃机性能参数大气湿度修正系数；

1)根据第四计算式计算湿空气气体常数，所述第四计算式为：

式中，R_h为湿空气气体常数；R_k为干空气气体常数；R_s为水蒸汽气体常数；d为湿空气中相对于每千克质量干空气所含的水蒸汽量；

2)根据第五计算式计算湿空气定压比热，所述第五计算式为：

式中，Cp_h为湿空气定压比热，J/(kg·K)；Cp_k为干空气定压比热，J/(kg·K)；Cp_s为水蒸汽定压比热，J/(kg·K)；

3)根据第六计算式计算湿空气比热比，所述第六计算式为：

式中，K_h为湿空气比热比；

4)根据第七计算式计算干空气比热比，所述第七计算式为：

式中，K_k为干空气比热比；

5)根据第八计算式计算大气湿度变化时，空气流量的修正系数，所述第八计算式为：

式中，

为大气湿度变化时，空气流量的修正系数。

3.根据权利要求1所述的基于复杂工况的燃气内燃机发电功率及排烟参数的计算方法，其特征在于：S2压缩过程热力计算还包括如下步骤：

1)根据第九计算式计算实际运行工况下燃气内燃机的进燃气量，所述第九计算式为：

式中，M_f为实际运行工况下燃气内燃机的进燃气量，kg/s；M_fs为标准状态下燃气内燃机的进燃气量，kg/s；P_a为实际运行工况下的大气压力，MPa；T_a为实际运行工况下的大气温度，℃；P_s为标准状态下的大气压力，MPa；T_s为标准状态下的大气温度，℃；

2)根据第十计算式计算天然气在燃气内燃机中燃烧所需要的空气量，所述第十计算式为：

式中，V_air天然气在燃气内燃机中燃烧所需要的空气量，m³/s；C_nH_m为天然气成分，％；n为天然气成分的碳原子个数；m为天然气成分的氢原子个数；

为燃气内燃机运行工况下的环境空气中氧气的百分含量；α_air为空气过量系数；

3)根据第十一计算式计算燃气内燃机的空燃比，所述第十一计算式为：

式中，f为燃气内燃机的空燃比，m³/m³；

4)根据第十二计算式计算燃气内燃机混合气体各成分容积数，所述第十二计算式为：

式中，V_i为燃气内燃机混合气体各成分容积数，m³/s；ι_i为燃气内燃机燃烧的天然气的各成分的体积百分含量，％；

5)根据第十三计算式计算燃气内燃机混合气体总容积数，所述第十三计算式为：

V₇＝∑V_i

式中，V₇为燃气内燃机混合气体总容积数，m³/s；

6)根据第十四计算式计算燃气内燃机混合气体各成分容积的百分比，所述第十四计算式为：

式中，γ_i为燃气内燃机混合气体各成分容积的百分比，％；

7)根据第十五计算式计算燃气内燃机混合气体体积热值，所述第十五计算式为：

式中，Q_mix，L为燃气内燃机混合气体体积热值，kJ/Nm³；Q_NG，L，mol为燃气内燃机混合气体的低位摩尔发热量，kJ/mol；P_mix为燃气内燃机混合气体压力，MPa；t_mix为燃气内燃机混合气体温度，℃；Z_mix为燃气内燃机混合气体的压缩因子；R为燃气内燃机混合气体的气体常数，8.31451；

8)根据第十六计算式计算燃气内燃机混合气体密度，所述第十六计算式为：

式中，M_i，mol为燃气内燃机混合气体的摩尔质量，kg/kmol；

9)根据第十七计算式计算燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中氮气的容积数，所述第十七计算式为：

式中，

为燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中氮气的容积数，m³/s；

为空气中氮气的百分含量，％；

为天然气中氮气的百分含量，％；

10)根据第十八计算式计算燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中二氧化碳的容积数，所述第十八计算式为：

式中，

为燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中二氧化碳的容积数，m³/s；

为空气中氮气的百分含量，％；C_nH_m为天然气中各碳氢化合物的百分含量，％；n为天然气成分的碳原子个数；

11)根据第十九计算式计算燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中水蒸汽的容积数，所述第十九计算式为：

式中，

为燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中水蒸汽的容积数，m³/s；

为空气中氮气的百分含量，％；m为天然气成分的氢原子个数；

12)根据第二十计算式计算燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中氧气的容积数，所述第二十计算式为：

式中，

为燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中氧气的容积数，m³/s；

为空气中氧气的百分含量，％；

为天然气成分中氧气的百分含量，％；

13)根据第二十一计算式计算燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中氩气的容积数，所述第二十一计算式为：

式中，V_Ar为燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中氩气的容积数，m³/s；τ_Ar，air为空气中氩气的百分含量，％；τ_Ar，f为天然气成分中氩气的百分含量，％；

14)根据第二十二计算式计算燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中二氧化硫的容积数，所述第二十二计算式为：

式中，

为燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气中二氧化硫的容积数，m³/s；

为天然气成分中二氧化硫的百分含量，％；

为天然气成分中硫化氢的百分含量，％；

15)根据第二十三计算式计算燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气的总容积数，所述第二十三计算式为：

式中，V_py为燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气的总容积数，m³/s；

16)根据第二十四计算式计算燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气各成分的体积百分数，所述第二十四计算式为：

式中，γ_i-py为燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气各成分的体积百分数，％；V_i为燃气内燃机混合气体完全燃烧后排气各成分的容积数，m³/s；i代表N₂、CO₂、H₂O、O₂、Ar、SO₂；

17)根据第二十五计算式计算燃气内燃机进气终点压力，所述第二十五计算式为：

式中，P_in-end为燃气内燃机进气终点压力，MPa；υ_in为燃气内燃机进气速度，m/s；

18)根据第二十六计算式计算燃气内燃机排气终点压力，所述第二十六计算式为：

式中，P_out-end为燃气内燃机排气终点压力，MPa；υ_out为燃气内燃机排气速度，m/s；

19)根据第二十七计算式计算燃气内燃机剩余废气系数，所述第二十七计算式为：

式中，γ_reg为燃气内燃机剩余废气系数，无量纲；γ_c为燃气内燃机净化系数，无量纲；ε为内燃机压缩比，无量纲；P_r为燃气内燃机膨胀冲程终点理论压力，MPa；m为气体膨胀指数，无量纲；

20)根据第二十八计算式计算燃气内燃机剩余废气量，所述第二十八计算式为：

V_reg＝γ_reg×V₇

式中，V_reg为燃气内燃机剩余废气量，m³/s；

21)根据第二十九计算式计算燃气内燃机混合气体量，所述第二十九计算式为：

V_mix＝γ_reg+V₇

式中，V_mix为燃气内燃机混合气体量，m³/s；

22)根据第三十计算式计算燃气内燃机混合气体量，所述第三十计算式为：

V_p＝γ_reg+V_py

式中，V_p为燃气内燃机排气气体量，m³/s；

23)根据第三十一计算式计算燃气内燃机充气终点压力，所述第三十一计算式为：

式中，P_a为燃气内燃机充气终点压力，MPa；ξ₁为补充充气系数；

24)根据第三十二计算式计算燃气内燃机充气终点温度，所述第三十二计算式为：

式中，T_a为燃气内燃机充气终点温度，K；ξ_r为比热不相系数；n为多变指数；

25)根据第三十三计算式计算燃气内燃机混合压力下的剩余废气温度，所述第三十三计算式为：

式中，T_r-mix为燃气内燃机混合压力下的剩余废气温度，K；

26)根据第三十四计算式计算燃气内燃机排气压力下的废气温度，所述第三十四计算式为：

式中，T_r-out为燃气内燃机排气压力下的废气温度，K；

27)根据第三十五计算式计算燃气内燃机充气系数，所述第三十五计算式为：

式中，ξ_c为燃气内燃机充气系数；t_air为环境温度，℃；

28)根据第三十六计算式计算燃气内燃机压缩终点温度，所述第三十六计算式为：

式中，T_c为燃气内燃机压缩终点温度，K；n₁为燃气内燃机压缩多变指数；

29)根据第三十七计算式计算燃气内燃机压缩终点压力，所述第三十七计算式为：

式中，P_c为燃气内燃机压缩终点压力，MPa；

30)根据第三十八计算式计算燃气内燃机压缩多变指数，所述第三十八计算式为：

n₁＝1.392-0.13×(T_c-aver-273.15)/1000

式中，n₁为燃气内燃机压缩多变指数；T_c-aver为燃气内燃机压缩终点平均温度，K。

4.根据权利要求1所述的基于复杂工况的燃气内燃机发电功率及排烟参数的计算方法，其特征在于：S3燃烧热力计算还包括如下步骤：

1)根据第三十九计算式计算燃气内燃机最高燃烧温度，所述第三十九计算式为：

式中，t_Z为燃气内燃机最高燃烧温度，℃；h_rs为燃烧产物焓值，kJ/(kg·℃)；

2)根据第四十计算式计算燃气内燃机压力升高比，所述第四十计算式为：

式中，π为燃气内燃机压力升高比；

3)根据第四十一计算式计算燃气内燃机最高燃烧压力，所述第四十一计算式为：

P_Z＝P_c×π×κ

式中，P_Z为燃气内燃机最高燃烧压力，MPa；κ为最高燃烧压力的修正系数。

5.根据权利要求1所述的基于复杂工况的燃气内燃机发电功率及排烟参数的计算方法，其特征在于：S4膨胀过程热力计算还包括如下步骤：

1)根据第四十二计算式计算燃气内燃机膨胀终点温度，所述第四十二计算式为：

式中，T_b为燃气内燃机膨胀终点温度，K；n₂为燃气内燃机膨胀多变指数；

2)根据第四十三计算式计算燃气内燃机膨胀终点压力，所述第四十三计算式为：

式中，P_b为燃气内燃机膨胀终点压力，MPa；

3)根据第四十四计算式计算燃气内燃机膨胀多变指数，所述第四十四计算式为：

式中，n₂为燃气内燃机膨胀多变指数；T_b-aver为燃气内燃机膨胀终点平均温度，K。

6.根据权利要求1所述的基于复杂工况的燃气内燃机发电功率及排烟参数的计算方法，其特征在于：S5燃气内燃机发电功率及排烟参数的计算，还包括如下步骤：

1)根据第四十五计算式计算燃气内燃机处初膨胀比，所述第四十五计算式为：

式中，ρ₀为燃气内燃机处初膨胀比；

2)根据第四十六计算式计算燃气内燃机后膨胀比，所述第四十六计算式为：

式中，δ为燃气内燃机处后膨胀比；

3)根据第四十七计算式计算燃气内燃机平均指示压力，所述第四十七计算式为：

式中，P_i为燃气内燃机平均指示压力，MPa；

4)根据第四十八计算式计算燃气内燃机平均有效压力，所述第四十八计算式为：

P_mi＝P_i×η_m

式中，P_mi为燃气内燃机平均有效压力，MPa；η_m为燃气内燃机机械效率，％；

5)根据第四十九计算式计算燃气内燃机有效功率，所述第四十九计算式为：

式中，P_e为燃气内燃机有效功率，kW；n_c为燃气内燃机气缸数；V_w为燃气内燃机的工作容积，m³；ω为燃气内燃机转速，r/min；

6)根据第五十计算式计算燃气内燃机发电功率，所述第五十计算式为：

P_ele＝P_e×η_ele

式中，P_ele为燃气内燃机发电功率，kW；η_ele为燃气内燃机发电机效率，％；

7)根据第五十一计算式计算燃气内燃机发电效率，所述第五十一计算式为：

式中，η为燃气内燃机发电效率，％；

8)根据第五十二计算式计算燃气内燃机高温循环水在额定工况下带走的热量，所述第五十二计算式为：

Q_HTW-indesign＝Cp_w×M_HTW-indesign×(t_HTW-out-t_HTW-in)/3.6

式中，Q_HTW-indesign为燃气内燃机高温循环水在额定工况下带走的热量，kJ；Cp_w为水的比热，kJ/(kg·℃)；M_HTW-_indesign为燃气内燃机高温循环水在额定工况下的流量，kg/h；t_HTW-out为燃气内燃机高温循环水在额定工况下出口处的温度，℃；t_HTW-in为燃气内燃机高温循环水在额定工况下进口处的温度，℃；

9)根据第五十三计算式计算燃气内燃机高温循环水在额定工况下带走的热量占总热量的百分比，所述第五十三计算式为：

式中，η_HTM为燃气内燃机高温循环水在额定工况下带走的热量占总热量的百分比，％；P_ele-indesign为在额定工况下燃气内燃机发电功率，kW；η_ele-indesign为在额定工况下燃气内燃机发电效率，％；

10)根据第五十四计算式计算燃气内燃机高温循环水在运行工况下带走的热量，所述第五十四计算式为：

Q_{HTW-offdesign}＝M_f×Q_NG，L×1000×3600×η_HTM

式中，Q_{HTW-offdesign}为燃气内燃机高温循环水在运行工况下带走的热量，kJ；

11)根据第五十五计算式计算燃气内燃机高温循环水在运行工况下的流量，所述第五十五计算式为：

式中，M_{HTW-offdesign}为燃气内燃机高温循环水在运行工况下的流量，kg/s；t’_HTW-out为燃气内燃机高温循环水在运行工况下出口处的温度，℃；t’_HTW-in为燃气内燃机高温循环水在运行工况下进口处的温度，℃；

12)根据第五十六计算式计算燃气内燃机低温循环水在额定工况下带走的热量，所述第五十六计算式为：

Q_LTW-indesign＝Cp_w×M_LTW-indesign×(t_LTW-out-t_LTW-in)/3.6

式中，Q_LTW-indesign为燃气内燃机低温循环水在额定工况下带走的热量，kJ；M_LTW-indesign为燃气内燃机低温循环水在额定工况下的流量，kg/h；t_LTW-out为燃气内燃机低温循环水在额定工况下出口处的温度，℃；t_LTW-in为燃气内燃机低温循环水在额定工况下进口处的温度，℃；

13)根据第五十七计算式计算燃气内燃机低温循环水在额定工况下带走的热量占总热量的百分比，所述第五十七计算式为：

式中，η_LTM为燃气内燃机低温循环水在额定工况下带走的热量占总热量的百分比，％；

14)根据第五十八计算式计算燃气内燃机低温循环水在运行工况下带走的热量，所述第五十八计算式为：

Q_{LTW-offdesign}＝M_f×Q_NG，L×1000×3600×η_LTM

式中，Q_{LTW-offdesign}为燃气内燃机低温循环水在运行工况下带走的热量，kJ；

15)根据第五十九计算式计算燃气内燃机高温循环水在运行工况下的流量，所述第五十九计算式为：

式中，M_{LTW-offdesign}为燃气内燃机低温循环水在运行工况下的流量，kg/s；t’_LTW-out为燃气内燃机低温循环水在运行工况下出口处的温度，℃；t’_LTW-in为燃气内燃机低温循环水在运行工况下进口处的温度，℃；

16)根据第六十计算式计算燃气内燃机烟气在额定工况下带走的热量，所述第六十计算式为：

Q_g-indesign＝M_g×h_g-indesign

式中，Q_g-indesign为燃气内燃机烟气在额定工况下带走的热量，kJ；M_g为燃气内燃机烟气在额定工况下的流量，m³/s；h_g-indesign为燃气内燃机烟气在额定工况下的焓值，kJ/m³；

17)根据第六十一计算式计算燃气内燃机烟气在额定工况下带走的热量占总热量的百分比，所述第六十一计算式为：

式中，η_g为燃气内燃机烟气在额定工况下带走的热量占总热量的百分比，％；

18)根据第六十二计算式计算燃气内燃机在额定工况下散热损失占总热量的百分比，所述第六十二计算式为：

η_loss＝1-η-η_HTM-η_LTM-η_g

式中，η_loss为燃气内燃机在额定工况下散热损失占总热量的百分比，％；

19)根据第六十三计算式计算燃气内燃机在运行工况下散热量，所述第六十三计算式为：

Q_{loss-offdesign}＝M_f×Q_NG，L×1000×3600×η_loss

式中，Q_{loss-offdesign}为燃气内燃机在运行工况下散热量，kJ；

20)根据第六十四计算式计算燃气内燃机在运行工况下排烟所携带的热量，所述第六十四计算式为：

Q_g-offdesign＝M_f×Q_NG，L×1000×3600-P_ele×3600-Q_{HTw-offdesign}-Q_{LTw-offdesign}-Q_{loss-offdesign}

式中，Q_g-offdesign为燃气内燃机在运行工况下排烟所携带的热量，kJ；

21)根据第六十五计算式计算燃气内燃机在运行工况下排烟流量，所述第六十五计算式为：

式中，V₇’为核算的燃气内燃机在运行工况下排烟流量，m³/s；h_g-offdesign为燃气内燃机烟气在运行工况下的焓值，kJ/m³。

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