化学回热燃气轮机循环以其输出比功率大、热效率高以及NO X排放量小等优势，成为现阶段燃气轮机先进循环最具有研究前景的方向之一。化学回热系统是该循环的核心组成部分，主要包括水系统和化学回热器两部分。本文依托化学回热实验台，采用模块化建模方法建立化学回热系统的数学模型，主要包括水系统稳态和动态数学模型、甲烷蒸汽重整反应热力学模型。在此基础上，对水系统进行了稳定和动态性能仿真性能仿真和化学回热器性能仿真，深入分析了各个进口参数对化学回热器性能的影响。最后进行了化学回热系统水系统性能仿真研究。本文主要内容如下：首先，采用模块化建模方法建立了水系统中各个换热器（预热器、饱和器、过热器等）及闪蒸器等部件的稳态模型。在建立换热器动态数学模型时，以集总参数代替了分布参数，将动态过程的参数变为仅是时间的函数，并依据换热器实际运用情况，进一步进行了简化，得到了水系统各部件动态数学模型。依据热力学及化工等基础知识，对甲烷蒸汽重整反应进行热力学分析，通过化学平衡常数与组分、温度等关系的推导，结合能量守恒方程，得到了甲烷蒸汽重整反应热力学模型；最后对所有的数学模型采用C语言编程，建立其仿真模型；其次，依据水系统稳态仿真模型对水系统进行稳态性能计算。在确认所建立的仿真模型的仿真精度满足工程要求后，以一级闪蒸器闪蒸蒸汽量为优化目标，确定烟气参数变化时，一级闪蒸蒸汽量最大和一级闪蒸蒸汽量趋于零时，这两个优化目标下水系统的响应，得到水系统的最大运行线和最小运行线两种调节方式；然后，在稳态分析的基础上，依据水系统动态仿真模型对水系统进行动态性能分析，分析不同进口参数（烟气温度、压力以及补给水流量等）的变化以及一级闪蒸器压力变化时，水系统的动态响应特性，并与稳态结果对比，考察动态模型的静态精度；最后，依据建立的甲烷蒸汽重整反应热力模型基础上，建立化学回热器的仿真模型，分析其各个进口参数（烟气温度、流量，工艺气温度以及水碳比等）对甲烷转化率及氢气产量的影响。最后联合水系统进行化学回热系统仿真研究，主要考察烟气进口参数和水系统补给水进口参数对燃料催化重整反应的影响，为化学回热系统参数的调节具有一定的指导意义。