重型燃气轮机联合循环机组掺氢燃烧发电模型及变负荷研究

对F级重型燃气轮机联合循环机组掺氢发电的基础运行特性建立数学模型,使用Python计算预测在不同掺氢比（质量比0~20%）下机组的效率、功率和燃气温度以及二氧化碳排放。然后将数学模型与Thermoflow软件物理模型的结果以及实际机组运行数据做变工况对比验证。研究结果表明:当调节空气流量保持透平进气温度不变时,掺氢比从0增大到20%,燃气轮机效率从37.14%升高到37.65%,相对升高1.37%,空气的化学当量比从2.48增大到2.63;100%、75%、50%负荷率下燃气轮机出力随掺氢比从0增大到20%分别相对升高1.40%、1.44%和1.35%。在100%负荷率下掺氢比从0增大到5%和10%,燃气轮机联合循环的输出功率分别升高0.10%和0.16%,燃气轮机和余热锅炉的排烟温度略升。随着掺氢比的增加,烟气中二氧化碳的含量显著减小。该结论可为氢气作为可再生能源的天然气联合循环发电机组效能的监测和调节提供参考。     

重型燃气轮机关键部件运行效能软测量方法研究

燃气轮机压气机效率、燃烧效率、透平效率、燃烧室出口温度等综合性指标或参数的准确辨识是燃气轮机效能监测与劣化致因诊断技术的关键之一,但这些综合性指标或参数往往无法直接测量。建立了基于热力学原理的燃气轮机关键部件效能软测量模型并验证了模型的准确性,实现了上述综合性指标或参数的准确软测量。在此基础上,基于历史运行数据对某型F级燃气轮机的关键部件效能参数进行了辨识并分析了其劣化程度。结果表明:对于常年调峰运行、启停频繁的机组,透平等高温部件效率劣化程度相比压气机等冷端部件更为严重,建议在停机检修时对透平等高温部件的健康状态予以特别关注。该研究结果可为适时开展燃气轮机状态检修提供理论参考。     

环境侧风影响下自然通风空冷塔性能提升研究

针对环境侧风影响下,小型自然通风空冷塔的换热性能提升问题进行数值模拟研究。利用ANSYS/Fluent建立小型间接空冷塔的数值模拟模型,并将数值模拟结果与模型塔在侧风影响下的试验结果进行对比,以验证模型结果的准确性。基于某20m高的小型间接空冷塔的数值模拟结果表明:侧风在塔侧壁外侧引起的"高压区"是形成塔迎风侧散热器底部"负压区"、塔底部侧漩涡的原因,并使塔内空气流量减小。通过安装新型导风装置,将阻止大部分塔侧壁处的侧风往塔进风口处流动,并降低"风盖"的坡度以减小其对塔进风口高度以下侧风方向的影响,使空气通过空冷散热器的面积增大,进而提高塔在侧风影响下的热力特性。相比于未安装导风装置的情况,当侧风从4m/s增大至12m/s,通过安装新型导风装置可使塔的热负荷提升70%～130%。     

喷射式热泵在天然气冷热电三联供系统中的应用研究

天然气冷热电三联供系统中普遍采用减温减压器将高品位的蒸汽节流降温以供各类用户,节流降温过程伴随不可逆能量损失,导致高品位蒸汽做功能力下降。本研究将喷射式热泵引入天然气冷热电三联供系统,利用高品位蒸汽引射低品位蒸汽,排挤高品位蒸汽返回汽轮机做功,在不改造汽轮机通流部分的前提下提高了系统的经济性。对某三联供系统的分析计算表明,其全厂发电效率、联供系统效率、系统供热能力均有大幅度提高,并能够在不扩建机组的情况下,满足工业园区热负荷增长的需求。研究获得的喷射式热泵的优化设计原则和变工况调节方法,对喷射式热泵技术的研究和推广应用具有重要意义。     

液滴滴浸微通道入口段的动力学特性分析

采用流体体积(Volume of Fluid, VOF)函数捕捉气液相界面,研究液滴滴浸微通道入口段的运动,通过改变微通道入口段的截面宽度、润湿特性及液滴雷诺数(Re)和韦伯数(We)研究滴浸过程的动力学特性。结果表明,微通道入口段的截面宽度对液滴浸入微通道时的撞击过程影响最明显,随截面宽度减小,液滴撞击通道入口后通过微通道的难度增加,整个过程液滴所受阻力逐渐增大;当微通道截面宽度减至0.2 mm时,壁面润湿性效应凸显,表现为壁面静态接触角越大,液滴滴浸微通道时所受的阻力也越大。表面接触角较大时,为使液体通过微通道入口段,可适当增大液滴的Re,液体在通道内的浸润长度随Re增加成比例增大,当Re增至4000时,通道内开始出现射流现象。We减小,表面张力效应变得明显,通道内的流动阻力变大,液体流过微通道入口段的难度增大。     

单轴联合循环发电机组燃气轮机与汽轮机功率区分方法研究

单轴联合循环发电机组中燃气轮机输出功率和汽轮机输出功率的合理区分是联合循环机组运行状态监测与性能分析领域亟需解决的重要问题之一。基于燃气轮机和汽轮机的基本原理,提出一种实施方便、通用性强的单轴联合循环机组燃气轮机与汽轮机功率区分方法。结果表明:采用该方法获得的计算结果与某F级单轴联合循环机组（匹配三压再热凝汽式汽轮机）热平衡设计数据对比,汽轮机功率的最大相对偏差为1.6%,燃气轮机功率的最大相对偏差为–1.42%。这表明本文提出的功率区分方法具有较好的计算精度,可为相关工程应用提供参考和借鉴。     

F级联合循环机组余热锅炉双热源梯级加热天然气方案研究

基于Thermoflow软件建立某F级联合循环机组底层蒸汽循环热力计算模型，并针对双热源梯级加热方案对机组性能的提升机理进行分析。与单热源加热方案相比，双热源梯级方案将大部分单热源加热方案中加热天然气的热量采用余热锅炉尾部的低品位废热来代替，并将中压省煤器处高品位的烟气热能用于产生更多的再热蒸汽、低压蒸汽流量，提升机组出力，并降低余热锅炉排烟温度。随着机组负荷的下降或环境温度的增加，双热源梯级加热方案对机组性能的提升效果将减弱。经计算分析，F级联合循环机组采用双热源梯级加热方案的年收益将达到约60万元，投资回收期为约5.5年。