塔式太阳能辅助燃煤发电系统设计与运行特性仿真研究

针对某350MW国产亚临界燃煤机组,设计了塔式太阳能辅助燃煤发电系统。塔式太阳能光热系统(太阳能锅炉)自高压加热器出口引出5%左右的给水将其加热至与燃煤锅炉相同的出口蒸汽参数后,与燃煤锅炉产生的蒸汽一同送入汽轮机做功。采用模块化建模方法,构建塔式太阳能辅助燃煤发电系统实时动态仿真模型,根据某地春分日的太阳能数据,模拟了该系统从第1天太阳能锅炉冷态启动开始的全天运行工况,以及太阳能锅炉在停炉后经过1夜的自然冷却在第2天早晨开始的热态启动工况。结果表明,在太阳能锅炉的启动初期会对燃煤机组的运行产生扰动,但在燃煤机组控制系统的自动调节下可以保证机组的稳定运行。为了保证太阳能辅助燃煤发电系统出口蒸汽参数与燃煤锅炉出口蒸汽参数匹配,太阳能的蒸汽流量随太阳能辐射强度变化,在正午达到最大值。太阳能锅炉热态启动时间与冷态启动相比大幅缩短,若能保证该系统连续运行,可为燃煤机组带来显著的经济效益。但由太阳能的间歇性决定的太阳能锅炉的频繁启停,会加剧太阳能锅炉金属材料的低周疲劳寿命损耗。     

塔式太阳能辅助燃煤发电系统技术经济性分析

塔式太阳能辅助燃煤发电是一种提高太阳能利用率、降低燃煤消耗的发电技术。该技术是将高温塔式太阳能热与常规燃煤发电机组相耦合,利用塔式太阳集热场产生高温蒸汽并参与燃煤电站系统作功。本文对某1 000 MW塔式太阳能辅助燃煤发电系统在太阳辐射资源和电网电力调度波动下的发电量及其构成(燃煤发电和太阳能发电)和电站全生命周期内的技术经济性进行了研究。结果表明:塔式太阳能辅助燃煤发电系统运营期内平均光电转换效率为18.2%,远高于常规塔式太阳能热发电站的光电转换效率;电站项目的平准化电力成本为0.319元/(k W·h),所得税后财务内部收益率为11.29%,具有良好的收益能力和较低的投资成本;塔式太阳能辅助燃煤发电系统比相同电力调度下1 000 MW燃煤电站少燃煤257.4万t,减少CO2排放723.8万t;当考虑碳捕集成本时,为使该塔式太阳能辅助燃煤发电系统与相同容量燃煤电站具有相同的市场竞争力,则需国家电价补贴0.065元/(k W·h)。     

太阳能辅助燃煤发电系统变工况动态特性分析

针对某600 MW亚临界机组太阳能辅助燃煤发电系统,选择夏至日全天100%THA、75%THA、50%THA3个运行工况,使用TRNSYS瞬态模拟软件,在太阳辐射日变化的条件下,对接入太阳能辅助燃煤发电系统后机组运行的动态特性进行了模拟。结果显示,不同工况下太阳能辅助燃煤发电系统的运行受到太阳能辐照波动的影响,变工况下的系统主要参数变化与流量变化密切相关,太阳能系统运行时锅炉主蒸汽温度升高,烟温降低,压力降低,负荷越低光电转化效率越低。在变工况过程中太阳能接入锅炉会造成主汽温度的升高,必须采取动态喷水减温措施控制主蒸汽温度,维持太阳能侧和锅炉侧的换热平衡。     

熔盐储热型塔式太阳能与燃煤机组耦合方式及热力性能分析

为提高塔式太阳能电站发电效率,同时降低火电机组煤耗,将配置熔盐储热装置的塔式太阳能光热系统耦合到常规燃煤机组中,并对耦合系统进行模拟仿真。研究表明:在锅炉75%THA工况基准下,太阳能光热系统可以承担5%～15%换热负荷,使燃煤机组在80%THA～90%THA负荷下运行,煤耗降低率由5.76%提高到15.54%;利用熔盐储热装置的耦合机组在85%THA负荷下,稳定运行时间可延长约33%,整个耦合系统能够消纳更多的太阳能。该结论对塔式太阳能补偿燃煤火电机组性能研究具有一定参考作用。     

生物质气化耦合发电提升燃煤机组灵活性分析

为提高风能、太阳能等可再生能源的消纳能力,提升火电机组的运行灵活性显得尤为重要,而利用生物质与燃煤机组进行耦合发电是改善机组燃料灵活性的重要途径。本文介绍了目前生物质与燃煤机组耦合发电方案的特点,对生物质气化耦合发电提升燃煤机组灵活性的技术可行性进行了分析,并以某330 MW机组建设20 MW生物质气化耦合发电项目为例,分析了生物质气化耦合发电对燃煤机组锅炉效率、受热面安全、催化剂性能和烟气脱硫系统等的影响。结果表明:少量掺烧生物质气后锅炉效率有所下降,烟气量略有增加,但原锅炉的烟风系统和减温水系统仍能满足需求;对受热面的腐蚀和烟气脱硫系统影响较小;进入锅炉中的K含量增加较为明显,对催化剂的活性会造成不良影响。建议根据生物质碱金属量将生物质的热量输入比例控制在10%以下。     

塔式太阳能光热配套系统性能研究

以某350 MW国产亚临界燃煤机组为例,与塔式太阳能光热系统配套,形成太阳能光热配套电站系统,确定塔式太阳能光热系统配套电站的设计方案。基于STAR-90仿真平台建立实时动态仿真模型,通过简单的仿真试验对方案进行改进,模拟了某地春分日一天内满负荷、降负荷条件下和四个季节某一天内满负荷条件下塔式太阳能系统的工作过程,对太阳能系统和机组的运行特性进行分析。模拟结果表明,该模型能准确反映太阳能的引入对整个机组运行特性和经济性的影响,为太阳能热发电的应用提供了试验基础。     

塔式太阳能辅助加热燃煤电站锅炉吸纳极限分析

塔式太阳能集热温度区间与超临界燃煤发电机组锅炉水工质运行温度基本重合,具有互补发电的潜力。以我国西北地区典型的660MW超临界燃煤电站锅炉为对象,采用高温熔融盐换热器,提出以塔式太阳能热耦合加热低过入口蒸汽和省煤器出口过冷水的两种系统集成方案。对太阳能辅助超临界燃煤锅炉系统,进行建模和传热过程特性热分析。提出以互补系统主蒸汽温度品质为基准,确定锅炉吸纳太阳能的容量极限。研究结果发现,两种集成方案均具有显著的节煤潜力,满负荷下太阳能热量吸纳极限分别为91.51MW和84.36MW,并进行了部分负荷下的分析。对吸纳极限进行了敏感度分析,发现增加屏式过热器灰污系数或减小高温过热器灰污系数均可增加太阳能的吸纳极限,但前者影响更显著。     

我国聚光型太阳能热发电技术发展现状

介绍了聚光型太阳能热发电技术的特点及国内太阳能热发电技术的发展现状,分析了太阳能热发电技术发展面临的难点,提出了将塔式和槽式太阳能热发电系统的优点相结合,发展辅助燃煤/燃气一体化的发电系统,以及发展太阳能光伏发电和光热发电的联合系统的建议。     

太阳能辅助燃煤发电系统性能的方法分析

基于分析理论,建立了太阳能辅助燃煤发电系统性能分析评价模型,并以太阳能辅助某330 MW亚临界燃煤机组为例,对该辅助发电系统在燃煤节省型和功率增大型两种运行模式下的性能进行分析,结果表明,辅助发电系统在两种运行模式下其性能均优于单纯燃煤机组,且燃煤节省型辅助发电系统性能优于功率增大型。在此基础上,分别以设备的损、效率与损系数为指标,对燃煤节省型辅助发电系统与单纯燃煤机组的设备耗散状况展开研究,揭示系统的能量损失分布规律,结果表明,太阳能这一辅助能源引入单纯燃煤机组,使设备总损由448.95 MW减少为435.15 MW、总损系数由57.76%减少为56.49%;单纯燃煤机组引入太阳能,削弱了能量在利用过程中的贬值,使系统对能量的利用效果得到改善,同时也表明了用分析方法对设备性能进行分析更有意义。     

新型塔式太阳能热发电系统集成研究

基于我国发展塔式太阳能的实际情况和能的综合梯级利用思路,提出一种新颖的太阳能塔式热发电系统。新系统采用双级蓄热技术,分级存储不同品位的太阳能;同时具有多种运行模式,可以灵活地切换。模拟计算表明,1MW塔式太阳能热电站的峰值太阳能发电效率为10.6%,年平均发电效率为5.1%。研究表明,合理的运行模式和系统的规模化是提高太阳能热发电系统性能的关键所在。该文研究结果为我国塔式太阳能热发电提供了新的思路和方案。     

太阳能塔式聚光集热系统与燃煤发电耦合设计

选取塔式水工质太阳能聚光集热系统,与常规火电机组锅炉给水和凝结水系统相耦合,替代高、低压加热器部分功能,构建太阳能光煤互补协同发电系统,该耦合方式是基于提效不增容的前提对系统进行优化设计及经济性分析,即减少汽水系统回热蒸汽量,降低主蒸汽流量,减少燃煤量,以提高机组运行效率,减少污染物排放,实现清洁能源综合利用的目的。该系统为其他光煤耦合系统负荷的选取以及系统设计提供了依据。     

二次再热机组锅炉烟气再循环方案

针对超超临界二次再热机组锅炉烟气再循环系统再循环烟气的不同抽取位置对系统的影响特性进行了对比分析,分别从空气预热器(空预器)、电除尘器、引风机、再循环风机的运行特性方面分析了不同抽取方案的特点,得到从空预器入口烟道和引风机出口烟道2种再循环烟气抽取位置方案的优缺点及需解决的关键技术问题,提出了2种方案下应采取的技术措施,并在华能莱芜发电有限公司、安源发电有限责任公司超超临界二次再热机组烟气再循环系统中得以实施。运行结果显示,2种方案均实现稳定、安全运行,有推广潜力。     

燃煤锅炉集成太阳能热发电系统经济性分析

考虑到系统物质流和能量流的匹配,拟定了2种太阳能与燃煤锅炉集成方案:省煤器前方案和省煤器后方案.基于槽式集热器的热力性能与锅炉的变工况理论建立分析模型.以LS-2槽式集热器与某600 MW亚临界锅炉为例,对2种方案进行模拟,总结了太阳能热与锅炉集成时热经济性变化规律,并据此分析2种方案的经济性,结果表明锅炉集成太阳能发电成本低于单纯太阳能热发电方式(solar energy generating systems,SEGS)成本,考虑碳减排效益后,发电成本将进一步降低;省煤器前方案的太阳能发电成本低于省煤器后方案;锅炉集成太阳能发电成本受设计辐射强度、系统寿命、煤价与碳价、集热器成本的影响.     

二次再热塔式炉再热蒸汽调温方案设计研究

针对国电宿迁电厂二次再热塔式锅炉特点,研究660 MW超超临界二次再热塔式锅炉的再热器调温方式。通过分析二次再热锅炉再热器温度调节的难点,优化二次再热锅炉的结构及受热面设计,同时结合宿迁工程具有宽泛抽汽供热的需求,分析供热对再热器调温的影响。参考并对比国电泰州电厂二次再热锅炉的设计,提出适合工程实际的再热器调温方式。宿迁电厂在75%THA负荷以上运行时,通过燃烧器摆动及调节烟气挡板,再热蒸汽可达到额定汽温。在50%THA～75%THA负荷运行时,辅助以烟气再循环的调温方式以保证再热汽温达到额定值。烟气再循环采用抽取锅炉省煤器后的烟气。再热器调温方案的设计为同类型的二次再热机组提供参考和借鉴。     

塔式太阳能热发电腔式吸热器动态仿真模型

以大汉MW级塔式太阳能热发电系统过热型腔式吸热器为研究对象,采用模块化建模方法、根据吸热器的工作机制和热力学定律,建立过热型腔式吸热器的全工况动态仿真数学模型。模拟大汉兆瓦级塔式太阳能热发电站过热型腔式吸热器的动、静态特性。给出大汉兆瓦级塔式太阳能热发电过热型腔式吸热器太阳能辐照的阶跃扰动响应曲线,得出的结论对塔式太阳能热发电电站过热型吸热器的设计、塔式太阳能热发电电站运行策略的制定具有一定的指导意义。     

俄制2650t／h锅炉烟气再循环系统运行优化试验研究

为解决由于系统复杂所导致的烟气再循环系统内部积灰严重、运行维护工作量大等问题,在2650t/h锅炉上进行了现场针对性试验.试验对比了正常投运烟气再循环系统和采用二次风代替再循环烟气2个工况下的锅炉热效率、Nox排放、受热面壁温等参数.试验表明:采用二次风代替再循环烟气后,锅炉热效率平均上升了0.459个百分点,Nox排放平均下降了123.2mg/m3,再热蒸汽喷水量下降了11.43 t/h,年节约费用约772.7万元.总结出采用二次风代替再循环烟气是当前烟气再循环系统的最佳运行方式.     

电站锅炉尾部烟气余热回收与梯级利用系统特性分析

燃煤电站锅炉实际运行排烟温度一般在130~150 ℃,进一步回收烟气余热有利于降低发电煤耗,减少污染物排放。针对电站锅炉尾部不同位置烟气参数不同的情况,设计了安装在空气预热器后及湿法脱硫装置后的两级热交换器余热回收系统,并结合330 MW燃煤电站锅炉,分析了不同负荷下,两级热交换器的换热量、冷凝水量、两侧介质静压差及发电标准煤耗降低值的变化情况,同时监测了二级热交换器前后烟气中固体颗粒物含量。结果表明：一级热交换器的换热量明显高于二级热交换器,烟气中水分主要在二级热交换器冷凝;标准煤耗降低值高达3.09 g/（kW·h）;同时烟气经过二级热交换器后固体颗粒物含量明显降低。为燃煤电站锅炉尾部烟气余热回收利用提供了参考。     

太阳能辅助燃煤热发电系统的探讨

由于太阳能供给的间歇性,单独投资建造的太阳能热发电系统经常会出现设备成本高、利用率低、收益低等问题。因此,利用太阳能热发电系统与常规燃煤发电系统都有汽轮机部分这一特点,将槽式抛物太阳能集热器集成到常规燃煤发电系统中,寻求改造现有燃煤发电系统的新途径。以某300 MW机组为例,利用弗留格尔公式进行变工况计算,然后进行热经济性分析,为太阳能辅助燃煤热发电混合系统的建立提供理论参考。     

生物质气参数对燃煤耦合生物质发电机组影响研究

为了掌握掺烧生物质气对燃煤耦合生物质发电燃煤机组运行参数的影响,针对某电厂300 MW等级燃煤机组,以能量守恒定律为基础,通过锅炉热力校核和机组热力系统计算分析了机组在BMCR、75%THA、50%THA和30%THA工况下,掺烧生物质气后燃煤机组的锅炉热效率、发电煤耗、烟气温度和烟气量等参数的变化。结果表明:掺烧生物质气会导致锅炉热效率下降,燃煤消耗量减少,理论燃烧温度降低,排烟温度升高和烟气量增大,变化幅度均随着生物质气掺烧量的增加而增大;建议掺烧生物质气的温度低于500 ℃,全负荷热量输入比小于20%。     

燃煤锅炉耦合垃圾发电试验研究

为解决现阶段常规垃圾焚烧电站污染物排放高、能量利用率低、初始投资成本高等问题,结合燃煤电站机组绿色转型发展需求,提出了燃煤锅炉耦合垃圾发电技术思路,搭建了30t/d燃煤锅炉耦合垃圾发电中试试验系统,采用热风、烟气及汽水3种耦合方式实现了垃圾在大型燃煤锅炉上的高效清洁处置,并针对系统运行对燃煤锅炉效率、污染物排放的影响以及垃圾处理能量利用效率进行了分析研究。研究结果表明：3种耦合方式对于实现垃圾的高效、清洁燃烧是完全可行的;热风耦合可提高垃圾焚烧处置效果,降低飞灰及大渣含碳量;烟气耦合能够保证常规污染物SO₂、NO_x及粉尘达到燃煤电站机组排放水平,且不会增加锅炉机组二噁英排放;汽水耦合能够提高垃圾焚烧能量利用效率。该技术的提出为我国垃圾等有机固废的处置提供了新的技术路线,具有广泛的应用前景。