200MW级整体煤气化联合循环系统中燃气轮机的通流匹配特性

解决燃气轮机的通流问题,确定燃用中低热值合成气燃气轮机的最佳运行工况是研究整体煤气化联合循环（integrated gasification combined cycle,IGCC）系统的重点内容之一。该文对一台200 MW级IGCC机组进行研究,从系统的角度出发提出燃气轮机通流的3种调整方案,并分析方案变化对燃气轮机特性和IGCC系统性能的影响。结果表明,在一定范围内减小压气机入口空气流量或增大透平通流面积,有利于提高燃用中低热值合成气的燃气轮机特性与IGCC系统性能。合理搭配压气机抽气比例和氮气回注量可提高IGCC的系统效率。3种调节方案都存在最佳值,使燃气轮机和IGCC系统获得最大功率与最高效率。研究结果为燃用中低热值合成气燃气轮机的最佳运行工况的确定以及IGCC电站系统的设计和运行提供参考。     

燃用低热值合成气燃气轮机性能特点及优化

目前,燃气轮机基本都是以天然气或重油作为燃料进行设计的,而在IGCC电站中供给燃气轮机的燃料为煤气化产生的低热值合成气,其主要成分是H2和CO。由于燃料特性的变化,一方面需要对燃气轮机进行适当的硬件改造,另一方面需要重新设定燃气轮机的运行工况点,以满足燃用低热值合成气的要求。文章初步分析了燃气轮机燃用低热值合成气时,燃气轮机主要系统性能的变化特点,并介绍了相应的应对措施,以满足燃气轮机稳定运行的要求。     

解析整体煤气化联合循环发电中的燃气轮机问题

煤基合成气燃料IGCC发电的燃气轮机的运行环境与燃用天然气的燃气轮机有很多不同，介绍了与其相关的设计运行问题以及解决方略。     

IGCC燃机入口合成气温度低导致跳机问题分析及解决措施

天津IGCC示范电站的燃气轮机采用轻柴油和低热值的合成气为燃料。合成气由气化炉产生,先经过净化脱硫再通过混合加湿系统进入燃气轮机。在合成气切换过程中,经常会出现燃气轮机入口燃料温度波动、燃烧状况不稳定的问题,严重时可直接触发连锁跳机。对影响燃气轮机入口合成气温度的各种因素进行了分析,认为入口管路积水是导致入口合成气温度降低并触发跳机的主要原因。根据分析的结果,通过调整工艺条件、加设管道疏水设备、优化控制系统逻辑等多个方面解决了此类问题的再次发生。     

IGCC电站燃气轮机启动燃料的替换研究

当整体煤气化联合循环(integratedgasification combined cycle,IGCC)电站低热值合成气燃气轮机的启动燃料为柴油时,启动成本高,污染物难以控制。为了解决该问题,一个较适用的方法是将燃气轮机的启动燃料由柴油替换为天然气。但由于2种燃料的燃烧特性的不同,需要对燃机在两种不同燃料下的动态特性进行深入的研究,从而提出相应的改造和运行策略。基于天津IGCC低热值燃气轮机的结构及实际运行数据,建立燃气轮机热力学计算模型,对比分析了燃气轮机启动过程中,柴油量、天然气量随燃气轮机负荷的变化情况;其次计算了燃烧器燃烧天然气时的火焰稳定速度范围和优化燃烧器当量直径的范围;并对该燃气轮机燃烧室内的燃烧过程进行了数值模拟研究。最后提出了燃烧器的改造方案和运行策略,在尽量小的范围内进行改造来实现对柴油的替代而且保证燃机的稳定、安全和清洁启动。     

适应整体煤气化联合循环燃气轮机改型方法分析

整体煤气化联合循环(IGCC)是多种设备、多种技术集成的一个复杂系统,整合了化工、发电等各方面技术为一体,包括了气化炉、空分系统、燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机等设备。通过分析煤气化合成气与天然气的差异以及煤气化合成气对燃气轮机的影响,展开燃用天然气燃气轮机改型设计为燃用合成气的方法探索,总结改型设计经验,为整体煤气化联合循环燃气轮机设计奠定基础。     

燃烧中低热值燃料时燃气轮机系统的应对方案及其性能分析

证明了燃料热值的降低,必将使燃料量增加;提出燃用中低热值燃料时燃气轮机系统工况点调整的理论依据,并给出5种调整方案,即:增加压气机的压比(方案1)、关小进口可调导叶(IGV)角度(方案2)、降低燃气轮机进口温度(方案3)、从压气机末级抽气(方案4)、增加燃气轮机的通流面积(方案5);计算了各调整方案对燃气轮机简单循环系统热经济性和安全性的影响。结果表明:对于焦炉煤气,方案1的热经济性最高,方案4的热经济性最低,各方案对燃气轮机的安全运行几乎没有影响;对于煤基合成气,方案5的热经济性最高,方案4的热经济性最低,方案1的安全性最差;综合考虑热经济性、安全性和可操作性,对于焦炉煤气,方案1是最佳方案,对于煤基合成气,方案2是最佳方案。     

IGCC电厂的合成气饱和器模拟分析研究

IGCC电厂合成气的组分及热值对燃气轮机和整个IGCC电厂的稳定运行至关重要,合成气热值调整由合成气饱和器及相关系统完成.简述了IGCC电厂的合成气饱和器类型及其它类型的合成气混合和热值调整装置及系统,并对水饱和器进行了模拟分析.总结了合成气水饱和器和蒸汽饱和器的特点及其出口参数的影响因素,并对这2种合成气饱和器进行了比较.结果表明,水饱和器的注水温度和流量影响出口合成气温度和组分,蒸汽饱和器入口合成气的温度和流量对出口合成气的温度和组分有较大影响.     

CFB锅炉利用低热值燃料的选择

根据CFB锅炉燃烧低热值煤的国家政策导向,通过理论计算得出了循环流化床锅炉最低可燃烧热值、最低可利用热值、最经济利用热值。通过对锅炉实际运行情况的收集,掌握了目前国内低热值燃料发电的使用情况,并分析了燃料与锅炉运行可靠性、经济性的关系。最后列举了东方锅炉设计、制造的CFB设计燃料情况及实际燃用低热值燃料的情况。     

IGCC系统中燃气轮机选型原则分析研究

通过对整体煤气化联合循环（IGCC）发电技术的简要介绍，指出用于IGCC的燃气轮机用于常规联合循环的燃气轮机在燃料、系统工艺等方面的差异，从而提出用于IGCC的燃气轮机的特点。最后，通过对目前IGCC电站中采用的不同厂家燃气轮机型号的介绍，初步提出用于容量为200－400MW级IGCC的燃气轮机的选型原则及推荐的燃机型号。     

合成气燃气轮机燃烧室的试验研究

对某分管型燃气轮机燃烧室及其两个用于燃烧中热值合成气的改造方案在中压全尺寸试验台上进行了考核和实验研究。试验采用的等容积流率模化准则,即采用与真实燃烧室相同的尺寸、燃料、过量空气系数以及燃料和空气进口温度,而空气的总压和流量以及燃料的流量取为真实参数的1/6。试验结果表明2个改造方案的性能参数,包括燃烧效率、总压损失、出口温度分布、火焰筒壁面温度分布和火焰的稳定性(贫燃料熄火极限)都能够满足设计要求。此外,与原型燃烧室燃烧轻柴油的工况相比,2个改造方案在燃烧合成气时燃烧室主燃区的火焰筒壁面温度升高,而燃烧室的NOx排放大大降低,火焰的稳定性得到明显改善。因此保持火焰筒开孔规律不变,增大气体燃料喷射孔面积并增强旋流对燃烧室进行改造,使其能够高效洁净地燃烧中热值合成气,该方法是可行的。     

IGCC燃气轮机与常规燃气轮机的差异及相关的改造

介绍了IGCC燃气轮机与常规联合循环燃气轮机在燃料、燃烧方式和运行特性等方面的差异,介绍了目前世界上主要厂商对IGCC燃气轮机进行改造的方法,可供电厂设备选型和运行参考。     

IGCC低热值燃机启动失败原因分析及处理

简单介绍华能天津IGCC电厂发电工艺流程,介绍低热值燃气轮机的启动过程,针对发电厂燃机在冬季工况下出现的启动失败情况,从燃机点火气系统、进气系统、燃油系统以及燃烧器等方面分析了可能存在的问题并进行排查确认,结合存在问题提出相应的解决措施,最后配合调整燃机启动参数来优化风燃配比,达到优化燃机启动的目的,为冬季工况下机组启动提供有力保障,同时为国内低热值燃机故障处理提供参考。     

Study of Sequential Two-Stage Combustion in a Low-Emission Gas Turbine Combustion Chamber

In this paper, we analyzed advanced ground-based power gas turbine units with low-emission combustion chambers used for consecutive two-stage fuel combustion. Such low-emission combustion chambers have a wide range of stable performance modes with reduced emission of harmful substances. The two-stage combustion chambers used in gas turbine units of various capacities—small (for example, M7A-03 with a capacity of approximately 8–10 MW), medium (L20A and L30A with a capacity of 18–30 MW) and large (9HA and GT36 with a capacity of over 300 MW)—showed their universality, efficiency, and good possibilities for scaling. The designs of low-emission combustion chambers for gas turbine units of different capacities are fundamentally similar. They consist of two sequentially located combustion volumes (stages), and each of them has its own burner unit. The first burner unit is typical for low-emission combustion chambers with the combustion of the premixed air-fuel mixture and consists of swirlers, mixing zone, fuel injectors, and igniters. The second burner unit is located downstream, and air-fuel mixtures of a different composition are supplied into it through special holes. The combustion of the mixtures occurs at a lower oxygen content and higher temperature. The ignition, work until idling, and loading before switching to the low-emission mode and switching to it are performed by the operation regulation of the first burner unit. Fuel in the second burner unit is supplied when a certain temperature of the gases arriving from the first combustion stage is achieved, which ensures its self-ignition. The further load is regulated by the fuel supply to the second burner unit. The design implementation of the sequential two-stage combustion scheme and approaches to regulating fuel and air distribution over the stages that ensures stable nonpulsating combustion are different and so they are of great scientific and practical interest.