高压多组分合成气冷却器的数值模拟

合成气换热器是整体煤气化联合循环（integratedgasification combined cycle,IGCC）系统的重要组成部分,装有煤气冷却器的气化炉可对合成气的物理显热进行回收利用,提高IGCC系统效率。该文利用多孔介质模型对燃气冷却器中水与高压合成气之间的换热进行了模拟研究,将孔隙率、分布阻力、分布热源通过用户自定义函数耦合进FLUENT进行计算。并对比了不同的折流板布置方式对换热的影响。结果显示多孔介质模型可以很好地模拟燃气冷却器壳程流体的流动和换热;适当减少折流板数目可以有效降低壳程流体的压力降,并且对换热的影响不大。     

螺旋管内超临界二氧化碳换热性能的模拟和试验研究

对超临界二氧化碳(S-CO₂)在螺旋管内的对流换热性能进行模拟和试验研究。探讨了热流密度q、质量流量G、节距P、管内径d、螺旋半径R等流动、结构特性对流动传热的影响,并对各结构特性灵敏度做了量化分析;搭建了闭式循环的S-CO₂测试平台,对螺旋管内S-CO₂对流换热性能进行了试验研究,并基于试验工况数据验证了数值模拟的准确性;对数据进行处理,拟合出了S-CO₂的传热关联式。该研究为S-CO₂螺旋管式换热器的热力设计方法奠定了基础,并在核电及光热发电领域具有一定的工程应用价值。     

IGCC合成气冷却器的热量分配

气化炉采用合成气冷却器,使燃料中的热量从一个新通道进入工质热力系统内,并对电厂经济性产生影响.为进一步探索冷却器与余热锅炉之间热量分配的关系,从工程热力学角度计算出工质做功能力损失,综合考虑厂净发电效率和比投资,对热量在余热锅炉内的分配展开研究,揭示三者之间的关系,提出优化配置的建议.     

带空气气化炉的整体煤气化湿空气透平循环的模拟研究

为了研究整体煤气化湿空气透平循环(Integrated Gasification Humid-Air Turbine Cycle,IGHAT)的性能、系统参数对系统效率和透平入口温度的影响,运用AspenPlus软件建立了IGHAT的模型,计算出IGHAT系统的发电效率。利用Aspen Plus自带的系统性能分析工具,深入地分析了气煤比、加湿量、压气机空气流量的变化对系统效率和透平入口温度的影响。结果显示,随着气煤比的增大,系统效率和透平入口温度存在一个最大值,在透平入口温度不变的情况下,系统效率则一直增大。在一定范围内,增大压气机空气流量或者加湿量,系统效率及透平入口温度均减小。研究结果有助于优化、选择IGHAT系统的热力参数,并深入了解IGHAT的本质。     

CO对碱金属凝结特性影响的试验研究

整体煤气化联合循环(integrated gasification combinedcycle,IGCC)发电技术是洁净煤发电新技术的发展方向之一,但煤气化释放出的碱金属蒸气易在对流废锅中形成污垢,而且会引起燃气轮机叶片的高温腐蚀。该文建立了IGCC系统高温合成气中碱金属凝结特性研究试验台,进行IGCC合成气的碱金属凝结特性试验,研究合成气成分、碱金属盐种类对碱金属蒸气凝结特性的影响,得出以下结论:在还原性气氛下碱金属蒸气的凝结温度在620～720℃之间;水蒸气对碱金属蒸气的凝结温度影响不大;随着CO浓度的增加,碱金属蒸气的凝结温度降低;相同的CO浓度下,当Na+、K+的浓度比较小,碱金属盐为氯盐和硫酸盐时的凝结温度要比碱金属盐仅为氯盐时低。     

IGCC系统喷流式气化炉气化模型及煤气成分的探讨

对IGCC系统的煤气化炉产生的煤气成分和能量利用进行了分析,运用喷流床气化炉数学模型进行编程,通过计算作定量分析;并对影响煤气成分的各种因素进行了探讨,具有一定参考作用.     

圆管湍流脉动流动与换热的数值模拟

利用标准k-e模型结合脉动燃烧器尾管的实验参数进行湍流脉动流动与换热的数值模拟,通过修正模型内的冯?卡门常数建立适用于实验条件下的脉动流动的湍流计算模型,并研究脉动湍流中压力振幅和频率对湍流流动和换热特性的影响。研究发现：符合实验条件下的冯?卡门常数范围为0.48~0.52;脉动瞬时截面上的速度在靠近壁面附近出现峰值且速度变化较大;速度与温度分布呈周期性变化;压力振幅越大,速度和温度波动范围就越大,频率越大,速度和温度的波动范围则越小;壁面摩擦系数随着压力振幅的增加而减小,随着频率的增加而增大;壁面平均对流换热系数随压力振幅的增加而增大,随频率的增加而减小。     

带拓展面椭圆管束的换热、积灰及磨损特性研究

低温烟气换热器存在的积灰、磨损问题,会增加维修成本,降低换热系数,造成设备运行不稳定,引起安全事故等问题。利用数值模拟方法,采用可靠的数学模型,综合研究了不同拓展面的椭圆管束对烟气横向冲刷椭圆管束的换热、积灰及磨损特性的影响。结果表明：三种具有相同表面积拓展面的翅片椭圆管束具有不同的换热、积灰及磨损特性,其中,H形翅片管束具有最好的换热性能,略优于双H形翅片管束,矩形翅片管束的换热性能略差;由于开缝翅片的存在,H形翅片管束具有更好的抗积灰性能,然而,双H形翅片管束抗磨损能力略优于H形翅片管束。     

太阳能吸热器内超临界二氧化碳对流换热特性数值研究

为分析聚光太阳能热发电中吸热器内超临界二氧化碳（S-CO₂）在高温非均匀壁面热流密度分布下的对流换热特性,采用ANSYS Fluent软件建立了管排式吸热器的三维数值模型,对其中S-CO₂对流换热特性进行数值仿真,并考虑了吸热器与外界环境的辐射和对流换热,分析了吸热管半周均匀受热、半周周向均匀轴向高斯受热和半周周向余弦轴向高斯受热3种非均匀壁面热流密度分布的影响。仿真结果表明:外界环境的辐射和对流换热对吸热器壁面温度影响较大,相较于未考虑外界环境的辐射和对流换热,考虑辐射和对流换热的壁面最高温度下降6.84%;3种壁面热流密度分布中半周周向余弦轴向高斯受热的吸热器出口温度和壁面最高温度均最高,其壁面最高温度比半周均匀受热高353.4 K;非均匀壁面热流密度分布虽然对吸热器内流体流量分配不均匀性的改善不明显,但可明显削弱流量分配不均造成的各吸热管流体温度偏差的影响。     

合成气微型燃气轮机旋流燃烧特性数值模拟

以某合成气微型燃气轮机为例,通过改变其燃烧室旋流喷嘴的角度增加旋流强度,并采用数值模拟的方法从主燃区旋流强度及值班区旋流强度两方面对比分析了微型燃气轮机的旋流燃烧特性,结果表明:随着主燃区旋流强度的增加,回流区面积明显增大,燃料、空气均匀混合并迅速燃烧;但并非旋流强度越大越好,当主燃区旋流强度增大到一定程度时,回流区已经影响到了燃烧室出口处的气流流动,不利于流场的稳定,因此存在最佳的旋流角度使燃烧达到最佳的效果;值班区旋流强度的改变对燃烧流场影响不大。     

整体煤气化联合循环系统气化岛特性模拟研究

气化岛是整体煤气化联合循环(integrated gasification combined cycle,IGCC)系统中较为复杂的关键单元,对整个系统性能有较大的影响。利用Thermoflex软件建立200MW级IGCC系统模型,从系统角度出发,对直接激冷式、除尘系统前带有气/气热交换器和取消气/气热交换器的3种IGCC系统进行比较,结果表明取消气/气热交换器的IGCC系统同样具有较高的效率,且系统更加安全可靠。对此系统中空分单元的氮气回注系数、气化炉单元的氧煤质量比,以及对流废锅出口粗合成气温度进行计算。计算结果表明:在空分系数为30%时,系统最佳氮气回注系数为70%;综合多种因素考虑,所研究煤种的最佳的氧煤质量比约为0.91;系统效率随着对流废锅(convective syngas cooler,CSC)合成气出口温度的增加而下降,当辐射废锅(radiant syngas cooler,RSC)粗合成气出口温度为700℃,对流废锅出口合成气温度取350℃,系统效率较高。     

整体煤气化联合循环系统中废热锅炉特性研究

废热锅炉包括辐射废热锅炉(radiant syngas cooler,RSC)和对流废热锅炉(convective syngas cooler,CSC),它是整体煤气化联合循环(integrated gasification combined Cycle,IGCC)系统中的高温冷却单元,可回收气化炉出口粗合成气热能,以提高系统的效率,所以研究IGCC系统中废热锅炉的特性是很有意义的。该文利用ThermoFlex软件建立200MW级IGCC系统模型,从系统效率角度出发,首先研究对流废热锅炉出口合成气温度对IGCC系统性能的影响,然后研究废热锅炉产生不同蒸汽参数对IGCC系统性能的影响。结果表明:随着对流废热锅炉出口合成气温度的提高,系统的发电功率和效率下降;废热锅炉产生过热蒸汽的系统效率优于产生饱和蒸汽的系统效率,废热锅炉产生高压蒸汽的系统效率优于产生中压蒸汽的系统效率;综合考虑造价及其系统效率的影响,推荐最佳的蒸汽参数方案为辐射废热锅炉和对流废热锅炉均产生高压饱和蒸汽的系统。     

整体煤气化联合循环系统空分单元集成特性

研究整体煤气化联合循环(integrated gasification combined cycle,IGCC)系统空气分离单元(air separation unit,ASU)的集成特性。对ASU主要操作参数分析结果表明,提高空气压缩机压比会导致空气精馏分离过程困难,消耗的空气压力能有所增加,但是提高空气压缩机压比有利于降低ASU的制氧功耗及提高IGCC系统供电效率。综合考虑IGCC系统NOx排放限制以及制氧比功耗,推荐适合IGCC系统的ASU出口氧气纯度为0.85。对ASU与燃气轮机集成度分析表明,IGCC系统供电效率随着集成度的增加先提高后降低,集成度在0.80时,IGCC系统供电效率最高。另外,与独立空分方案相比,采用整体空分方案的IGCC系统通过开发利用燃气轮机抽气显热,其供电效率有进一步提高的潜力。     

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。     

整体煤气化联合循环的发展趋势及其在广东实施的设想

在对整体煤气化联合循环(IGCC)原理和发展情况详细介绍的基础上,结合广东电网用电负荷、南方电网总装机规模及广东省"十一五"发展规划情况,就珠江三角洲地区发展IGCC电站提出了设想,为广东清洁能源的利用提供了一个新的思路.     

整体煤气化联合循环发电系统中气化参数对气化单元性能的影响

整体煤气化联合循环(integrated gasification combined cycle,IGCC)发电系统中气化岛包含气化单元和净化单元,气化单元由气化炉、废热锅炉和空分分离装置组成。合成气化学能和冷煤气效率直接影响着整个IGCC电站系统效率,是衡量合成气品质和气化炉性能的关键参数。采用Thermoflex软件对200 MW级IGCC气化单元进行模拟计算。着重研究水煤浆浓度、氧碳摩尔比、气化温度、气化压力对气化单元性能的影响。计算结果表明：在较低气化温度下增加水煤浆浓度有利于冷煤气效率和合成气化学能的增加。调节氧碳摩尔比对调节气化炉温度水平具有良好的灵敏性和有效性。另外,氧碳摩尔比还能够起到分配煤中化学能的作用,即调节煤中化学能在合成气化学能和物理显热之间的分配比例。采用低温、加压方式,有利于提高合成气化学能。     

IGCC燃用低热值燃料的燃气轮机运行性能优化

天津IGCC是中国第一座整体煤气化联合循环电站。系统中燃气轮机的燃料为气化炉产生的热值较低的合成气,作为国内第一台应用于IGCC技术的燃气轮机,在运行过程中存在着合成气热值与设计值偏差大、烧嘴过热、燃烧室偏烧等问题。针对存在的问题,首先介绍了IGCC电站燃用低热值燃料的燃气轮机与普通燃气轮机在燃料、燃烧方式、燃烧器结构等方面的区别;然后结合实际运行参数分析,重点对存在的问题提出性能优化方案及措施。对燃用低热值燃料的燃气轮机后续发展具有一定的借鉴意义。     

整体煤气化联合循环系统变工况特性研究

采用ThermoFlex软件建立了200 MW级整体煤气化联合循环(integrated gasification combined cycle,IGCC)系统模型,从系统的角度出发计算研究了200 MW级IGCC系统的变工况特性。详细讨论了燃气轮机负荷、大气环境条件和整体空分系数对系统性能的影响。结果表明,燃气轮机采用压气机进口可转导叶角度调节–等燃气透平初温的调节方式降负荷时,燃气透平排气温度先增加后降低,而系统效率先缓慢降低后快速降低。随大气温度增加,燃气轮机功率、汽轮机功率和系统净功率均下降。在大气温度不变的条件下,大气压力对燃气轮机效率和系统净效率基本没有影响。增加整体空分系数可提高系统净效率,却使系统净功率降低。