顶底循环参数对燃气–蒸汽联合循环全工况性能影响分析

基于现有燃气轮机机组,对于给定透平初温,重新划分顶循环与底循环的能量利用区间与比例,分析与三种常见底循环参数相匹配的燃气–蒸汽联合循环全工况性能。以PG9351FA燃气轮机为顶循环的联合循环机组作为基准机组,研究了3个案例机组的全工况性能(PG9351FA燃气轮机匹配底循环初参数为567.5℃;压气机设计压比提高为18匹配底循环初参数为538℃机组;压气机设计压比降低为12.73匹配底循环初参数为603℃机组)。研究结果表明:提高压气机设计压比,其全工况性能优于基准机组,并且具有良好的变工况性能,效率比基准机组提高幅度为0.03%~0.42%,然而其出功降低幅度为1.66%~2.72%;降低压气机设计压比,其全工况性能劣于基准机组,效率降低幅度为0.20%~0.39%,然而其出功增加,增加幅度为1.19%~3.27%。通过对顶循环与底循环的?分析发现联合循环整体性能的主要取决于顶循环,提高顶循环的热力学完善程度更有利于提高联合循环的全工况性能,对于底循环无需追求高参数;并且对于同一燃气透平入口温度,如果设计工况下联合效率较高则在全工况条件下效率也较高。因此,对于追出功的地区可以按照最佳比功来选择设计压比,然而对常参与调峰的机组可以选择压气机设计压比较高的机组。并且对于同一燃气透平入口温度,如果设计工况下联合循环效率较高则在全工况条件下效率也较高。因此,对于追求大出功的地区可以按照最佳比功来选择设计压比,然而对于经常参与调峰的机组可以选择压气机设计压比较高的机组。     

部分回热燃气轮机联合循环变工况性能分析

为了提高燃气轮机联合循环机组的变工况效率,本文提出了一个新型的部分回热燃气轮机联合循环系统,结合2种相应的利用回热调节负荷运行策略,分析其变工况特性。与常规回热燃气轮机的区别在于,新系统中仅有部分透平排烟用于预热压气机出口空气,且在93.6%~100%负荷时通过改变参与回热的烟气比例调节机组负荷。结果表明:采用IGVT3-T4方案更有利于提升新循环整体性能,与采用相似IGVT3-T4-F运行策略的基准机组效率最大差值为1.4%;改变回热烟气比例过程中,机组实际上是通过调节比功来调节负荷,而其变负荷效率接近设计数值;采用新运行策略的部分回热循环相对传统燃气轮机联合循环变工况效率更高,设计工况下机组联合循环出功仅降低10.7 MW。本文提出的部分回热燃气轮机联合循环系统是一种良好的燃气轮机联合循环机组的改造与运行方案。     

高参数燃气轮机与超临界二氧化碳联合循环系统热力性能分析

构建高参数燃气轮机与超临界二氧化碳(S-CO₂)联合循环模型，并开展热力性能分析。顶循环采用燃烧室排气温度为1 800℃的高参数燃气轮机，底循环采用S-CO₂朗肯双透平循环，同时采用三级烟气加热和两级透平排气回热；通过惩罚函数法，得到优化后的联合循环工况下的参数和热力性能，分析了高参数燃气轮机顶循环和S-CO₂朗肯底循环主要参数对联合循环性能的影响规律。结果表明：在燃气轮机压比为35.5，燃烧室出口温度为1800℃时，联合循环热效率可达68.61%，燃气轮机与S-CO₂朗肯循环效率比燃气-蒸汽联合循环提高2.3百分点。     

分布式燃气–蒸汽联合循环供能系统热经济性分析

动力循环参数热力学分析是系统参数配置、系统设计及变工况分析的基础。以既有典型航改型、工业型和114MW容量以下的燃气轮机构成的分布式燃气?蒸汽联合循环供能系统为研究对象,结合实际联合循环装置的设计参数,获得余热锅炉?汽轮机发电效率与透平排气温度之间的经验耦合;提出适合分布式燃气?蒸汽联合循环供能系统的热经济分析参数和分析模型;基于循环分析和热分析的方法获得系统诸设计参数对供能系统设计性能的影响规律。研究表明:引入抽汽做功不足单位系数的概念,可获得综合热效率的简明且物理意义清晰的表达式;当设计热电比及供热参数一定时,综合热效率最佳压比可认为与联合循环效率最佳压比相等;供热/冷蒸汽品位越低,则供能系统综合热效率越高;分布式燃气?蒸汽联合循环供能系统电价期望值高,提高燃气透平进气温度是改善供能系统热经济性的重要方向。研究可作为系统变工况性能分析及电/热/冷价与天然气价格联动机制的工作基础。     

基于变背压改造的燃气-蒸汽联合循环变工况性能优化

为了优化燃气-蒸汽联合循环变工况性能,本文对常规燃气-蒸汽联合循环系统进行改造,提出了一种变背压改造方法。改造系统在常规联合循环机组的余热锅炉尾部烟道布置引风机,以此降低机组部分工况下的燃气透平背压。以S109FA燃气-蒸汽联合循环作为参比机组,通过对参比机组和改造机组建模,采用等透平入口温度+燃料调节运行策略,分析并比较了二者的变工况性能。结果表明:与参比机组相比较,改造机组部分负荷下的顶、底循环效率均有所提高,联合循环负荷在84%~35%时,顶循环效率提高0~2.7百分点,底循环效率提高0~3.0百分点,联合循环的效率也相应提高,增幅为0~2.5百分点。变背压改造系统可以充分利用IGV流量调节,并提高相应流量下的燃气初参数,为燃气-蒸汽联合循环电站高效改造及运行提供了技术借鉴。     

余热锅炉型联合循环系统模型的建立及参数优化研究

现阶段大型燃气循环机组进气温度逐步提高,燃气轮机排烟热损失也不断升高,需充分利用燃气轮机的排气热量,实现能量逐级利用,提高电厂循环热效率,减少经济运行成本。本文针对当今高效率、大容量燃气轮机的联合循环,蒸汽循环采用常见的双压再热余热锅炉,建立双压再热余热锅炉系统模型,引进定量评价指标,通过MATLAB软件建模分析计算不同热力参数对双压再热循环系统的影响程度,以蒸汽循环热效率最佳为目标,进一步优化双压再热余热锅炉与汽轮机蒸汽参数匹配问题。同时,引入优化过程中的边界条件,计算不同参数对双压再热余热锅炉系统的相对平均变化率,设计优化循环流程,最终得到双压再热余热锅炉蒸汽参数优化数据。     

新型燃气－氨水蒸汽功冷联供联合循环

基于能的梯级利用原理及氨水工质系统的能量利用特性,将产功与制冷有机结合,提出一种由燃气轮机循环和氨水工质功冷联供循环组成的新型燃气-氨水蒸汽功冷联供联合循环。在系统能量输入及主要参数相同的前提下,将新循环与由常规燃气-蒸汽联合循环和氨吸收式制冷循环组成的功冷联供联合循环进行模拟计算比较,发现新循环的功、冷输出均有增加,热效率和火用效率分别相对提高了6.3%和1.9%。通过火用平衡分析,揭示了新循环的系统性能提高的主要原因在于加热、排烟过程火用损失的大幅减小,证明采用氨水作为底循环工质是将常规燃气-蒸汽联合循环发展为功冷联供循环,提高系统性能的有效措施。     

整体煤气化联合循环三压再热底循环系统变工况特性

采用ThermoFlex软件建立了200MW级整体煤气化联合循环(integrated gasification combinedcycle,IGCC)系统模型,研究三压再热流程的IGCC底循环系统变工况特性。详细讨论了燃气轮机负荷、大气温度和整体空分系数对底循环系统性能的影响。结果表明:燃气轮机采用调节压气机进口可转导叶角度–等燃气透平初温的调节方式降负荷时,随燃气轮机负荷降低,主蒸汽温度和再热蒸汽温度先升高后降低,关小压气机进口导叶角度可抑制高压汽包压力的下降,同时使汽轮机低压缸排汽干度上升,有利于提高底循环系统的变工况性能。随大气温度升高,高压汽包压力、高压缸进汽量和底循环功率均降低,而主蒸汽温度和汽轮机低压缸排汽干度升高。降低整体空分系数可以大幅度提高底循环系统功率,但导致汽轮机低压缸排汽干度缓慢降低。     

风能太阳能联合蓄能发电系统性能分析

本文提出一种新型的风能太阳能联合蓄能发电系统,该发电系统将风力压缩空气蓄能技术和太阳能蓄热技术以及燃气-蒸汽联合循环发电技术相结合,通过风力机组直接驱动压缩机组压缩空气蓄能,利用太阳能集热装置对燃料进行加热,使用燃气轮机的排气作为蒸汽透平的热源,实现燃气-蒸汽联合循环。通过对风能太阳能联合蓄能发电系统热力分析和系统效益计算可知,该风能太阳能联合蓄能发电系统不仅提高了联合循环系统的效率,也可提供稳定的供电,经济效益、环境效益和社会效益较好。     

F/G/H级重型燃气轮机联合循环底循环热力性能简明估算模型

建立三压再热朗肯底循环热力性能数学模型,运用GTW2018手册中的燃气轮机透平排气参数和功率数据,计算了多种型号的F级、H级燃气轮机联合循环底循环热力性能,讨论现代重型燃气轮机联合循环底循环中主蒸汽压力/温度、节点温差、接近点温差、汽轮机效率等关键参数的选择及其发展。其中H级燃气轮机底循环关键参数的选取更为先进,使得底循环■效率较F级提高1.27～1.70个百分点。在此基础上,进一步提出基于燃气轮机透平排气参数的底循环输出功率、余热锅炉各级蒸汽流量及其排烟温度的简明估算模型,可为现代重型燃气轮机联合循环的初步工程分析与工程设计提供参考。     

余热制冷进气冷却中冷回热SCICR循环燃气轮机性能研究

1 简单循环燃气轮机的发展 经过50多年的发展，简单循环燃气轮机在技术上已相当成熟，通过采用增加压比、提高燃气初温、采用高级冶金材料和复杂加工技术所能得到的效果相对缩小。目前存在的主要问题是设计工况时油耗较高，尤其在低负荷下的经济性更差。最高热效率只能达到35%～38%，各国燃气轮机设计者都在寻求进一步改善燃气轮机性能的有效途径。 2 问题的提出 将燃气轮机排气余热作为吸收制冷机发生器的热源来冷却燃气轮机进口空气。这种循环装置，除热效率和比功将得到改善外，它还特别具有能缩小其热效率和比功易受大气温度影响的特…     

透平材料和冷却技术及燃气轮机关键参数变化时联合循环热力性能分析

联合循环是目前天然气发电的重要技术,进一步提高效率是联合循环发展的需求。该文采用燃气轮机准一维透平冷却模型和底循环简明计算模型,以H级燃气轮机技术参数为基准,研究参数变化对燃气轮机及其联合循环透平冷却空气、效率的影响特性,得到燃气轮机部件效率、透平冷却及材料技术水平、燃烧室出口温度及循环压比等关键参数的影响。结果表明,在H级燃气轮机的部件技术水平下,仅靠提高温度和压比对联合循环性能提升较小,即使燃烧室出口温度提升至2000℃,在其最佳压比下,联合循环效率也只能比9HA.02燃气轮机联合循环效率提高约2个百分点,联合循环效率的进一步提高需全面提升部件效率和透平“冷却–材料”技术水平,研究结果可为进一步提高燃气轮机联合循环效率提供参考。     

压气机抽气储能改进燃气轮机能源系统灵活性分析

需求侧负荷波动致燃气轮机能源系统难以全工况高效、灵活匹配外界负荷,基于此提出在单轴燃气轮机组的压气机出口抽气,构成空气储/释能的燃气轮机能源系统。采用燃气轮机变工况典型性能解析分析法,研究压气机抽气对燃气轮机主要部件及机组运行性能的影响,并提出可行的机组负荷控制策略。以系统满足一种简单延时阶跃函数分布的逐时电负荷为例,研究峰谷比、负荷频率等特征参数对系统设计参数及供电效率的影响。分析表明,压气机抽气使其流量增大,压比显著下降;技术上燃气透平能等排气温度工作于文中所设的最大抽气系数为0.3的范围内;燃气轮机效率-负荷特性劣于基准系统,但提高了供热品位,增强其灵活性。当峰荷为4600kW、峰谷比为3、谷荷频率为0.375时,燃气轮机设计功率为4048kW,系统增效达2.02个百分点。为了提高大峰谷比情景下的系统效率及灵活性,可以考虑引入太阳能光热储能,提高空气透平的进气参数。     

新型甲醇燃料化学回热燃气轮机循环

提出了一种新颖的甲醇燃料燃气轮机循环,以甲醇裂解反应吸收压气机出口空气的低温热,使其转化为高品位化学能;同时得到预冷的空气参与回热,以提高透平排气余热回收效果。该循环与普通化学回热燃气轮机循环相比,利用低温高压空气作为热源代替高温燃气轮机排气来分解甲醇,系统内能量品位匹配更加合理;与常规回热相比,高压空气被燃料冷却后降低了温度,有利于高温燃气余热的回收。文中对该循环进行了计算,并以常规回热循环为参照,详细研究了其性能。计算结果表明,该循环具有效率高(τ=5.5时,ηmax=57.9%),效率最佳压比与比功最佳压比较为接近等优点。此外,该循环还具有装置较简单等工程上的优点。     

采用改进粒子群优化算法的燃机联合循环全工况性能优化方法

由传统水蒸汽朗肯循环回收中高温(300～550℃)燃机(gas turbine,GT)余热收益不高,而采用具有变温蒸发特性的卡琳娜循环(Kalina cycle system,KCS)可以有效提升中高温燃机余热利用率。燃机运行经常偏离设计工况,因而燃机–卡琳娜(Kalinacyclesystem,KCS)联合循环的全工况性能提升存在迫切需求采用模块化建模方式,构建基于核心部件性能曲线的回热式GT-KCS联合循环的全工况性能仿真模型,对比研究了在燃机额定工况下水蒸汽朗肯底循环和KCS底循环的性能差异;提出基于改进粒子群优化算法的GT-KCS联合循环全工况性能多维度优化方法,以联合循环热效率最大化为目标,同时优化燃机IGV开度和底循环增压泵转速。研究结果表明,在燃机额定工况下,GT-KCS联合循环热效率较燃气-蒸汽联合循环高1.57%。在20%额定燃机负荷下,KCS底循环功率占联合循环功率比值可达41.87%。与单独的燃机循环相比,GT-KCS联合循环在变燃机负荷工况下可以使机组热效率提升9.92～14.67%。     

燃气蒸汽联合循环热电联产机组热经济性分析

通过比较不同工况下燃气蒸汽联合循环热电联产机组的热力学特性,找出机组热损失产生的位置和原因,为机组的优化运行和节能改造提供理论指导。本文首先采用热量法的正平衡法来计算机组的热效率;其次用反平衡法计算该机组的?损失,将计算结果与正平衡法相校核并加以分析;最后用?方法对燃气蒸汽联合循环热电联产机组进行能量损失和效率计算。比较热量法和?方法的计算结果发现:燃气轮机负荷增大对联合循环?损失和?效率影响较大,使得机组?效率也有所提高;机组?效率随着环境温度的上升稍有降低;燃气轮机?效率的变化决定了机组?效率的变化趋势,采用热电联产可有效提高燃气蒸汽联合循环机组的运行经济性。     

PG 9351FA燃气-蒸汽联合循环机组性能劣化研究

为定量分析燃气-蒸汽联合循环机组性能劣化程度,提出机组在不同负荷下的性能-时间劣化研究模型。基于PG 9351FA型联合循环机组历史运行数据,利用GA-BP神经网络建立各年份燃气轮机效率及联合循环效率预测模型。在THERMOFLEX仿真软件中建立联合循环全工况物理模型,研究压气机和透平不同劣化程度对系统性能的影响。结果表明:基于数据驱动的系统效率预测模型的测试集相对误差均在3.5%以内,且相关系数R值均高于0.9,模型泛化能力较好;同一负荷下燃气轮机效率和联合循环效率逐年降低,机组A级检修对其高负荷工况下的效率有较明显恢复;透平劣化对机组性能的影响大致为压气机劣化的2倍。本文工作可为劣化机理的研究提供理论指导,具有工程应用价值。     

350MW级燃气-蒸汽联合循环机组设计探讨

随着我国能源结构的调整,环保要求日益提高,燃气-蒸汽联合循环电厂将逐渐增多,特别是随着“西气东输”及“引进液化天然气”工程的实施,我国将建设一些350MW级燃气-蒸汽联合循环机组。探讨了在350MW级燃气-蒸汽联合循环机组设计过程中如何选择燃气轮机并优化燃气轮机与蒸汽轮机的匹配关系,分析了余热锅炉补燃与不补燃的应用条件及各自特点,给出了几种蒸汽轮机循环系统的布置方案,并分析了蒸汽循环系统的选择方法,对联合循环电厂的轴系布置进行了比较,同时分析了环境温度对燃气轮机性能的影响,为大型燃气-蒸汽联合循环机组的设计优化提供参考。     

PG9171E型燃气轮机变工况特性研究

通过对GE公司天然气机组PG9171E型燃气轮机的特性曲线进行分析和研究,得到了燃气轮机变工况模型.选取了3个可表征燃气轮机变工况特性的典型变量,即燃气耗量、排气温度和排气流量,并对影响这3个变量的多个相关因素进行了详尽分析,最终确立了燃气轮机变工况数学模型.研究表明,燃气轮机的工况主要由大气温度、大气压力和燃气轮机的输出功率决定,该研究对深入探讨天然气机组燃气轮机的特性,进一步提高燃气一蒸汽联合循环机组的经济性有重要的参考价值.     

全氢冷透平发电机

近年来,随着燃气-蒸汽联合循环的发展和燃气轮机单机容量的增大,全氢冷透平发电机再次引起人们的重视.回顾全氢冷发电机的发展历程,重点介绍西屋、 GE、阿尔斯通和西门子公司的典型全氢冷透平发电机的冷却方式和结构特点.