中小型燃气–蒸汽联合循环系统的部分回热调控方法

现代中小型燃气轮机相对具有较高的透平排气温度,而与之相匹配的底循环通常为单压或双压蒸汽动力系统,难以实现透平排气的高效、灵活热功转换。为提升该类燃气–蒸汽联合循环供能系统高效灵活性,提出回热可调控的燃气轮机联合循环系统(recuperative control,GTCC-RC),在全工况范围调节顶、底循环功比。以50MW级燃气轮机为例,以常规燃气-蒸汽联合循环系统为基准,设计GTCC-RC系统,并从?损失和热效率的角度进行全工况性能分析,提出系统的全工况最佳调控策略。案例研究表明：GTCC-RC提升了燃气轮机?效率。随着回热比例增加,燃料输入量减少。回热调控提升了案例联合循环系统的热效率和灵活性。与没有回热的基准系统相比,GTCC-RC系统调峰深度增加6.51%,联合循环热效率相对提升达6.47%。     

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。     

二次再热机组高效灵活发电创新理论与方法

为解决二次再热机组在频繁变负荷情况下经济性能偏低、灵活性较差等问题,研究了二次再热高效灵活发电创新理论和方法。基于单耗分析方法揭示了传统二次再热机组全工况能耗分布规律,并提出5种适应电网调峰要求的典型600 ℃等级及以上的先进二次再热超超临界燃煤发电系统,分别为集成回热式小汽机新型循环、机炉深度耦合集成新循环、采用新型CO₂工质的循环、带储能的二次再热循环系统以及太阳能热互补二次再热循环系统,阐述了各循环系统的集成思路、系统特点以及对提高机组经济性和灵活性的优势。结果表明：锅炉、汽轮机、回热加热器具有较大的节能潜力;优选的集成回热式汽轮机的二次再热循环系统发电效率比基准系统煤耗降低了2.15 g/（kW·h）;提出的采用机炉耦合技术的二次再热机组在THA工况下煤耗降低高达3.6 g/（kW·h）;采用CO₂工质的火电系统在变工况下依然具有较高的效率;带储能的二次再热循环系统具有较好的灵活性;太阳能热互补二次再热循环系统节能潜力显著,达到14.73 g/（kW·h）。     

基于两段式水煤浆气化的IGCC系统变工况特性

整体煤气化联合循环(integrated gasification combinedcycle,IGCC)机组在一定情况下处于非设计工况运行。为了研究IGCC系统变工况特性,采用ThermoFlex软件建立基于两段式水煤浆气化技术的200 MW级整体煤气化联合循环系统模型,主要考查燃气轮机负荷、整体空分系数Xas、大气温度、大气压力对系统性能的影响。研究结果表明,降低燃气轮机负荷或者提高大气温度系统效率均呈先升高而后降低的趋势。整体空分系数Xas增加,机组发电效率降低。大气压力对系统效率影响较小。上述条件下采用两段水煤浆气化技术,系统性能可以得到有效改善。研究结果可为采用两段式水煤浆气化技术的IGCC系统的设计、运行提供参考。     

基于神经网络的燃气–超临界CO_(2)联合循环变工况特性快速预测及优化EI北大核心CSCD

燃气–超临界CO_(2)联合循环清洁高效、结构紧凑,因系统部件中间容积较小,变负荷调节速率较高,具有良好的灵活性,通过其快速变负荷运行有利于大规模消纳可再生能源电量。该联合循环采用具有超–跨串级结构的超临界CO_(2)底循环实现燃机余热梯级利用。为解决其快速变负荷中循环特性快速预测及优化问题,该文提出基于面心立方设计和反向传播神经网络的变工况特性求解方法。采用粒子群优化算法确定该联合循环变负荷过程的最优滑压运行策略。结果表明:基于神经网络的循环变工况特性预测方法具有良好的精度,并有效缩短仿真计算时间。与流量比例调节法对比,最优滑压运行策略使循环变工况过程具有更优的循环效率及可行运行区间,可以快速准确地为燃气–超临界CO_(2)联合循环提供变工况运行参考。     

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。     

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。     

不同运行策略下燃气轮机联合循环变工况热经济性能分析

燃气轮机联合循环发电已成为当前火力发电的主要发展方向之一。基于热经济学结构理论建立了燃气轮机联合循环成本模型,分析不同燃机运行策略对燃气轮机联合循环机组单位产品热经济学成本的影响,并引入评价指标对燃气轮机联合循环进行技术经济性分析。分析了天然气价格和非能源成本对各组件的单位产品热经济学成本的影响。结果表明,调节燃机运行策略可以降低机组的单位产品热经济学成本。通过分析各个组件的性能评价指标值,结果表明,对于压气机和蒸汽轮机,减少投资成本是主要改进方向,对于燃烧室通过提高燃烧室的燃烧效率,减少燃料化学能与烟气热能转换损失来降低由于不可逆损失引起的负熵成本。通过灵敏度分析,结果表明,天然气价格的变化对燃烧室的单位热经济学成本影响最大,而非能量成本对压气机,燃气透平和蒸汽轮机的单位热经济学成本影响最大。     

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。     

燃气轮机热电联供注蒸汽变工况运行的技术经济分析

为改善燃气轮机热电联供变工况运行的经济性，采用回注蒸汽燃气轮机循环有一定的优越性。为此．以10MW燃气轮机组为例进行技术经济分析。具体分析了燃气轮机在不同的负荷规律下的变工况情况，以发电成本为优化目标，通过优化上网电价来提高经济性。计算结果表明：燃气轮机热电联供系统采用注蒸汽来提高机组的经济性是可行的。     

燃气-蒸汽联合循环发电机组参与电网调峰运行

随着电力负荷的快速增长,上海电网的峰谷差越来越大,电网的调峰问题日益突出。燃气轮机作为电力负荷调峰电站,近年来得到了大力的发展。而9E燃气—蒸汽联合循环机组在调峰性能方面,有着与单循环不同的自身特点。文章着重研究分析了以天然气为燃料、无烟气旁路的9E燃气—蒸汽联合循环机组的启动、运行和停机流程,分析其负荷调节性能。指出无烟气旁路的联合循环的调峰性能,主要取决于汽机、余热锅炉等常规机组的调节性能;其调峰性能要比单循环差。无烟气旁路的联合循环采取热态启动以及快速停机的方式时,可最大程度地发挥其调峰作用。     

变工况条件下微型燃气轮机运行仿真分析

介绍了现有微型燃气轮机机型的相关参数,建立了压气机、透平、燃烧室、回热器的仿真数学模型,进而得到变工况条件下微型燃气轮机的仿真数学模型。对比仿真数学模型计算结果与典型产品参数,确认仿真数学模型准确合理。基于仿真数学模型,对200 kW回热微型燃气轮机、500 kW无回热微型燃气轮机、1 000 kW无回热微型燃气轮机进行了变工况条件下的运行分析,对微型燃气轮机组的应用具有参考价值。     

怎样配置联合循环发电机组

燃气轮机循环系统与蒸汽循环忝的发电系统,称为联合循环系统,其净效率超过５０％,远远期过常规电厂的热效率,而且可以迅速启动带负荷。目前２的大型联合循环发电机组有单轴机组和多轴机组两大楼;     

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。     

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。     

基于EBSILON的燃气-蒸汽联合循环系统高冷负荷下供能特性分析

为研究燃气-蒸汽联合循环在较高制冷负荷下的供能特性,以SGT-600小型燃气轮机组为顶循环与余热锅炉蒸汽轮机组为底循环的联合循环为研究对象,利用EBSILON软件分别建立了燃气轮机组、余热锅炉-蒸汽轮机组、双效溴化锂吸收式制冷机组及电制冷机组的耦合模型,比较分析了采用吸收式制冷与电制冷直供冷情况下,耦合系统在燃气轮机组变工况下的总发电效率、能源综合利用率及净电能节约率等供能特性。研究结果表明:燃气轮机组的发电效率随燃气轮机组的负荷率的降低而降低,在高冷负荷下,蒸汽轮机组发电效率与综合能源利用率却随燃气轮机组负荷率而逐渐增加;耦合系统的能源综合利用率随着吸收式冷负荷的增加而增加,在燃气轮机组一定的负荷率下,耦合系统的净电能节约率随着额定冷负荷的增加而提高,在吸收式冷负荷达到20 MW时,系统净电能节约率在燃气轮机组70%负荷率下最高能达到6.20%;但在较低的额定冷负荷条件下,采用吸收式制冷机组的效果反而不如直接利用电制冷机组进行直供冷。     

燃气轮机/超临界二氧化碳联合循环余热利用及动态特性分析

超临界二氧化碳(S-CO₂)循环具有透平尺寸小、压缩机功耗小、循环效率高等诸多优势。为了探究S-CO₂循环耦合燃气轮机发电系统后发电效率最高的循环配置，提出了4种循环布局；并通过遗传算法以循环效率最高为优化目标，对循环系统的主要参数进行优化；对该方案进行动态系统分析，以底部循环输入热负荷为扰动变量，探究从满负荷分别阶跃降低到90%负荷、80%负荷和70%负荷后系统的动态响应情况。结果表明：4种方案中燃气轮机/两透平S-CO₂联合循环系统循环效率最高，为44.87%；烟气换热器附近参数响应时间比较快，而由于热惯性的影响在工质流程中离烟气换热器越远响应时间越长；且在同一位置，压力的响应时间略长于温度的响应时间，高温透平附近参数的下降幅度大于低温透平。     

燃气–蒸汽联合循环热电联产机组多种运行方式负荷特性研究

以9FB型联合循环机组为案例,进行各主要部件数学建模,获得联合循环机组整体计算模型。针对抽凝、背压供热模式及一拖一、二拖一驱动方式,进行变工况热力性能分析,得到联合循环供热机组多种运行方式电、热负荷特性;优化机组不同供热期运行方式,获得电负荷可调节范围,并深入研究机组参与调峰的热经济性。研究表明:供热初末期热负荷较低时,机组宜通过一拖一背压模式与二拖一抽凝模式配合运行,调峰容量比为52.6%～53.4%;供热负荷较大时宜采用二拖一背压模式与二拖一抽凝模式配合,调峰容量比为44.5%～55.4%;严寒期为保障供热需求,调峰容量比降至27.4%～33.5%。优化后整个供热季联合循环供热机组灵活性显著提高,可为可再生能源电提供11.76亿kW·h上网空间。     

富氧燃烧燃气轮机系统设计与变工况性能分析

随着分布式能源系统的快速发展,燃气轮机系统的设计及研究得到广泛关注。同时,富氧燃烧技术可为燃气轮机的清洁燃烧提供技术方案,因此基于富氧燃烧燃气轮机系统,先分模块对燃气轮机主要部件进行数学建模。其次,采用EBSILON仿真软件搭建富氧燃烧燃气轮机的系统模型,计算得到机组的最佳压比为π=11.18。最后,对富氧燃烧燃气轮机进行变工况分析,分析了不同负荷、压比运行时,不同运行方案对机组的整体热力性能的影响;进行助燃剂O_2变工况分析。结果表明:在助燃剂O_2质量分数低于22%时,机组比功随着助燃剂中O_2质量分数的提高而增大;在O_2质量分数高于22%时,机组比功基本维持恒定,其数值595 kJ/kg,机组效率随着助燃剂O_2质量分数的提高而增大。     

联合循环电站低负荷烟气成分控制对策研究

联合循环电站采用的重型燃气轮机在启动以及低负荷阶段普遍存在冒黄烟现象,其中承担调峰工作的机组问题尤为突出。初步判断,冒黄烟是由于低负荷工况下烟气中NO2含量升高所致。为进一步理清燃气轮机黄烟生成机理,有效地控制低负荷工况下烟气中NO2含量,以GE公司6F.03燃机为研究对象,针对燃机启动阶段,采用现场烟气测试的方法对余热锅炉内部不同位置烟气成分进行监测,并对比分析黄烟生成的影响因素,最后从燃机侧和余热锅炉侧提出了重型燃气轮机抑制黄烟的对策及治理措施。