太阳能与压气机抽气储能燃气轮机CHP系统耦合特性分析

压气机抽气储能调控可改善燃气轮机能源系统性能，为了使燃气轮机系统更加灵活、高效地与外界负荷匹配，提出太阳能耦合压气机出口抽气储能的燃气轮机热电联产系统。通过建立空气透平、余热锅炉和太阳能集热器的变工况数学模型，利用Thermoflex软件建立燃气轮机压气机出口抽气变工况模型，并对耦合系统进行变工况分析，研究系统在储能、释能和运行周期内热力参数的变化，以华南地区某宾馆的逐时负荷为例对太阳能耦合压气机出口抽气储能的热电联产系统进行案例分析，并与基准热电联产系统对比。结果表明:以某典型日为1个周期，本文设计系统的1次能源利用率比传统热电联产系统高3.2%，?效率高2.4%。     

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。     

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。     

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。     

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。     

压气机抽气调控的燃气轮机电站系统动态特性分析

为进一步提高电站燃气轮机负荷爬坡速率,缩短电网负荷响应时间,增强燃气轮机电站系统调频服务市场竞争力,基于集总参数法和能量、动量、连续性方程,采用模块化建模方法,在MATLAB/Simulink仿真平台上建立了压气机抽气调控的燃气轮机系统动态模型。利用ThermoFlex和电厂运行数据分别验证了模型的稳态特性和动态特性,证明了模型的可靠性。功率-流量、温度-阀门开度采用PID控制器,通过试凑整定参数,保证了系统参数变化更加平滑稳定。分别模拟了20%、40%阶跃降负荷和20%斜坡降负荷指令下系统动态响应,并与传统燃气轮机调峰机组进行对比。结果表明：暂不考虑抽气系统储能利用,虽然抽气系统在效率方面劣于基准系统,但阶跃降负荷下抽气系统表现出更快的负荷调节速率。研究可为压气机抽气储能提升电站燃气轮机调峰调频潜力提供理论参考。     

重型燃气轮机简单循环燃烧试验

目前,亟需对燃气轮机机组燃烧过程进行有效控制和优化以控制NO_x排放。本文以德国西门子SGT5-4000F(4)重型燃气轮机为研究对象,考察了简单循环燃烧过程中不同燃气轮机负荷下空气系统、燃料系统、燃烧系统和排气系统各参数对NO_x排放的影响规律。结果表明:压气机压比、进口可调导叶(IGV)阀位、燃烧室差压随燃气轮机负荷变化呈特定线性变化关系,值班气流量和透平排气温度是影响NO_x排放的重要参数;当燃气轮机负荷低于110 MW时,NO_x排放质量浓度随负荷增加而增加;当负荷高于110 MW时,NO_x排放质量浓度随负荷增加迅速降至最低值后逐渐增加至趋于不变。     

掺氢比例波动时氢混燃气轮机动态响应特性研究

在“双碳”目标的推动下，燃气轮机掺氢及纯氢燃烧技术备受关注，通过可再生能源制取“绿氢”并用于电力生产是未来能源领域的发展方向。而氢气来源的波动势必会引起氢混燃气轮机燃料掺氢比例的变化，为此研究了掺氢比例波动时燃气轮机的动态响应特性。以某F级重型燃气轮机为研究对象，采用模块化建模方法构建了机组的动态模型，对掺氢比例波动时不同负荷下机组关键参数的响应特性及部件运行的安全性进行了仿真分析。结果表明：当氢气掺混比发生波动时，透平入口温度（T3）将出现剧烈波动，在高负荷区将出现T3超温现象，叶片工作环境恶化，影响机组安全运行；氢气掺混比例波动幅度越大，机组负荷越高，T3超温现象越显著；而氢气掺混比例波动对压气机的影响相对较小，压气机仍能维持合理的喘振裕度。     

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。     

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。     

不同初始负荷及环境温度下燃气轮机一次调频能力仿真研究

为了研究不同初始负荷及环境温度下燃气轮机机组在电网中对电网频率波动的响应特性,分析了燃气轮机压气机、燃烧室和透平的物理模型。基于Matlab/Simulink平台,建立了包含功率计算模块、温度计算模块、燃料量计算模块、风量计算模块、转速计算模块等的GE9FA燃气轮机机组的动态仿真模型,研究了不同初始负荷下机组对电网频率扰动的响应特性,并分析了不同环境温度影响燃气轮机对电网频率扰动响应的机理。     

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。     

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。     

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。     

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。     

燃气–蒸汽联合循环抽凝式热电联供机组调峰经济性分析

高比例可再生能源电力系统中燃气–蒸汽联合循环发电及其热电联供机组面临深度调峰。针对以重型燃气轮机为基础构成的热电联供系统,采用压气机与透平逐级叠加法及模块化的余热锅炉变工况特性分析等方法构建燃气-蒸汽联合循环发电机组的全工况分析模型;以某390MW等级抽凝式热电联供机组为例,获得其电力调峰深度及全工况燃料成本产值率。结果表明:在设计热电比为0.4时,电力调峰深度为31.23%。在电价与燃料价格之比为2.806、热价与燃料价格之比为1.215的情形,当设计热电比为0.2时,机组燃料成本产值率几乎稳定在1.611,即电力调峰对此供热工况的经济性几乎没有影响;当设计热电比高于0.2时,机组参与电力调峰具有较强的经济性优势;若燃料成本产值率期望值取1.41,则机组约在60%负荷率以下纯凝工况运行将面临亏损。研究结果为燃气轮机发电项目的运营决策提供理论及实践参考。     

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。     

联合循环机组中燃气轮机部件劣化对功率效率的敏感性分析EI北大核心CSCD

我国以市场换技术方式引进的F级燃气轮机,运行多年后其部件劣化不可避免。以机组现场运行数据为基础,应用回归分析法建立了燃气轮机的运行特性模型,并结合三压再热余热锅炉模型,研究了不同IGV开度下压气机劣化和透平劣化对联合循环机组功率、效率影响规律,以及对劣化所带来的影响提出了应对措施。以MPCP1-M701F联合循环机组为研究对象,分析表明:在相同IGV开度下,功率、效率的变化与部件劣化程度基本呈线性关系,透平劣化对功率、效率的影响大约是压气机的3倍;随着IGV开度的减小,功率对2种部件劣化的敏感性因子都呈下降趋势,效率对压气机劣化的敏感性因子呈上升趋势,但是对透平劣化的敏感性因子呈下降趋势。为弥补部件劣化带来的联合循环功率、效率下降,提出了调整IGV开度和改变透平排气温控线的方法来改善劣化工况,分析结果为挖掘机组的节能潜力提供参考。     

贫燃催化燃烧燃气轮机部分负荷特性分析

介绍了贫燃催化燃烧燃气轮机系统的流程及可采用的部分负荷调节方式。建立各主要部件的数学模型,进行各调节方式下部分负荷特性的分析。提出了压气机进气加热调节方式,将此调节方式下的部分负荷特性与其他调节方式下的特性进行了对比。得到的主要结论有:催化燃烧室入口温度是影响系统部分负荷运行的关键因素;转速调节的工作范围最大,抽气调节居中,燃料气量调节最小;燃料气量调节方式下,甲烷转化率最低;在正常工作范围内,燃料气量调节工况下的系统热效率高于抽气调节工况下的热效率;压气机进气加热调节能延伸燃料气量调节方式的工作范围,但是降低了热效率。     

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%。