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。     

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。     

大型电站燃气轮机的水洗经济周期研究

针对大型单轴联合循环机组中的燃气轮机,研究关于压气机水洗的经济性、水洗恢复功率的计算等技术问题。给出解决问题的具体技术路线,并以某单轴M701F型燃气轮机-蒸汽轮机联合循环机组为例,基于机组的实测数据及变工况计算,获得必要的性能折算因子,得到该机组在不同运行方式下的压气机经济水洗周期。     

重型燃气轮机关键部件运行效能软测量方法研究

燃气轮机压气机效率、燃烧效率、透平效率、燃烧室出口温度等综合性指标或参数的准确辨识是燃气轮机效能监测与劣化致因诊断技术的关键之一,但这些综合性指标或参数往往无法直接测量。建立了基于热力学原理的燃气轮机关键部件效能软测量模型并验证了模型的准确性,实现了上述综合性指标或参数的准确软测量。在此基础上,基于历史运行数据对某型F级燃气轮机的关键部件效能参数进行了辨识并分析了其劣化程度。结果表明:对于常年调峰运行、启停频繁的机组,透平等高温部件效率劣化程度相比压气机等冷端部件更为严重,建议在停机检修时对透平等高温部件的健康状态予以特别关注。该研究结果可为适时开展燃气轮机状态检修提供理论参考。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。