燃用低热值合成气燃气轮机性能特点及优化

目前,燃气轮机基本都是以天然气或重油作为燃料进行设计的,而在IGCC电站中供给燃气轮机的燃料为煤气化产生的低热值合成气,其主要成分是H2和CO。由于燃料特性的变化,一方面需要对燃气轮机进行适当的硬件改造,另一方面需要重新设定燃气轮机的运行工况点,以满足燃用低热值合成气的要求。文章初步分析了燃气轮机燃用低热值合成气时,燃气轮机主要系统性能的变化特点,并介绍了相应的应对措施,以满足燃气轮机稳定运行的要求。     

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。     

IGCC低热值燃机启动失败原因分析及处理

简单介绍华能天津IGCC电厂发电工艺流程,介绍低热值燃气轮机的启动过程,针对发电厂燃机在冬季工况下出现的启动失败情况,从燃机点火气系统、进气系统、燃油系统以及燃烧器等方面分析了可能存在的问题并进行排查确认,结合存在问题提出相应的解决措施,最后配合调整燃机启动参数来优化风燃配比,达到优化燃机启动的目的,为冬季工况下机组启动提供有力保障,同时为国内低热值燃机故障处理提供参考。     

IGCC燃气轮机与常规燃气轮机的差异及相关的改造

介绍了IGCC燃气轮机与常规联合循环燃气轮机在燃料、燃烧方式和运行特性等方面的差异,介绍了目前世界上主要厂商对IGCC燃气轮机进行改造的方法,可供电厂设备选型和运行参考。     

低热值燃气轮机烧嘴烧损问题的数值计算模拟研究

整体煤气化联合循环的动力核心是低热值燃气轮机。针对其烧嘴烧损问题,结合低热值燃烧器的结构特点、低热值燃料的特性及低热值燃气轮机实际运行情况,采用计算流体力学(computational fluid dynamic,CFD)方法建立了该低热值燃气轮机燃烧室和燃烧器的数值模型,分析了燃烧器烧嘴烧损的主要原因,发现是因为少量合成气从稳焰孔流出后,被空气挤压,在靠近烧嘴壁面的位置燃烧所造成的。为解决这一问题,提出在稳焰孔上方增加一圈遮焰环的解决方案,并用CFD模型进行校验。结果显示遮焰环方案烧嘴的最高壁面温度由原方案的1666 K降低至1076K,远低于烧嘴材料烧损的温度。     

PG9351FA双燃料燃机的燃烧系统及燃料切换运行介绍

PG9351FA型双燃料燃机采用先进的低NOx燃烧系统,其燃烧主燃料天然气通过D5、PM1、PM2、PM3共4条燃料流通道输送到燃机本体,再经由燃料支管连接到18个DLN2.6+型燃烧器;燃机包括扩散燃烧模式D5、1D、4D、6D和预混燃烧模式4、6.3共6种DLN燃烧模式;燃机启动加载负荷过程中有两种运行途径,每种运行途径所经历的燃烧模式具体转换将在文中阐述。此外,对于双燃料燃机燃气到燃油的双燃料切换操作,及燃油工况时注水系统和雾化空气系统等辅助系统的运行也进行了分析介绍。     

西门子SGT5-4000F机组燃烧不稳定的调整与应对分析

燃气轮机的稳定燃烧是确保燃气轮机可靠运行的重要保障,燃烧过程中的火焰脉动、回火或者熄火都会导致设备运行不稳定,甚至导致燃气轮机的重新启动甚至相关设备损坏。西门子SGT5-4000F是一种常见的技术比较先进的燃气轮机,本文主要对该型号燃机的燃烧器原理进行介绍,对其在运行过程中发生的燃烧不稳定现象进行了研究和分析,并针对燃烧不稳定问题提出了相应的调整方法,具有一定的借鉴意义。     

燃气轮机NO_x排放控制技术

介绍降低电站燃气轮机NOx排放的主要技术,对注水/蒸汽、干式低NOx燃烧和选择性催化还原(SCR)3种控制NOx排放技术进行讨论,指出它们的优缺点和适用范围。分析认为,干式低NOx燃烧技术(DLN)是目前燃用天然气的燃机应优先采用的降低NOx排放的技术,但是干式低NOx燃烧器面临燃烧不稳定的困扰,燃烧稳定的区间很窄,采用该技术后燃机的调峰范围变小。     

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。     

解析整体煤气化联合循环发电中的燃气轮机问题

煤基合成气燃料IGCC发电的燃气轮机的运行环境与燃用天然气的燃气轮机有很多不同，介绍了与其相关的设计运行问题以及解决方略。     

适应整体煤气化联合循环燃气轮机改型方法分析

整体煤气化联合循环(IGCC)是多种设备、多种技术集成的一个复杂系统,整合了化工、发电等各方面技术为一体,包括了气化炉、空分系统、燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机等设备。通过分析煤气化合成气与天然气的差异以及煤气化合成气对燃气轮机的影响,展开燃用天然气燃气轮机改型设计为燃用合成气的方法探索,总结改型设计经验,为整体煤气化联合循环燃气轮机设计奠定基础。     

Study of Sequential Two-Stage Combustion in a Low-Emission Gas Turbine Combustion Chamber

In this paper, we analyzed advanced ground-based power gas turbine units with low-emission combustion chambers used for consecutive two-stage fuel combustion. Such low-emission combustion chambers have a wide range of stable performance modes with reduced emission of harmful substances. The two-stage combustion chambers used in gas turbine units of various capacities—small (for example, M7A-03 with a capacity of approximately 8–10 MW), medium (L20A and L30A with a capacity of 18–30 MW) and large (9HA and GT36 with a capacity of over 300 MW)—showed their universality, efficiency, and good possibilities for scaling. The designs of low-emission combustion chambers for gas turbine units of different capacities are fundamentally similar. They consist of two sequentially located combustion volumes (stages), and each of them has its own burner unit. The first burner unit is typical for low-emission combustion chambers with the combustion of the premixed air-fuel mixture and consists of swirlers, mixing zone, fuel injectors, and igniters. The second burner unit is located downstream, and air-fuel mixtures of a different composition are supplied into it through special holes. The combustion of the mixtures occurs at a lower oxygen content and higher temperature. The ignition, work until idling, and loading before switching to the low-emission mode and switching to it are performed by the operation regulation of the first burner unit. Fuel in the second burner unit is supplied when a certain temperature of the gases arriving from the first combustion stage is achieved, which ensures its self-ignition. The further load is regulated by the fuel supply to the second burner unit. The design implementation of the sequential two-stage combustion scheme and approaches to regulating fuel and air distribution over the stages that ensures stable nonpulsating combustion are different and so they are of great scientific and practical interest.     

IGCC燃机入口合成气温度低导致跳机问题分析及解决措施

天津IGCC示范电站的燃气轮机采用轻柴油和低热值的合成气为燃料。合成气由气化炉产生,先经过净化脱硫再通过混合加湿系统进入燃气轮机。在合成气切换过程中,经常会出现燃气轮机入口燃料温度波动、燃烧状况不稳定的问题,严重时可直接触发连锁跳机。对影响燃气轮机入口合成气温度的各种因素进行了分析,认为入口管路积水是导致入口合成气温度降低并触发跳机的主要原因。根据分析的结果,通过调整工艺条件、加设管道疏水设备、优化控制系统逻辑等多个方面解决了此类问题的再次发生。     

四角切圆燃烧过程稳定性动态分析模拟研究：Ⅱ.结果及分析

本文应用控制理论中的稳定性分析理论，在所建立的动态模型的基础上，考察了在不同条件下锅炉稳定燃烧的能力，认为决定锅炉低负荷运行能力的主要因素是，燃烧过程对风煤配比失调的敏感性；采用钝体及其改进型燃烧器后，稳定燃烧过程能够克服的最大燃料扰动量增大，即锅炉低负荷运行能力得到了提高。最后对提高煤粉气流的着火能力以及锅炉燃烧的稳定性进行了分析。     

重型燃气轮机DLN2.0+系统燃烧调整实践

为提高燃气轮机运行维护水平,掌握燃气轮机干式低NO_x（DLN）燃烧调整规律,通过燃气轮机DLN2.0+系统燃烧调整实践,总结了燃气轮机燃烧调整规律。研究表明通过对清吹空气量、预混燃料1（PM1）比例的调整可以平衡各频段的燃烧动态压力波动及NO_x的排放水平;燃气轮机启动运行中出现可见“黄烟”是由于排烟中NO₂的质量分数超过了一定数值,通过尽早切换到先导预混模式,以及在先导预混模式尽量减少扩散燃料（D5）和预混燃料1（PM1）的比例,可以减轻燃气轮机启动过程中“黄烟”的环境影响。     

合成气燃气轮机燃烧室的试验研究

对某分管型燃气轮机燃烧室及其两个用于燃烧中热值合成气的改造方案在中压全尺寸试验台上进行了考核和实验研究。试验采用的等容积流率模化准则,即采用与真实燃烧室相同的尺寸、燃料、过量空气系数以及燃料和空气进口温度,而空气的总压和流量以及燃料的流量取为真实参数的1/6。试验结果表明2个改造方案的性能参数,包括燃烧效率、总压损失、出口温度分布、火焰筒壁面温度分布和火焰的稳定性(贫燃料熄火极限)都能够满足设计要求。此外,与原型燃烧室燃烧轻柴油的工况相比,2个改造方案在燃烧合成气时燃烧室主燃区的火焰筒壁面温度升高,而燃烧室的NOx排放大大降低,火焰的稳定性得到明显改善。因此保持火焰筒开孔规律不变,增大气体燃料喷射孔面积并增强旋流对燃烧室进行改造,使其能够高效洁净地燃烧中热值合成气,该方法是可行的。