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。     

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%。     

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。     

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。     

燃气机组热调峰性能及经济性分析

通常,许多燃气热电机组采用低压缸空载供热改造以保障冬季供热。为分析在有限天然气量、不同背压下低压缸空载的供热性能,以某燃气-蒸汽联合循环直接空冷机组为例,通过计算不同背压下低压缸的最小进汽量,确定空载供热的安全调节范围;并建立包含供热量、低压缸功量、冷源损失及辅助设备耗电量的能量系统㶲分析模型,评价低压缸空载工况的供热经济性。结果表明,降低背压有利于增加燃气机组的最大供热出力、低电负荷下的热调峰能力及低压缸能量系统的㶲效率。     

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。     

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。     

燃气-蒸汽联合循环热电联产机组供热特性分析

以某460 MW燃气-蒸汽联合循环热电联产机组为对象,研究了利用Ebsilon仿真软件建立模型并进行变工况计算的过程,通过仿真结果与热平衡图上设计值的对比,验证了模型及该建模方法的准确性和可靠性,证明该方法适用于燃气-蒸汽联合循环热电联产机组的计算。此外,对不同供热抽汽流量、环境温度以及负荷率下机组供热特性进行分析。结果表明:在性能保证条件燃气轮机100%负荷率工况下,当高、中、低压抽汽流量分别从0增加到60 t/h时,机组联合循环效率分别提高4.24%、4.31%、4.08%,热耗率分别降低193.6、215.4、203.3kJ/(kW·h);环境温度低于15℃时,额定供热工况下联合循环热耗率与环境温度成负相关,环境温度高于15℃时成正相关;燃气轮机负荷降低会使汽轮机可运行功率范围减小,机组调峰能力减弱;当供热量大于300 GJ/h时,在相同供热量下75%负荷率下机组的联合循环效率高于100%负荷率。本文研究结果可为燃气-蒸汽联合循环热电系统的优化运行提供数据支撑和理论依据。     

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。     

基于背压连续调节的火电机组变负荷控制

传统火电机组协调控制策略受限于锅炉侧的大迟延大惯性,其变负荷响应时间较长,一般不超过额定负荷的2%/min。本文提出一种基于背压调节的新型变负荷控制策略,在保证机组运行在安全背压的前提下,将循环水流量作为机组负荷的控制变量,当机组负荷出现偏差时,背压调节快速动作,减小偏差;而当机组负荷接近负荷指令时,背压调节恢复机组初始背压,保证机组运行的经济性,同时为下次变负荷调节做准备。在仿真机进行背压调节试验,结果表明湿冷机组循环水流量发生变化后30 s内机组背压和出力都将达到另一稳态值;在此基础上通过机理分析与试验曲线辨识,建立了湿冷机组循环水流量变化对机组出力影响的静态、动态模型;将背压连续调节作为机炉协调控制的辅助手段,建立了基于背压连续调节的新型变负荷控制策略,即背压调节用于机组变负荷控制的初始阶段,末期由协调控制完成。在某300 MW燃煤直流锅炉再热机组进行仿真,仿真结果表明该方案缩短了机组变负荷跨出死区的响应时间,提升了机组的变负荷速率。     

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KPLS的燃气-蒸汽联合循环变工况建模研究

以宝钢电厂燃气-蒸汽联合循环发电机组为背景,在深入分析了联合循环机组变工况性能的基础上,为解决常规的机理建模方法主要关注机组在设计工况附近的性能而在机组运行点偏离设计工况较远时模型误差较大的问题,将基于机组运行特性曲线的机理模型和基于KPLS的数据模型相结合,建立了以大气温度/压力、燃料流量、冷却水温度/流量和汽轮机背压为输入,机组出力为输出的联合循环混合模型。基于核函数的偏最小二乘方法(KPLS),是将PLS和核函数理论相结合,提高了PLS方法的非线性处理能力。用基于KPLS的数据模型修正机理模型预测值与机组实测值的偏差,使得混合模型既能反映过程机理,同时又具有较高的精度。以宝钢电厂联合循环机组的历史运行数据为例,对单纯的机理模型与混合模型进行了比较。实验结果表明,与单纯的机理模型相比,混合模型的精度有较大提高。     

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。     

间接空冷汽轮机组变工况特性研究

以某600MW间接空冷汽轮机组为例,利用EBSILON软件建立了汽轮机和凝汽器模型,结合空冷塔模型完成三者耦合计算,通过正交试验方法研究了多种变工况特性,获得了不同环境温度、循环水流量和机组负荷下背压和热耗率的变化规律。结果表明：机组在相同负荷和循环水流量下,随着环境温度上升,背压和热耗率不断升高,在高温段上升速率明显快于低温段;机组负荷一定,在同样的循环水流量变化幅度下,环境温度越高,背压和热耗率的变化速率越大;在一定环境温度和循环水流量下,随着负荷增大,背压升高,热耗率下降;在机组负荷和循环水流量不变时,空冷塔出口水温上升速率大于环境温度上升速率,在100%循环水流量下,前者为后者的1.11~1.15倍,导致凝汽器进口水温迅速升高,机组运行经济性下降。     

9F级燃气蒸汽联合循环机组参与电网自动发电控制的思考

介绍了燃气蒸汽联合循环机组的负荷控制特点及自动发电控制（AGC）的控制策略,以及机组在变负荷率下的AGC试验（包括AGC试投、升负荷、降负荷）。还介绍了燃气蒸汽联合循环机组参与电网AGC调节时存在的问题及改进设想。如燃气蒸汽联合循环机组投入AGC后,AGC负荷上限值要根据机组实际运行情况进行不断修正,才能真实反应机组运行的负荷上限。为了避免设置燃机最高可调负荷的盲目性和频繁性,确保大型燃气蒸汽联合循环机组经常处在效率高的“基本负荷”模式下运行发电,建议由省级电力调度交易中心通过RTU装置直接将基本负荷指令送到具体的燃气机组：同时分析燃气蒸汽联合循环机组在各种负荷控制模式下的一次调频特性。     

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。     

E级联合循环供热机组调峰能力分析

以PG9171E型燃气轮机为顶循环的联合循环机组作为研究对象,利用EBSILON软件搭建了燃气-蒸汽联合循环系统变工况模型,通过改变供热抽汽量以及相应边界条件,分析了抽汽量变化对联合循环调峰能力的影响情况。结果表明：在供热抽汽量0~135 t/h内,机组调峰裕度为32.16~213.65 MW。比较了不同抽汽量下联合循环机组最小、最大发电功率,发现随着抽汽量的增加,机组的最小发电功率增大而最大发电功率减小。研究结果可为联合循环机组的经济运行和电网调峰决策提供重要参考。     

耦合喷射器的高背压机组变工况特性研究

在喷射器辅助供热的背景下,为了研究喷射器变工况特性,对国内外有关喷射器的计算方法进行调研,建立了喷射器计算模型并将模型与高背压机组进行耦合,得到喷射器变工况时工作蒸汽、引射蒸汽、喷射器背压、喷射器开度对喷射器性能的影响。结果表明：喷射器工作流体压力从0.25 MPa增至0.45 MPa,工作流体质量流量先变大后变小,在工作蒸汽压力为设计工作蒸汽压力时喷射器性能最佳;引射蒸汽压力提高,临界背压提高;引射后的混合流体的压力不仅会影响喷射器的工作,也会影响凝汽器工作;相比抽背机组,高背压耦合喷射器机组低压缸最小冷却流量最大可降低140 t/h,供电范围提高43 MW。     

某联合循环机组甩负荷试验转速飞升过高原因分析

为研究燃气-蒸汽联合循环机组甩负荷过程,分析了某联合循环机组甩负荷过程中汽轮机高压调阀没有快关对此次甩负荷转速飞升的影响,并结合同类型机组甩负荷试验结果评估该机组甩100%额定负荷时的最高飞升转速,指出燃气-蒸汽联合循环机组甩负荷试验需要比汽轮发电机组甩负荷试验考虑更多因素。