基于动态仿真系统的空分及高压氮气管路节能优化研究

针对国内首台整体煤气化联合循环电站,建立了关于该电站空分设备和全厂主要高压氮气使用设备及管路的实时动态仿真系统。在不同负荷下稳态运行的仿真测试表明,建立的实时动态仿真系统对于现场运行状态的仿真结果误差小于5%,表明该仿真系统具有较高的精度,能够用于对实际物理过程的仿真。利用该实时动态仿真系统对新增氮气储罐布置于原有空分至高压氮气缓冲储罐之间的管路来收集放空氮气同时平稳原有高压氮气管路压力波动的改造方案进行了研究,结果表明改造方案相比现有方案可以减少高压氮气管路系统压力波动范围,且串联布置方式优于并联布置方式。

燃烧前CO_2捕集技术在IGCC发电中的应用

由于整体煤气化联合循环(IGCC)发电本身的技术特点,使得其非常适合于进行燃烧前CO2捕集。针对IGCC特点,提出了一种MDEA脱酸气结合湿法氧化法硫回收的燃烧前CO2捕集流程。通过模拟计算,验证了流程的可行性。将其与IGCC发电系统集成,对比计算了有无燃烧前CO2捕集的IGCC系统供电效率等相关参数,燃烧前CO2捕集使IGCC供电效率降低约10个百分点。分析指出了导致包含燃烧前CO2捕集的IGCC供电效率降低的3个因素:蒸汽消耗、燃料化学能损失和新增动力设备电耗,并据此确定了今后的优化方向。

回收余热的热电联产IGCC电站研究

整体煤气化联合循环(integrated gasification combined cycle,IGCC)作为洁净煤发电技术,发展为供热机组后,可实现更为清洁的煤基热电联产技术。另一方面,IGCC目前投资较高,若能实现与集中供热结合,供热收益可大幅度改善IGCC的经济性,而以热定电的形式保证了IGCC的年发电小时数,为IGCC的商业化推广提供了一条有力的途径。进行汽轮机乏汽余热回收与烟气余热回收后,IGCC的总体能源利用效率会进一步提高,经济性也将大幅改善。该文研究结果表明:400 MW级的IGCC热电联产系统的热电比为47.2%,总体能源利用效率为57.6%;进行余热回收后,热电比为55.6%,总体能源利用效率为60.8%;在热力站进行吸收式换热改造后,热电比为62.0%,总体能源利用效率为63.4%。

多场景海上风电场关键设备技术经济性分析

中国海上风电正在走向深远海。离岸距离和水深的增大对海上风电场关键设备的技术选择和成本造价影响很大,海上风电场单位千瓦投资也相应变化。对海上风电场基础结构、海缆等关键设备费用在不同离岸距离和水深条件下的变化进行分析,探讨登陆送出、场内集电、基础结构等技术发展对投资的影响。远海风电场通过采用柔性直流和高电压场内集电技术,关键设备的单位千瓦投资可以低于目前在建的近海风电场。对于未来将采用8 MW风电机组的深远海风电场,采用先进的基础结构和输电技术,关键设备投资成本将比现有技术下降2 200元/kW,大幅降低深远海风电场开发投资。

基于IGCC的燃烧前CO_2捕集抽蒸汽策略研究

为了降低燃烧前CO2捕集对IGCC蒸汽动力系统出力的不利影响,并保证CO2捕集系统的稳定运行,CO2捕集消耗的蒸汽需要合理的从IGCC系统内部抽取。采用仿真模拟软件,研究了CO2捕集对IGCC系统中燃气轮机、余热锅炉和汽轮机负荷的影响。提出了两种水–气变换反应加湿蒸汽抽汽方案,通过对比这两种加湿蒸汽抽汽方案对汽轮机出力的影响,确定了最优的向CO2捕集系统供汽策略。其中,水-气变换反应加湿蒸汽从气化炉汽包抽取,CO2分离过程消耗的低压加热蒸汽将根据负荷情况由余热锅炉低压蒸汽系统或汽轮机低压缸抽取。

与IGCC匹配的燃烧前CO_2捕集系统动态特性分析及控制优化

燃烧前CO_2捕集技术在整体煤气化联合循环发电(IGCC)的应用正处于起步阶段。与传统化工系统里CO_2捕集不同,IGCC发电机组要求能够经常在不同负荷下运行,并能保持较高的系统热效率,因此对其动态特性以及控制方案的研究是十分必要的。针对正在建设的某30MWth的燃烧前CO_2捕集系统,基于DYNSIM软件平台搭建了其MDEA脱硫脱碳工艺流程动态仿真模型,研究了CO_2捕集率对主要调节变量的动态响应特性,并针对其特点提出了优化控制方案。将其与原有方案对比,仿真结果表明,应用该方案不仅可以提升CO_2捕集率的动态响应品质,还降低了能耗。

IGCC电站燃气轮机启动燃料的替换研究

当整体煤气化联合循环(integratedgasification combined cycle,IGCC)电站低热值合成气燃气轮机的启动燃料为柴油时,启动成本高,污染物难以控制。为了解决该问题,一个较适用的方法是将燃气轮机的启动燃料由柴油替换为天然气。但由于2种燃料的燃烧特性的不同,需要对燃机在两种不同燃料下的动态特性进行深入的研究,从而提出相应的改造和运行策略。基于天津IGCC低热值燃气轮机的结构及实际运行数据,建立燃气轮机热力学计算模型,对比分析了燃气轮机启动过程中,柴油量、天然气量随燃气轮机负荷的变化情况;其次计算了燃烧器燃烧天然气时的火焰稳定速度范围和优化燃烧器当量直径的范围;并对该燃气轮机燃烧室内的燃烧过程进行了数值模拟研究。最后提出了燃烧器的改造方案和运行策略,在尽量小的范围内进行改造来实现对柴油的替代而且保证燃机的稳定、安全和清洁启动。

煤炭与太阳能互补发电系统四季典型日变辐照聚光集热性能研究

光煤互补发电系统能将300℃以下的中低温太阳热能与传统燃煤电站相结合,用以替代回热抽汽加热给水,从而增加汽轮机出功。对传统的单轴跟踪槽式太阳能集热器用于光煤互补电站的热力性能进行了分析,并对其损失分布进行了研究。针对损失分布特性,提出了一种倾斜跟踪轴的槽式太阳能聚光集热器,并对该聚光集热器用于光煤互补电站后四季典型日的余弦损失、集热效率、太阳能瞬时功率、年均性能等进行了分析。结果表明,当跟踪轴倾斜角为15°时,年均余弦损失将从17.0%下降到9.8%,从而使年均集热效率从52.3%提升到59.5%,年均太阳能净发电效率从19.1%提升到21.7%,太阳能年发电量从17.2GW?h增加到19.6GW?h。

用于IGCC电站空分系统空气压缩单元驱动方式的比较研究

在IGCC电站中,空气分离系统(空分系统)的能耗最高。如果能降低空分系统的能耗,将显著提高IGCC电站的供电效率。该文依托某IGCC示范电站,对IGCC电站独立空分系统空气压缩单元的2种驱动方式进行了分析比较,认为相比于电动机驱动方式,小型汽轮机驱动空气压缩单元的方式不仅有利于电站的启动,而且能使电站的供电效率提高0.47%,在低负荷工况下运行,提高的幅度会更加显著。为进一步提升电站经济效益,通过改造IGCC电站的余热锅炉,增加补燃装置,使其可以在空分系统启动时为小型汽轮机提供启动蒸汽,从而大大降低电站的初期投资。

燃用低热值合成气的燃气轮机透平排气温度分散度优化研究

建立了一个关于燃用低热值合成气的燃气轮机的工程热力学模型,利用燃气轮机实际运行数据对该模型进行了校验。利用经过验证的热力学模型分析了该燃气轮机透平出口排气温度不同测点之间分散度较大的原因在于燃气轮机压气机出口至左、右侧燃烧室的压缩空气流量不平衡。根据压气机出口至左、右侧燃烧室顶部环形空间差压以及透平出口排气温度周向差异,给出了一种快速计算分别进入燃气轮机左、右侧燃烧室合成气流量的方法,据此调节合成气流量可以减少透平出口排气温度分散度。计算结果表明,利用该方法调节分别进入左、右侧燃烧室的合成气流量后,燃气轮机左、右侧燃烧室排气经过透平后温度的相对偏差由实际运行的平均3.55%(相当于平均29.7℃)可以减少到平均0.14%(相当于平均1.2℃)。CFD模拟表明,该合成气流量调节方案基本不影响燃气轮机燃烧稳定性,同时会略降低NOx排放。

低热值合成气燃气轮机仿真系统的设计与验证

以国内首台天津整体煤气化联合循环电站关键设备低热值合成气燃气轮机为研究对象,通过机理分析等手段,搭建了针对该燃气轮机的仿真系统。介绍了该仿真系统模型的结构。通过对比不同燃料不同负荷的稳定运行工况下,以及燃料切换的动态过程下,燃气轮机仿真系统与现场实际测试的数据,得出稳定工况下,仿真系统与实际运行参数误差小于5%,动态过程下主要运行参数如燃气轮机负荷,平均误差小于1%,最大误差小于10%。表明搭建的低热值合成气燃气轮机仿真系统能够实现准确对现场燃气轮机运行过程的仿真。

并列螺旋管圈管内两相流不稳定性程序 OTSGI

研究了螺旋管直流蒸汽发生器两相流不稳定性。利用线性化频域理论，采用分相模型，考虑到了管壁动态特性，建立了螺旋管直流蒸汽发生器两相流不稳定数学模型，编制了计算程序ＯＴＳＧＩ，分析了入口节流圈、系统压力等因素对不稳定性的影响，给出了螺旋管直流蒸汽发生器两相流不稳定区域。

螺旋管直流蒸汽发生器两相流不稳定性

研究了螺旋管直流蒸汽发生器两相流不稳定性。阐述了两相流不稳定性机理。利用线性化频域理论，建立了螺旋管直流蒸汽发生器两相流不稳定性数学模型。编制了计算程序ＨＴＯＴＳＧＩＡ，分析了入口节流圈、系统压力及不同螺旋管圈等因素对螺旋管直流蒸汽发生器两相流不稳定性的影响。给出了螺旋管直流蒸汽发生器两相流稳定区域。计算值与实验值基本一致。

基于动网格对风力机尾流的数值模拟

为了更真实地分析风机尾流流场,尽量减小尾流影响,提高风电场输出功率及效益,提出一种利用动网格技术进行风场优化的新方法。针对1.5 MW风力机叶片旋转区域进行动态网格化求整个流道内的尾流场,同时利用CFD方法与致动盘理论相结合的方法对单个风力机远尾迹区的流动状况进行数值模拟。利用两种计算方法对单台风力机的尾流区域进行计算,获得单台风力机尾流中风轮中心的轴向速度分布及风力机下游不同位置处的流场分布,并与改进Jenson模型结果进行对比分析,表明该动网格方法能较好地捕捉尾流的流场特性,由于新的尾流计算模型考虑叶片真实旋转对尾流影响,准确捕捉风机尾流中产生大小不同尾漩涡,合理捕捉尾流恢复率及尾流半径的变化规律,因此可作为工程开发有效工具,为分析风机尾流流场及风电场风机布置提供一定参考。

基于中尺度WRF模式的海上风电场尾流影响评估

海上风电场群基地的规划设计需要准确、科学地评估风场间的尾流效应。以我国江苏省某300MW海上风电场为研究对象,采用耦合风电场参数化模型的中尺度天气研究与预报(weather research and forecasting,WRF)模式对海上风电场尾流效应影响进行模拟研究。结果表明:WRF模式的计算结果与测风数据吻合较好,准确度满足海上风电前期风资源评估要求;进一步与海上风电场运行数据进行对比,分析了耦合风电场参数化模型的WRF模式计算结果偏高的原因;受上游风电场尾流的影响,下游风电场中心处的风速下降19.3%、尾流长度由14km增加至45km,且总功率下降13.7%。若将海上风电场内额定功率为4.2MW的风力机替换为20MW,一定程度上可减轻上游风场的尾流影响。

复杂地形下风力机尾流数值模拟研究和激光雷达实验对比

以CFD数值计算和实验相结合的方法,对处于中国西南某多山地区陆上风电场的尾流特性进行研究,验证不同数值方法在复杂地形的适用性。首先采用2台激光雷达,测量目标风力机一个月内的自由来流风速和尾流廓线,在地形上坡加速效应下,不同大气稳定度下目标风力机的自由来流风速廓线均呈负梯度。然后分别采用经典致动盘和改进致动盘法,模拟目标风力机在主风向下的尾流发展。不同于只有风速与压降关系的经典致动盘法,改进致动盘法更考虑了叶片几何和气动参数(尺寸信息、攻角、桨距角、升阻力系数等)。通过与后置激光雷达尾流测试结果对比,这2种基于CFD技术的数值模拟方法,计算网格相同,计算时间相当,且均能较好地模拟因为复杂地形而引起的尾流偏转;其中改进致动盘的尾流形状与激光雷达相似,速度亏损也更接近激光雷达结果。因此,改进致动盘法更适合于复杂地形条件下风场模拟,较好平衡了计算的效率与精度。

基于Openfoam的怀来复杂地形风电场流动特性研究

针对实际风电场复杂地形的流动特性,基于Openfoam开源软件进行二次开发。通过自主研发的网格捕捉地形工具,运用计算流体力学(CFD)模拟方法,研究了复杂地形条件下不同扇区入口方向的流动模拟。模拟结果表明:基于Openfoam的复杂地形模拟方法具有较高的模拟精度,验证了方法的可行性;以河北怀来的实际复杂地形为研究对象,通过定性和定量速度场特性分析可知,风绕过山体,受到山体漩涡流动和风机尾流损失的影响,风电场的风能品质下降;主风向下流动的自持性较高,而在其他扇区进出口的流向速度梯度不为零,存在较大的回流现象,各个机位点在轮毂高位处的观测结果与商业软件计算结果相差15%左右。文章的研究方法对于复杂地形数值模拟和风电场微观选址具有重要的参考价值。

理论发电量完成率在海上风电场评价中的应用

针对中国目前海上风电场起步较晚,技术不够完善,行业内对于海上风电场建设、机组选型和运营维护缺乏足够经验的特点,为完善海上风电场效能评价体系,提出理论发电量完成率的概念和相应的计算方法;同时,将理论发电量完成率这一指标代入实际案例进行计算分析。结果表明,理论发电量完成率能较好地反映风电机组和风电场的运行状态,能够将风资源状况和风电机组运行状态按照时间序列有机结合起来,是一个可操作性强且具有实际参考价值的指标,对海上风电场的评价和运行管理水平的提升有较好的指导意义。

烟道降阻解决引风机失速的分析与应用

某燃煤电厂550 MW机组完成超低排放改造后,出现了引风机失速的问题。对排烟系统开展了压降特性测量,并建立了压降预测模型,同时利用数值模拟技术对脱硫系统的烟道进行优化。结果表明:引风机失速的原因为脱硫系统的实际运行阻力高于设计值,并且相对于理论失速线,引风机的实际运行失速线向右下方发生了偏移。对脱硫系统烟道进行优化后,解决了引风机失速的问题。

启动分离器在超临界压力直流锅炉中的启动特性

该文根据低负荷水冷壁无延迟跟踪假定建立了超临界压力直流锅炉中启动分离器入口焓方程。以平均比容和平均焓值作为特征变量，模拟了启动分离器在超临界压力直流锅炉从冷态启动至带节流的直流锅炉运行过程中的启动特性。以华能南京电厂的俄罗斯锅炉ТПП－３１６／ｃｏ为研究对象，部分结果与现场实际运行参数作了比较。最后，给出了在启动过程中启动分离器主要参数的启动曲线。