大功率燃气轮机联合循环机组三压再热余热锅炉建模及变负荷运行规律研究

建立了大功率燃气-蒸汽联合循环三压再热余热锅炉热力性能Python编程模型,模型计算了在变负荷条件下的余热锅炉详细热力性能,包括主蒸汽压力和流量、各换热器的换热量和换热系数、以及功率和效率,分析了烟气温度和流量对余热锅炉热力性能的影响,探讨了在机组部分负荷下环境温度、湿度和燃料加热温度如何影响余热锅炉出力。模型经过验证具有较高的仿真精度和计算效率。以某型燃气轮机联合循环机组为研究对象计算表明:当机组负荷从满负荷650 MW降低到部分负荷250 MW后,余热锅炉三压主蒸汽压力和给水流量降低,汽轮机输出功率从219.1 MW减小到了130.4 MW,而余热锅炉效率从89.3%升高到了92.1%;随三压再热余热锅炉入口烟气流量和温度升高,余热锅炉的三压主蒸汽流量都升高;随机组负荷降低,余热锅炉各换热面的换热系数和换热量减小,但是烟气与高温段换热器的换热量在总换热量中的占比升高,烟气与低温段换热器的换热量在总热量中的占比降低;当机组负荷从650 MW降低到300 MW时,在余热锅炉输出能量中,汽轮机轴功率的占比增大了1.67%,烟囱烟气热损失的占比减小了2.63%。

空燃比对燃气轮机燃烧室燃烧不稳定性影响的数值研究

针对某型燃气轮机旋流燃烧室,建立了全尺寸三维燃烧室数值模型,数值研究了空燃比对其扩散和预混燃烧稳定性的影响.结果表明,扩散燃烧模式下,保持燃烧室入口燃气总流量不变,空燃比变化对燃烧室压力脉动主频及燃烧稳定性影响较小.预混燃烧模式下,保持燃烧室入口燃气总流量不变,调整空燃比,燃烧室压力脉动振幅相对稳定;但空燃比增大,燃烧室压力脉动主频减小,燃烧不稳定增长时间缩短,燃烧稳定性相对变差;而空燃比降低,燃烧室压力脉动主频增加,燃烧不稳定增长时间增加,燃烧稳定性相对增强.

空气含湿量对燃气轮机燃烧性能影响

参考某型燃气轮机燃烧室,建立了全尺寸燃烧室数值模型,并结合电厂实际运行数据,研究了空气含湿量对燃气轮机扩散燃烧和预混燃烧性能的影响。结果表明,湿空气会增加燃烧室火焰高度,降低燃烧室出口平面平均温度,且含湿量越大,火焰高度越高,燃烧室出口平面温度越低,燃烧室NOx排放越低。燃烧室出口平面温度分布系数?T随含湿量的变化规律与燃烧方式相关:在扩散燃烧模式下,其随空气含湿量增加而减小;在预混燃烧模式下,?T随含湿量增加而增加;相比干空气,采用湿空气燃烧,燃烧室内压力脉动主频振幅增加,燃烧室燃烧稳定性变差。

燃气轮机污染物排放影响因素相关性分析

为研究某重型燃气轮机污染物的排放特性,本文监测并获得了某电厂热态启机过程燃气轮机排烟通道内污染物排放数据,分析了NO_x等污染物排放规律,并采用统计学相关性分析方法,研究了燃气轮机负荷、值班燃料流量、空气流量等因素与污染物排放之间的相关性。结果表明:热态启机过程中,值班燃料流量、空气流量与NO_x排放之间呈正相关,NO_x排放随值班燃料流量增加而升高;燃气轮机燃烧调整时,可通过减小值班燃料流量控制阀和燃烧室旁路阀开度来降低NO_x排放。

喷射式热泵在天然气冷热电三联供系统中的应用研究

天然气冷热电三联供系统中普遍采用减温减压器将高品位的蒸汽节流降温以供各类用户,节流降温过程伴随不可逆能量损失,导致高品位蒸汽做功能力下降。本研究将喷射式热泵引入天然气冷热电三联供系统,利用高品位蒸汽引射低品位蒸汽,排挤高品位蒸汽返回汽轮机做功,在不改造汽轮机通流部分的前提下提高了系统的经济性。对某三联供系统的分析计算表明,其全厂发电效率、联供系统效率、系统供热能力均有大幅度提高,并能够在不扩建机组的情况下,满足工业园区热负荷增长的需求。研究获得的喷射式热泵的优化设计原则和变工况调节方法,对喷射式热泵技术的研究和推广应用具有重要意义。

大气温度对某型燃气轮机燃烧稳定性和NOx排放影响的数值研究

为了对比扩散和预混两种不同燃烧模式下大气温度对燃气轮机燃烧稳定性和NOx排放的影响规律,针对某重型燃气轮机燃烧室,对多旋流喷嘴燃烧室的燃烧稳定性和NOx排放进行了数值研究。结果表明:对于扩散燃烧,大气温度升高,燃烧室内高频脉动增强,燃烧稳定性变差;对于预混燃烧,大气温度升高,有利于提高燃烧的稳定性;在扩散燃烧模式下燃烧室燃料喷嘴下游回流区的温度最高,NOx生成量最大;预混燃烧下燃烧室头部温度分布较均匀,燃烧室NOx生成主要集中在驻涡回流区和燃烧室中下游位置,燃料喷嘴下游回流区NOx生成量很小;随着大气温度的升高,扩散燃烧和预混燃烧下燃烧室内NOx的生成量均增加。研究结果可为指导燃气轮机运行提供参考。

单轴联合循环发电机组燃气轮机与汽轮机功率区分方法研究

单轴联合循环发电机组中燃气轮机输出功率和汽轮机输出功率的合理区分是联合循环机组运行状态监测与性能分析领域亟需解决的重要问题之一。基于燃气轮机和汽轮机的基本原理,提出一种实施方便、通用性强的单轴联合循环机组燃气轮机与汽轮机功率区分方法。结果表明:采用该方法获得的计算结果与某F级单轴联合循环机组(匹配三压再热凝汽式汽轮机)热平衡设计数据对比,汽轮机功率的最大相对偏差为1.6%,燃气轮机功率的最大相对偏差为–1.42%。这表明本文提出的功率区分方法具有较好的计算精度,可为相关工程应用提供参考和借鉴。

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。

基于大数据的燃气-蒸汽联合循环机组性能分析及诊断系统

本文开发了基于大数据的燃气-蒸汽联合循环机组性能分析及诊断系统,该系统对机组历史和实时运行数据采用大数据技术进行参数整合与相关性分析,利用数据的潜在价值,进行机组状态监测,并建立了燃气-蒸汽联合循环机组运行经济性实时计算分析与状态评估模型。该系统主要功能包括性能计算、性能分析与诊断、性能优化及设备状态分析等,可指导机组优化运行,提高机组运行经济性,为机组状态检修提供设备状态依据。

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。

PG9351FA型燃气轮机热通道部件改造可行性分析

介绍了PG9351FA型燃气轮机热通道部件改造技术,结合某厂PG9351FA型燃气轮机及其联合循环机组实际情况,分析并提出改造原则及改造方案,对改造方案下的联合循环机组热力性能变化及投资收益进行了预估分析。结果表明:针对PG9351FA型燃气轮机实施热通道部件改造,能够提高联合循环机组的出力和热效率,改造经济性较好;建议在实施改造前,对全厂关键配套设备进行必要的核算、检查和试验,以有针对性的制定改造方案。

环境侧风影响下自然通风空冷塔性能提升研究

针对环境侧风影响下,小型自然通风空冷塔的换热性能提升问题进行数值模拟研究。利用ANSYS/Fluent建立小型间接空冷塔的数值模拟模型,并将数值模拟结果与模型塔在侧风影响下的试验结果进行对比,以验证模型结果的准确性。基于某20m高的小型间接空冷塔的数值模拟结果表明:侧风在塔侧壁外侧引起的“高压区”是形成塔迎风侧散热器底部“负压区”、塔底部侧漩涡的原因,并使塔内空气流量减小。通过安装新型导风装置,将阻止大部分塔侧壁处的侧风往塔进风口处流动,并降低“风盖”的坡度以减小其对塔进风口高度以下侧风方向的影响,使空气通过空冷散热器的面积增大,进而提高塔在侧风影响下的热力特性。相比于未安装导风装置的情况,当侧风从4m/s增大至12m/s,通过安装新型导风装置可使塔的热负荷提升70%~130%。

F级联合循环机组余热锅炉双热源梯级加热天然气方案研究

基于Thermoflow软件建立某F级联合循环机组底层蒸汽循环热力计算模型,并针对双热源梯级加热方案对机组性能的提升机理进行分析。与单热源加热方案相比,双热源梯级方案将大部分单热源加热方案中加热天然气的热量采用余热锅炉尾部的低品位废热来代替,并将中压省煤器处高品位的烟气热能用于产生更多的再热蒸汽、低压蒸汽流量,提升机组出力,并降低余热锅炉排烟温度。随着机组负荷的下降或环境温度的增加,双热源梯级加热方案对机组性能的提升效果将减弱。经计算分析,F级联合循环机组采用双热源梯级加热方案的年收益将达到约60万元,投资回收期为约5.5年。

脉冲爆震燃气膨胀过程及能量转换难易度评价方法

为了提高脉冲爆震燃气的能量转换效率,分析了脉冲爆震燃气在涡轮内的膨胀过程,建立了评价爆震燃气能量转换难易度计算方法,并基于脉冲爆震燃烧室与轴流涡轮匹配工作数值模型,采用涡轮效率对燃气能量转换难易度计算方法进行了验证,结果表明:(1)爆震波膨胀过程,爆震燃气在涡轮静叶内会产生热壅塞现象,并往上游形成前传压缩波;(2)涡轮内爆震燃气的膨胀主要分一次膨胀、过度膨胀和二次膨胀三个阶段,爆震燃气在涡轮内的焓降主要发生在一次膨胀和二次膨胀阶段,在过度膨胀阶段,燃气在涡轮内做负功;(3)当量比为0.72、0.89和1.00三种计算工况的燃气能量转换难易度分别为0.396、1.000和0.803,对应的涡轮效率分别为0.473 6、0.597 2和0.570 3,验证了燃气能量转换难易度计算方法的准确性。