辅助燃煤机组AGC调节的熔盐电加热器动态性能研究

燃煤机组耦合熔盐电加热器系统可大幅提升其调频调峰能力。基于Modelica语言建立了熔盐电加热器的动态模型并完成了试验验证,揭示了熔盐电加热器在熔盐流量扰动和机组自动发电控制(AGC)负荷扰动下的动态特性。基于其动态特性提出了“前馈+PID”调节的温度控制方法,计算分析了熔盐电加热器辅助燃煤机组AGC调节时的电负荷变化特性和热力参数变化特性。研究结果表明,配置10 MW熔盐电加热器可使660 MW燃煤机组AGC变负荷速率提升340%,且所提控制方法能够维持电加热器热力参数的稳定。

大型汽轮机低压次末级动叶片优化前后典型故障原因分析

某型汽轮机低压次末级动叶片优化前后均出现了次叶片断裂和裂纹故障问题,为了查明该型叶片故障原因以防止后续再次发生,对叶片故障情况、运行参数及历史记录等进行检查,对部分故障叶片材料和断口进行理化检验分析,并采用有限元法对优化前后叶片离心应力和轮系振动特性进行数值分析。结果表明:叶片断口为高周疲劳断裂;优化前叶片出汽侧内弧面顶部与围带连接过渡处产生裂纹并断裂的主要原因是工作状态下叶片产生较大的扭转恢复,使围带发生严重挤压,在出汽侧内弧面顶部与围带连接过渡处产生应力集中和疲劳损伤,叶根结构设计不合理是叶片叶根发生高周疲劳开裂的主要因素,而叶片叶轮系统6节径1阶振动落入“三重点”共振区是叶片故障的次要因素;优化后叶片叶根断裂的主要原因为叶根结构设计不合理,而叶片叶轮系统11节径2阶振动落入“三重点”共振区是叶片叶根故障产生的次要因素。

基于熔盐储热辅助煤电机组深度调峰的系统设计及容量计算方法研究

构建以新能源为主体的新型电力系统对于煤电机组深度调峰提出了更高的要求,通过对电网需求的分析以及各种储能技术的对比,以燃煤发电机组的系统特征为出发点,提出了一种基于熔盐储热辅助煤电机组深度调峰的系统,并给出了其运行方式。通过理论分析,给出了熔盐系统加热、储热、换热3个子系统的主要参数计算方法;以某660 MW燃煤机组为例,在分析其热力边界和调峰需求的基础上,依照提出的计算方法,计算得到了熔盐系统电加热模块的功率以及连接方式;选定了熔盐的种类以及换热系统的进出口参数;确定了熔盐储热的容量、用盐量和储罐容积,为准确核算项目投资和项目占地提供了可靠的数据支撑。该系统以及计算方法可为同类型工程项目前期设计提供参考。

供热机组热电解耦技术对比

开展大规模热电解耦技术改造已成为供热机组未来的发展趋势。本文以某亚临界330 MW供热机组为例,从技术原理、技术特点及应用业绩等角度出发,对高中压缸旁路供热、储热供热、电极锅炉、低压缸零出力供热等供热机组常用的热电解耦技术进行了汇总、探讨和比较分析。高中压缸旁路供热技术适用于所有的燃煤供热机组,但其减温减压器、调节阀及相应管路系统运行的安全可靠性有待进一步研究和现场论证;供热机组配置储热罐或电极锅炉装置时,应需要根据当地电网形势、调峰政策、供热热负荷等因素进行优化设计;低压缸零出力供热技术应用于供热机组热电解耦技术改造中成本最低,热经济性最佳,综合优势最大。建议从机组实际情况出发,寻求最适合机组自身特性的热电解耦技术方案。

“双碳”目标下火电机组耦合储能的灵活性改造技术研究进展

“双碳”目标下,可再生能源高比例接入电网,对电力系统的安全、稳定运行造成威胁,需要适时调整火电机组的负荷来维持电网平衡。为提升火电机组参与电网调节的质量,提出应用火电机组耦合储能系统的灵活性改造方式。该文立足于我国火力发电的发展现状,分析其面临的严峻形势和重大挑战,探讨火电机组耦合不同储能技术的灵活性改造措施,在此基础上对火力发电耦合电源侧储能技术的未来发展进行展望,指出实现“双碳”目标的战略重点和难点,同时提出相关建议和应对措施。

多机组、多模式的热电联产厂级供热优化

为实现热电联产企业成本最小化和盈利最大化,需精确掌握不同供热模式的电-热能效关联特性,以及电、热双变量约束条件下供热负荷在机组间的优化分配方式。本文以某具有3种供热模式的多机组供热电厂为例,建立多机组、多供热模式的能耗分析及厂级供热负荷优化分配模型,提出以总供热负荷和发电负荷率变量约束下的厂级总耗煤量最低为寻优目标,得到变总供热负荷、变发电负荷条件下的供热负荷最优分配策略。结果表明:高背压供热机组背压始终保持高值;热电比高的机组带最大供热负荷,其余由其他机组补充;通过对供热负荷厂级优化分配,全厂总耗煤量可降低2.5~5.9 t/h,占总耗煤量的0.60%~1.66%。

内燃机余热回收冷热电联供系统性能研究

针对内燃机排气的特点,构建了一种新型冷热电联产(CCHP)系统来进一步回收排气余热,达到节能减排的目的。该CCHP系统由1个简单回热超临界二氧化碳(S-CO_(2))布雷顿循环、1个喷射式制冷循环和1个热水器组成。为了评估系统性能,建立了系统的热力学模型,并比较了单一S-CO_(2)循环与CCHP系统的性能参数。此外通过参数分析,研究了压缩机出口压力、透平1进口温度以及制冷蒸发温度3个重要参数对于系统性能的影响。最后,以系统同时产生最大净输出功和制冷量(CCP模式)或同时产生最大净输出功和供热量(CHP模式)为优化运行模式,对系统进行了多目标优化。结果表明:CCP模式下,系统净输出功、制冷量、供热量之和为546.87 kW,热效率和㶲效率分别为45.81%和50.55%;而在CHP模式下,同样的性能指标则分别为501.35 kW、41.95%和50.46%。

深度调峰工况下凝结水泵节能优化

火电机组深度调峰工况下,凝结水泵的节能优化研究对提高机组运行的经济性非常关键。本文分别以某330 MW"一机两泵"和"一机一泵"2种布置的供热机组所配套的凝结水泵为研究对象,采用Ebsilon软件进行建模,模拟计算机组在正常运行和深度调峰工况下的运行状况,分析了凝结水泵的流量特性和功耗特性,提出了增设1台小流量凝结水泵的节能优化方案,并且从经济性和可行性方面进行了论证。结果表明:在机组深度调峰工况下,原有凝结水泵及配套电动机系统效率低,功耗大,影响机组的安全经济运行;增设1台小凝结水泵的平均功耗比原凝结水泵耗功小,且经济可行,实际可操作。

辅机统调动力源系统在某660 MW机组的应用

以高转速变转速汽轮机和变频发电机为主组成的统调动力源系统,统一调节最佳运行频率比较一致的主要辅机设备,在减小系统节流损失提高传动效率的同时,系统更为集中、简单,便于维护。某660 MW机组采用变频驱动锅炉风机的统调动力源系统,通过性能试验掌握了系统运行特性,得到了不同负荷下最佳运行方式。THA、75%THA和50%THA工况最佳频率分别为47 Hz、41 Hz和41 Hz。在频率41～50 Hz范围内,统调动力源系统最优频率运行下机组供电煤耗较改造前风机工频运行状态下略有下降或基本持平,较变频运行状态略有增加,但厂用电率显著降低,机组净供电能力明显提升。随着运行频率降低,引风机、一次风机和送风机的运行效率有不同程度的提高。三大风机总耗功随运行频率呈近似线性关系:运行频率自50 Hz降低至最佳点,THA、75%THA和50%THA工况下总耗功分别降低了308 kW、816 kW和868 kW。

带凸肩自锁结构汽轮机低压末级长叶片动频率数值分析和测试

带凸肩自锁结构汽轮机低压末级长叶片在不同工作转速下由于凸肩接触面接触状态和接触应力不同而导致叶片叶轮系统的振动频率不同,呈现典型的非线性特征,造成叶片叶轮系统振动特性的数值分析存在一定困难。针对某制造厂新设计开发的大刚度高强度880 mm低压末级长叶片,采用有限元接触方法计算分析了不同转速下叶片凸肩接触面的接触面积、接触应力等接触状态,进而计算分析了该状态下叶片叶轮系统不同节径不同阶数的振动频率。最后,采用无线电非接触测试方法在动平衡舱测试了该叶片叶轮系统在1 300~3 200 r/min转速范围内的“三重点”共振频率及共振转速,并与数值分析结果进行了比较。结果表明,数值计算结果与试验结果基本吻合,880 mm叶片叶轮系统在工作转速附近不存在“三重点”共振。

与煤电机组耦合的压缩空气储能系统分析

煤电机组与大规模储能系统协调运行,可充分发挥储能灵活资源与煤电机组的调节能力,提升电力系统灵活性,促进电力系统低碳化转型。本文提出一种与煤电机组耦合的压缩空气储能系统,在压缩储能阶段利用煤电机组凝结水吸收空气圧缩热,在释能发电阶段利用机组给水/抽汽实现对膨胀机入口空气的梯级加热。分别对压缩、储能过程不同耦合方案进行了对比分析,得出给定参数下与煤电机组耦合的压缩空气储能系统的最优方案,并与传统带储热装置的压缩空气储能系统的运行效率进行了对比。结果表明,通过压缩空气储能系统与煤电机组热力循环的合理耦合,可使系统效率提升5百分点。

热网循环水泵驱动方式对供热机组综合能耗的影响研究

为分析供热机组的真实供热能耗,建立了以相同发电量凝汽机组为参比状态的供热机组能耗分析方法——参比机组法,获得了该方法与热量法、(火用)方法供热能耗计算结果的定量差异,进而采用参比机组法,分析了热网循环水泵驱动方式对机组供热能耗的影响。研究发现:热负荷或电负荷固定时,热量法计算的供热煤耗率较参比机组法高,(火用)方法计算的供热煤耗率与参比机组法较为接近,差值在–1.61~4.21 kg/GJ。当综合评估供热煤耗、电耗的总量时,热网循环泵采用汽泵供热机组的总煤耗量比采用电泵供热机组低0.23~0.32 t/h,汽泵供热机组供热煤耗率低于电泵供热机组。

轴向轮缘密封导流段几何结构对涡轮级气动冷却特性影响的数值研究

以轴向轮缘密封为研究对象,在传统直缝密封间隙结构的基础上,通过改变轴向外齿间隙区域的几何型线,设计了双曲线、椭圆及圆型密封导流段结构,数值求解了三维RANS方程组和SST湍流模型,并且系统深入研究了这4种不同导流段几何结构下轮缘密封射流对涡轮级的气动性能,以及对下游动叶端壁冷却性能的影响规律。研究结果表明:所设计圆型、椭圆型以及双曲型导流段结构均可提高涡轮级整体气动性能;圆型密封导流段结构具有最佳的气动性能以及端壁气膜冷却效果。相比于直缝型导流段结构,采用圆型导流段结构在相同的冷气流量下,涡轮级效率可提高约0.23%;在动叶前缘轮缘密封射流所覆盖的冷却区域,采用圆型导流段结构时冷却效率可提高约20%。

轮缘间隙出流对下游动叶端壁气膜冷却特性的影响

对轮缘间隙出流与主流相互作用下的动叶端壁气膜冷却特性进行了研究,通过数值求解三维RANS方程组和SST湍流模型,详细分析了冷却气流质量流量比MR和进气预旋度等气动参数对动叶端壁气膜冷却特性的影响规律。结果表明:增大MR有利于提高动叶前缘端壁区域的气膜冷却效率,但即使在较大MR工况下,动叶中后弦长端壁区域仍无法获得充足的气膜保护;随着进气预旋度的增大,气膜覆盖面积和平均气膜冷却效率均有所提高;通过调整进气预旋度使冷却气流以设计气流攻角进入动叶通道时,动叶端壁将获得最佳的气膜冷却特性。

耦合喷水的旁路减温减压阀性能分析及优化

基于Euler-Lagrange两相流动模型,分析喷水减温时阀内的涡流特性与减温减压效果,针对涡流导致的汽液混合不均问题,在喉部加装旋流板以改善两相流动特性,提升了减温减压效果。结果表明:减温减压阀喉部会产生向上的射流,形成较大的涡流区。液滴在涡流区与蒸汽混合较差,减温效果降低。优化后的减温减压阀喉部旋流板形成的周向旋流可消除轴向涡流,促进汽液混合。加装旋流板后,温度均匀性系数提升20%,液滴蒸发速度加快,减温效果大大提升,在变工况时仍有较好的效果。应力分析表明加装旋流板后管道最大应力与出口应力减小,安全性较好。

基于“汽电双驱技术”的大型燃煤发电机组优化方法

以1 000 MW级超临界燃煤发电机组为研究对象,基于"汽电双驱"的思路提出了5种大型燃煤发电机组的优化设计方案,旨在解决燃煤发电机组中电动机驱动引风机耗能过大的问题。采用汽电双驱优化方法后,引风机动力源范围变宽,对复杂多变的电力形势具有更强的适应能力,引风机可靠性增强。进而计算了小汽轮机输出功率和进汽流量、厂用电率、供电煤耗率和投资回收周期等参数,对比分析了5种优化方案对机组运行性能的影响。结果显示:中高负荷段选用纯凝式汽轮机的方案产生的供电煤耗率增加值低于其余4个方案,但该方案系统较为复杂,投资相对较高。

Recent Progress on Thermal Energy Storage for Coal-Fired Power Plant

With countries proposing the goal of carbon neutrality,the clean transformation of energy structure has become a hot and trendy issue internationally.Renewable energy generation will account for the main proportion,but it also leads to the problem of unstable electricity supply.At present,large-scale energy storage technology is not yet mature.Improving the flexibility of coal-fired power plants to suppress the instability of renewable energy generation is a feasible path.Thermal energy storage is a feasible technology to improve the flexibility of coal-fired power plants.This article provides a review of the research on the flexibility transformation of coal-fired power plants based on heat storage technology,mainly including medium to low-temperature heat storage based on hot water tanks and high-temperature heat storage based on molten salt.The current technical difficulties are summarized,and future development prospects are presented.The combination of the thermal energy storage system and coal-fired power generation system is the foundation,and the control of the inclined temperature layer and the selection and development of molten salt are key issues.The authors hope that the research in this article can provide a reference for the flexibility transformation research of coal-fired power plants,and promote the application of heat storage foundation in specific coal-fired power plant transformation projects.