300 MW超临界二氧化碳燃煤发电机组热经济性分析

针对300 MW超临界二氧化碳(SCO_(2))部分冷却循环和部分冷却再热循环燃煤发电系统,建立了热经济性数学模型,以循环热效率η_(t)、系统㶲效率η_(ex)及平准化度电成本C_(LCOE)为评价指标,对不同系统和不同关键参数进行热经济性对比分析。结果表明:在设计工况下,与部分冷却循环系统相比,在部分冷却再热循环下η_(t)高0.33%,η_(ex)高0.35%;在相同参数条件下,2个发电机组燃煤消耗成本占比均超过70%,锅炉成本远高于其他设备成本;存在最优的主压缩机入口压力,使得η_(t)、η_(ex)达到最大,同时C_(LCOE)达到最小;随着主压缩机入口温度的增大,η_(t)、η_(ex)逐渐减小,C_(LCOE)则逐渐增大;η_(t)、η_(ex)随着透平入口温度的增大线性提升,C_(LCOE)则先减小后增大。

基于掺氢燃气轮机的综合能源系统热经济学性能研究

为实现燃驱天然气场站的低碳高效运行,构建了一种新型综合能源系统架构,采用蒸汽循环回收燃气轮机的余热,电能用于驱动固体氧化物电解制氢技术产生氢气,进而将氢气通入燃气轮机中实现掺氢燃烧,同时利用压缩空气储能技术将可再生能源转化成稳定的电能输出。计算结果表明,系统在设计工况下的能量效率、(火用)效率和平准化单位能量成本分别为85.66%、41.37%和294.70元/(MW·h)。敏感性分析表明,燃气轮机压比和掺氢比例、蒸汽循环低压锅炉压力和抽汽系数、压缩空气储能技术释能功率对系统热力学性能影响显著,而燃气轮机压比和掺氢比例、蒸汽循环抽汽系数对系统经济学性能影响显著。多目标优化结果表明,系统的最优(火用)效率和平准化单位能量成本分别为42.31%和284.33元/(MW·h)。

一种新型复合压缩空气储能系统的热经济学分析

为了避免压缩空气储能系统的蓄热过程中存在的问题,减少压缩热的产生及实现压缩热的高效利用,提出了一种新型复合压缩空气储能系统,建立了系统的热经济学模型,研究了系统在典型工况下的热力学和经济学性能,分析了关键参数对热力学性能的影响规律,并利用遗传算法进行了多目标优化。研究结果表明:系统在典型设计工况下的电-电效率和[火用]效率分别为63.86%和58.18%,膨胀机组和压缩机组分别占总[火用]损的17.3%和15.6%,系统的平准化度电成本为1.036元/(kW·h);参数敏感性分析表明,卡琳娜循环存在最佳蒸发压力使系统的热力学性能最佳,系统效率随着水气罐进气压力、储气罐最高压力和废热水温度的提高而提高,系统的储能密度随着循环压缩次数的增大而线性增大。多目标优化结果表明,系统的最优[火用]效率和平准化度电成本分别为59.1%和0.962元/(kW·h)。研究为压缩空气储能系统的设计提出了一种新的解决方案,系统在工业废热的综合利用方面具有较好的应用前景,分析和优化的结果可为所提系统的工程应用提供理论依据。

混合纳米流体的对流换热及热经济性研究进展

综述了混合纳米流体在换热器中的对流换热及热经济性的研究现状。介绍了对流换热性能参数(总传热系数、对流换热系数、Nu数)的影响因素及变化机理。对混合纳米流体在换热器应用中的热经济性(热效率、熵产、火用损失、第二定律效率)进行了分析。

冷端耦合相变储热罐的间接空冷机组热力特性及热经济性评价

为改善间接空冷机组冷端运行特性以实现机组提质增效,该文提出一种新型间接空冷系统,将充满RT35HC材料的相变储热罐与空冷塔及凝汽器串联,实现机组乏汽废热排放的“移峰填谷”。以某600MW超临界间接空冷机组为例,分别建立汽水循环和新型间接空冷系统热力学模型并进行耦合迭代计算,分析机组变工况热力特性并开展热经济性评价。结果表明:将相变储热罐串接在空冷塔下游是一种高效的集成方式,能在高温高负荷下吸收机组乏汽部分废热以减轻空冷塔冷却压力,并在低温低负荷下借助空冷塔将存储的废热排放到环境中。考虑储热罐放热2.5h及匹配蓄热1.05h一个周期,储热罐配置253MW·h热容量对应布置5996m2换热面积可使机组在一个周期内节省标煤近5t,标准煤耗率折算下降3.60g/(k W·h),机组背压变动也缩小近7kPa。算例分析证实了冷端配置储热罐可以很好地提升间接空冷机组的运行经济性,还可减缓机组冷端参数大范围波动。

耦合太阳能集热的喷雾闪蒸海水淡化系统的热经济分析

为进一步提高喷雾闪蒸海水淡化系统的能源效率,对耦合太阳能集热的多级喷雾闪蒸系统进行了热量和㶲经济分析,研究了太阳能热量变化对系统性能的影响。通过分析不同参数对能量变化的影响,得到相应㶲经济成本值的变化规律。研究结果表明,较高的顶值海水温度和流量增大了系统的生产率,从而提高了热回收效率,为热回收过程提供了更多的能量。生产率的变化有效地反映了太阳能辐射随季节的变化,在一年中阳光最少的一天,最小生产率约为峰值生产率的34%~38%。当运行级数为10,TBT=338 K,d=500μm,T_(cw,in)=298 K时,系统所产生的㶲损最小,其单位㶲成本值为167.63$/kJ。单位㶲损成本率越低,所产生的㶲损越大,可以通过降低冷却水的输入温度来提高系统的运行效率以减少能量的损失。

Al_(2)O_(3)-CuO/水混合纳米流体对流传热性能及热经济性分析

为了探究管内混合纳米流体单相对流传热性能,实验对比研究了雷诺数为1040~7086范围内体积分数为0.02%的Al_(2)O_(3)-CuO/水(W)混合纳米流体及其相应的一元纳米流体的流动与传热特性。结果表明,纳米颗粒的添加导致在过渡区雷诺数范围提前,在层流范围(1040<Re<1891)内,Al_(2)O_(3)/W和Al_(2)O_(3)-CuO/W纳米流体的Nu数与去离子水相比分别最大增加了32.09%和38.38%;而CuO/W纳米流体由于团聚体尺寸大,流体向前驱动力不足以克服自重易沉积于管内壁,传热效果反而比水差。在紊流范围(4073<Re<7806)内,受向前驱动力及流体分子自身旋转的作用,纳米流体的传热性能明显高于纯水,且混合纳米流体的综合传热性能最佳。综合考虑综合传热性能与经济性因素,在层流与紊流区内最适用于实际工业生产的纳米流体分别为Al_(2)O_(3)/W和Al_(2)O_(3)-CuO/W纳米流体。

300MW热电机组凝汽器变工况运行的热经济性模拟研究

为解决新能源消纳问题,提高燃煤供热机组的灵活运行能力,低压缸零出力技术得到广泛关注。通过Ebsilon建立了某300MW机组在纯凝工况、抽凝工况和低压缸零出力工况的仿真模型及凝汽器变工况仿真模型,计算分析了各工况的热经济性变化,并研究了循环水流量和入口温度的变化对机组热经济性的影响。结果表明,低压缸零出力工况的冷源损失更少,循环水流量相比纯凝工况降低了89.65%。循环水流量的增加、入口温度的降低均有利于机组低压缸零出力工况时的经济运行,循环水流量在设计流量的55%增至130%时,发电煤耗降低了1.021 g/(kW·h);循环水入口温度由25℃降至15℃,发电煤耗减少了0.729g/(kW·h)。该研究可为热电机组在多供热方式下的冷端系统高效运行提供指导。

低压缸零出力改造后热网疏水系统对热经济性影响的Ebsilon模拟

为提升火电机组的供热能力及调峰能力,低压缸零出力技术受到了越来越广泛的关注。基于某300 MW纯凝机组,利用Ebsilon软件搭建了热力系统模型,并进行了供热改造后的系统建模,对比分析了低压缸零出力改造前后机组的热经济性变化,并对不同热网疏水系统布置方案下低压缸零出力机组的供热、发电性能和供电标准煤耗进行了多工况模拟计算。结果表明,低压缸零出力改造使最小供电标准煤耗降低了31.63 g/(kW·h)。各疏水系统布置方案中,最大的供热抽汽量为638.26 t/h,最小的电负荷率为23.05%,最小的供电标准煤耗为161.30 g/(kW·h)。该研究可以为低压缸零出力机组疏水系统的优化布置提供借鉴,并为零出力机组的高效运行提供指导。

均混预热电石熔炼新工艺的能耗特征与热经济成本分析

传统电石生产以块状生石灰和块状焦炭为原料,在电石炉内电热高温(2000℃以上)作用下完成电石熔炼反应。均混预热电石熔炼新工艺以低阶煤粉和生石灰粉为原料,增加压球和热解工序,以期获得降低成本和节能降耗效果。本文建立了两种工艺的能质平衡模型,分别对两种工艺在相同电石出炉条件下进行物质流和能量流的模拟,探讨新工艺的能源替代效果;基于㶲流和㶲单价,建立了热经济学成本分析模型,对比两种工艺的热经济特性。结果表明,在新工艺中,每吨电石需消耗低阶煤粉810.0kg,热解过程产生副产能源206.2kg,其碳质能源的净消耗与传统工艺耗量(583.5kg焦炭)基本相当,新工艺具有“以煤代焦”特性;热解出炉球团的物理热通过热送热装直接带入电石炉,可节约加热电耗约11.2%,具有“以热代电”的按质用能效果;传统工艺和新工艺的吨电石热经济学成本分别为2208元和1919元,新工艺电石成本下降主要源于电力消耗降低、副产气净产量提高和低阶原料替代,其贡献度分别为8.7%、6.0%和3.5%;新工艺的设备成本偏高,其热经济性优势会在后续工艺推广中逐步展现。

车载有机朗肯循环系统的热经济优化

有机朗肯循环(ORC)因其结构简单和循环效率高等特点,在车辆发动机尾气余热的回收上具有较大的应用前景.但ORC的安装除了增加成本外,还会增加车辆的重量和发动机排气的背压.因此,综合考虑重量、背压等负面影响,以及车辆发动机的多工况特性,以单位投资成本(SIC)为优化目标,提出一种车载ORC的热经济优化设计方法,并将该方法的优化结果与只考虑最佳尾气工况的优化结果进行比较.结果表明,车载ORC系统在不同发动机尾气工况下的平均SIC为1 418.4■/kW,经济性较好;本方法的优化结果鲁棒性更好,更适合对车辆发动机的尾气余热进行回收.该研究结果具有重要的理论意义和应用价值.

基于热经济学结构理论的煤多联产系统性能分析

采用热经济学结构理论对75t/h燃煤循环流化床锅炉的热、电、煤气、焦油的多联产能源系统进行了热经济学分析,提出了产品的单位成本和单位热经济学成本的计算模型.通过对系统设计工况进行分析发现:煤炭价格波动对蒸汽产品的单位热经济学成本影响最大;当气化炉在600～800℃运行时,所有产品的单位热经济学成本随着运行温度的升高而降低;利用多联产系统生产的蒸汽和电力产品单位热经济学成本比热电联产时的产品成本分别降低了16.35%和20.57%.研究结果为煤多联产系统热经济性分析与评价、优化设计以及故障诊断提供了参考.

定功率下轴封系统对机组热经济性的影响

汽轮机轴封系统是火电厂热力系统的重要组成部分,轴封系统漏汽的大小对机组的热经济性有直接的影响.基于热经济状态方程,利用矩阵分析的思路,根据轴封系统漏汽的来源不同,分别建立了定功率条件下高压缸漏汽和中低压缸漏汽对机组热经济性影响的定量数学模型.利用微分理论,得出了轴封蒸汽流量变化时主蒸汽流量和轴封漏汽量的依变关系.以某300 MW火电机组为例,针对其典型工况,分别计算高压缸漏汽和中低压缸漏汽变化对机组热经济性的影响.结果表明:高压缸轴封漏汽对机组热经济性影响较大.

火电机组的热经济性分析

为进行整个火电机组的能量系统热经济性分析及考察其组元变化的影响,提出了以热经济学和边际成本概念为基础的热经济性分析方法。对复杂能量系统主要以功能划分后形成的组元,考察其组元的输出流变化引起整个系统的能耗变化,可以通过边际成本、单位成本和组元产品的函数来表达,来衡量整个系统所有组元的输出流变化对系统外部输入燃料的影响,便于火电机组的运行经济状态动态评估。通过300MW机组主蒸汽参数变化的计算表明:参数变化时将引起系统的煤耗增加,降低了经济性,因而从本质上进行了热经济性的全面综合分析,以优化机组运行,进行性能诊断。

电厂喷水降温与机组热经济性的影响关系研究

以某200 MW机组为例,通过理论算例分析的方式明确影响机组过热经济性的因素,并为经济性分析提供理论基础,借助实际案例数据对理论分析的科学性进行验证。结果表明,受机组工作负荷影响,过热器与再热器对机组产生的热经济性影响将会逐渐降低,再热器对机组的经济性影响更大,对机组的经济性优化可从此方向入手。

电站热力系统的热经济学故障诊断

将基于热经济学结构理论和符号火用经济学的诊断方法应用于湖南某电厂300MW燃煤机组,利用热力学仿真研究了多个典型的热力设备故障,使用故障/障碍矩阵(或燃料影响表)定量地分析了这些故障对各设备不可逆增加和燃料消耗的影响,弥补了传统火用分析技术的不足.通过分析发现:a.某一组件不可逆的增加并不意味着该组件产生了故障,通常是由于其他组件故障在该组件诱导的障碍;b.某一组件的故障除了诱导其他组件产生障碍外,也会引起其他组件性能变化(产生诱导故障);c.该方法能有效缩小故障源的搜索范围,要辨识的真正故障原因必须分离诱导故障.

300MW凝汽机组的热经济学成本诊断

为进行复杂能量系统热经济性的诊断和评估,建立了能量系统的物理结构图和生产结构图,依据系统划分后的基本组元和虚拟的汇流组元及分支组元,形成各组元相应的单位热经济学成本特性方程组,进而取得评价和诊断能量系统热经济性优劣的相应热经济学成本,并以300MW 凝汽机组热力系统为例进行了21 个实际组元的计算分析。结果表明,成本诊断方法是经济和技术因素全面综合处理的结果,可以达到全面地分析系统的热经济性,揭示节能潜力部位所在,为能量系统的规划、设计、诊断和改进提供了科学决策依据。

碳捕集系统中贫富液换热器的热经济学优化研究

以锦界电厂15万t/a CO_(2)捕集系统数据为基础,通过贫富液换热器的设计和运行的优化研究,达到对CO_(2)捕集贫液所含热量的充分利用。以最大年收益为目标函数,建立模型,推导出最大净收益时的最优效能εopt与最优传热面积A opt的关系。根据电厂碳捕集系统中蒸汽先做功后供热的特点,创新性地提出了热电联产供热热价的计算公式。结果表明,与按锅炉供热热价相比,按照热电联产供热热价优化的贫富液换热器的传热面积更小,传热温差更大,采用热电联产供热热价优化得到的结果更合理。当采用热电联产供热热价优化贫富液换热器时,能从贫液中多回收热量900 kW,二氧化碳捕集可减少蒸汽量消耗0.36 kg/s,节能率为6.2%。

1 000 MW超超临界机组回热系统热经济性分析

针对N1000-25/600/600超超临界机组回热抽汽级数优化进行分析与研究,利用热平衡法及热力学方程,计算抽汽级数分别为8段和9段时回热系统热经济性。结果显示,相比于8段抽汽,9段抽汽的回热系统可使全厂热耗率降低285.12 kJ/(kW·h),全场发电标准煤耗率减少0.00976 kg/(kW·h),折合计算1台机组20年总收益,可增加2610.60万元。

火电机组再热段抽汽供热方式的热经济性研究

针对再热段抽汽供热方式的特点,提出供热工况的热经济性计算方法,并且以国产火电机组为例,基于不同负荷工况和不同机组容量对冷段抽汽和热段抽汽供热方式的热经济性进行对比分析。计算结果表明:相同供汽量下的机组热经济性随着负荷的降低而增加,冷段抽汽相比于热段抽汽的节能优势也随之降低;相比于大容量机组,小容量机组在供热工况下的热经济性更优。