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。

整体煤气化燃料电池发电系统构建及模拟优化研究

整体煤气化燃料电池(integrated gasification fuel cell,IGFC)发电技术是一种清洁、高效、绿色的煤基发电技术,可以与CO_(2)捕集技术高效结合,实现CO_(2)近零排放。为实现对IGFC系统的高效模拟与计算分析,基于利用固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)的百MW级IGFC系统流程,在Aspen Plus软件上建立模拟仿真模型。以操作温度800℃、操作压力1.5MPa、燃料利用率80%、阴极空气循环比例0.5、阴极空气利用率12.5%为燃料电池单元的典型操作条件进行模拟,实现了46.24%的系统净发电效率,并对系统中各单元的出力、耗能情况进行分析。进一步,针对阴极空气循环比例、燃料利用率、燃料电池操作温度、阴极空气利用率等关键控制参数进行敏感性分析,研究其对系统效率和系统各单元出力、耗能的影响作用规律。结果可为进一步提高IGFC系统性能提供指导建议。

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。

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。

电解制氢与高温燃料电池在电力行业的应用与发展

制氢和燃料电池技术是实现氢能和电能相互转换的关键技术,我国将氢能和燃料电池列为战略性能源技术,大型的能源电力企业也正在推动氢能和燃料电池技术的应用和发展。电解制氢能够将不稳定的可再生能源转化为氢能,实现大规模、季节性储能,在一定的范围内具有经济效益,是解决我国当前可再生能源消纳的途径之一。碱性电解水制氢是目前最成熟的电解制氢技术,发展的主要方向是降低制氢能耗、提高单台出力以及负荷深度调节。高温燃料电池具有小型高效、近零排放的突出优点,在冷热电三联供分布式发电和固定式发电领域具有广阔的应用前景,国外已初步实现高温燃料电池的商业化应用,国内的高温燃料电池市场需求也已显现,我国已掌握高温燃料电池发电的核心技术,具备应用示范推广的技术基础。

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。

液氮回注启动在IGCC电站空分装置中的应用

整体煤气化联合循环电站(IGCC电站)是未来重要的洁净煤发电技术之一。未来为了适应可再生能源上网,IGCC电站应具备一定地灵活性调峰能力,而空分装置严重地影响了IGCC电站的启动灵活性。通过对空分装置启动过程中透平膨胀机运行状态进行分析,得知在液体积累阶段,由于透平膨胀机不能完全出力,精馏塔内液体积累过程缓慢,是造成空分装置启动时间过长的主要原因之一,因此考虑采用液氮回注精馏塔的方法来加快塔内液体积累过程。该方法可将华能天津IGCC电站空分装置的启动时间缩短15%~30%,单次启动能够节约15万~40万元。

羊八井ZK4001井双螺杆膨胀机组性能模拟与能效评价

采用Aspen Plus软件建立了羊八井双螺杆膨胀机组热力系统模型,根据机组实际运行情况进行了模拟计算,对羊八井双螺杆膨胀机组进行了[火用]损失分析。羊八井双螺杆机组[火用]损失比较大的部件包括管网、扩容器、膨胀机、膨胀机排汽和尾水排放,全厂[火用]效率为9. 22%,热效率为2. 06%。针对井口汽源进行减温减压,地热水巨大的做功潜力被极大浪费的问题,提出了深层井地热驱动ORC系统流程,建立了羊八井深层井地热驱动ORC系统模拟程序,并进行了模拟计算,结果表明,有机朗肯循环能有效降低[火用]损失,提高发电效率。