提高燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)電站性能的優(yōu)化方法

王鵬

摘 要：由于天然氣聯(lián)合的循環(huán)機(jī)組具有靈活性強(qiáng)，啟停快速，清潔，高效率等特點(diǎn)，在市場(chǎng)中廣受歡迎，但是當(dāng)前的燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組也有很多自身的不足之處，比如汽輪機(jī)冷端參數(shù)的不合理，燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)出氣系統(tǒng)的參數(shù)匹配等一系列問題，為了能夠?qū)崿F(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合機(jī)組的更為廣泛的運(yùn)用，有關(guān)學(xué)者不斷的進(jìn)行研究。本文對(duì)研究對(duì)象熱力過程進(jìn)行建模并且根據(jù)運(yùn)行過程突出優(yōu)化參數(shù)的措施，能實(shí)現(xiàn)余熱鍋汽輪機(jī)蒸汽參數(shù)的優(yōu)化，并針對(duì)燃料預(yù)熱進(jìn)行研究，以實(shí)現(xiàn)蒸汽循環(huán)參數(shù)優(yōu)化來提高促進(jìn)聯(lián)合循環(huán)的效率。

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī)組；聯(lián)合循環(huán)電站；性能優(yōu)化

前言

燃?xì)?，蒸汽?lián)合循環(huán)電站主要以天然氣為燃料，具有能源熱效率高和清潔，運(yùn)行靈活性強(qiáng)等一系列特點(diǎn)，這些特點(diǎn)逐漸成為緩和用電高峰供電壓力的主要措施，并在市場(chǎng)能源工業(yè)扮演的角色也越來越重要了。目前我國(guó)提倡建設(shè)資源節(jié)約型環(huán)境友好型，主要提倡以綠色發(fā)展為主要理念，由于傳統(tǒng)熱電站具有污染環(huán)境，資源消耗大的限制，其這方面的發(fā)展開始逐漸受到限制，但是聯(lián)合循環(huán)電站實(shí)現(xiàn)了資源的節(jié)約，環(huán)境保護(hù)以及發(fā)電效率較高的目標(biāo)，因此，在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)電站的性能優(yōu)化是對(duì)于進(jìn)一步提升發(fā)電效率提供了基礎(chǔ)，有效的促進(jìn)了我國(guó)的電力行業(yè)的發(fā)展。

一：研究熱力過程建模

在熱力建模的過程中要采用針對(duì)化工，能源以及其他有關(guān)領(lǐng)域的建模分析軟件IPSEpro，來進(jìn)行聯(lián)合循環(huán)熱力的分析。

1.1確定建模的環(huán)境

在確定建模的環(huán)境過程中，首先，要有關(guān)工作人員根據(jù)各種儀器設(shè)備的性能進(jìn)行有關(guān)模型的方程進(jìn)行確定，其次是采用非線性方程組進(jìn)行有關(guān)數(shù)學(xué)方法的熱力分析以及計(jì)算過程。

1.2 零部件的確定

蒸汽循環(huán)系統(tǒng)模型的確定：蒸汽循環(huán)系統(tǒng)的模型確定過程中要進(jìn)行三壓再熱式余熱鍋爐，三壓再熱式汽輪機(jī)，凝汽器三部分模型進(jìn)行確定。首先，三壓在熱式余熱鍋爐模型在構(gòu)建過程中必須嚴(yán)格遵循余熱鍋爐中的汽水流程期間，壓力設(shè)備按照逆流換熱的原則進(jìn)行布置，并換熱面出口工質(zhì)的溫度需要進(jìn)行緩慢的升溫。在確定省煤器期間與蒸發(fā)器的熱量分配時(shí)必須按照余熱鍋與各個(gè)壓力系統(tǒng)接近點(diǎn)的溫差與節(jié)點(diǎn)溫差來確定。分別要嚴(yán)格按照5℃、10℃來進(jìn)行設(shè)置。其中在換熱面熱量的散失要按照百分之零點(diǎn)五來計(jì)算。汽輪機(jī)模型的確定需要嚴(yán)格遵循汽輪機(jī)通流部門分級(jí)組方式來進(jìn)行熱力建模，在汽輪機(jī)熱力設(shè)定過程中，首先，要預(yù)定級(jí)組的效率，然后就是根據(jù)機(jī)組內(nèi)部的實(shí)際膨脹的效率計(jì)算來出力。蒸汽輪機(jī)低中高壓缸的級(jí)組模型設(shè)計(jì)是按照2，3，3來進(jìn)行的。并且在效率設(shè)置的過程中為了有效的實(shí)現(xiàn)效率最大化要保證高壓缸第二級(jí)組與中壓缸第一級(jí)組效率的一致性。在進(jìn)行其余級(jí)組效率的設(shè)置中，效率必須要控制在0.85-0.95數(shù)值之間。

燃?xì)廨啓C(jī)模型的確定：各個(gè)重要零部件模型的確定，其中包含燃?xì)廨啓C(jī)與蒸汽循環(huán)系統(tǒng)。燃?xì)廨啓C(jī)在進(jìn)行參數(shù)最優(yōu)化確定時(shí)必須要按照燃?xì)廨啓C(jī)在ISO標(biāo)準(zhǔn)的工況下典型參數(shù)中進(jìn)行設(shè)置。比如針對(duì)500MW等級(jí)的H型燃?xì)廨啓C(jī)，其參數(shù)的選擇必須是出力；375MW，壓比19.2，排氣流量820Kg/s，排煙溫度為625℃。

二：汽輪機(jī)，余熱鍋爐的蒸汽參數(shù)優(yōu)化

2.1優(yōu)化變量以及優(yōu)化方法

燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)設(shè)計(jì)實(shí)在一定的條件下才能進(jìn)行的，在確定燃?xì)廨啓C(jī)，必須要進(jìn)行下面幾個(gè)條件的假設(shè)；第一是忽略余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)造成的流阻損失；第二是忽略廠用電耗效率，保持燃?xì)鈾C(jī)輪燃燒室的效率，發(fā)電機(jī)效率，機(jī)械設(shè)備傳動(dòng)效率單機(jī)循環(huán)效率不變。為了能實(shí)現(xiàn)聯(lián)合循環(huán)電站的供電效率的最優(yōu)化與最大化，既要實(shí)現(xiàn)蒸汽循環(huán)的有效效率與余熱鍋爐的當(dāng)量效率乘積的最大數(shù)值，即蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)軸端測(cè)定的功率的最大數(shù)值。由朗肯循環(huán)效率公式可以知道，蒸汽循環(huán)的效率提升是直接接受高壓蒸汽溫度和 再熱蒸汽溫度的影響，其溫度越高，蒸汽循環(huán)的效率也就越大，但是二者的溫度升高過程中還受到余熱鍋爐高溫時(shí)間段的最小換熱溫差與燃?xì)廨啓C(jī)的排氣溫度控制。因此，應(yīng)該先確定高壓蒸汽的溫度與再熱蒸汽溫度之后來進(jìn)行余熱鍋爐低溫時(shí)間段最小換熱溫差的確定。

在參數(shù)的優(yōu)化過程中除了要考慮三壓再熱式汽輪機(jī)的蒸汽參數(shù)與余熱鍋爐參數(shù)的確定之外還需要確定高壓蒸汽壓力，低壓蒸汽壓力，再熱蒸汽壓力參數(shù)的最優(yōu)化和最大化。最優(yōu)化過程中首先，針對(duì)上面所述的三個(gè)壓力參數(shù)進(jìn)行運(yùn)用固定的變量法，輪次計(jì)算，要把相鄰兩輪的計(jì)算誤差控制在0.01時(shí)必須立刻停止計(jì)算過程，該輪參數(shù)就是最優(yōu)化的參數(shù)。

三：對(duì)燃料預(yù)熱的影響進(jìn)行研究

預(yù)熱溫度的最優(yōu)值可以通過在保證其它參數(shù)不變的情況下，使得燃料預(yù)熱溫度進(jìn)行多次微小增量的計(jì)算，從中得到聯(lián)合循環(huán)效率和預(yù)熱溫度之間的關(guān)系，從而確定預(yù)熱溫度的最優(yōu)數(shù)值，電站效率的提升可以通過聯(lián)合循環(huán)的蒸汽循環(huán)中的熱水加熱燃料后再將燃料送至燃?xì)廨啓C(jī)燃料室。在本文中所說的燃?xì)鈾C(jī)輪聯(lián)合循環(huán)模型中進(jìn)行添加其燃料預(yù)熱的模塊，并且經(jīng)過運(yùn)用蒸汽循環(huán)中熱水加熱燃?xì)廨啓C(jī)在燃燒室進(jìn)口前的燃料，其中所使用的熱水水源可以分為高壓，中壓，低壓省煤氣三種，其中的最優(yōu)預(yù)熱溫度可分為330℃，230℃，130℃，此研究數(shù)據(jù)表明燃料預(yù)熱溫度越高時(shí)，聯(lián)合循環(huán)效率的提高就會(huì)越明顯。

結(jié)束語：

本文主要通過采用IPSEpro建模分析軟件，在此基礎(chǔ)上的構(gòu)建循環(huán)熱力模式，其中模型的構(gòu)建可分為零部件模型構(gòu)建與建模環(huán)境的支持兩個(gè)部分，并通過優(yōu)化高壓蒸汽壓力，再熱蒸汽壓力，低壓蒸汽壓力的參數(shù)，來實(shí)現(xiàn)聯(lián)合循環(huán)效率的最優(yōu)化。并進(jìn)一步在最優(yōu)化參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了燃料預(yù)熱對(duì)該聯(lián)合循環(huán)性能的影響分析，得到以下三個(gè)結(jié)論；

（1）針對(duì)配有某改進(jìn)型的燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)進(jìn)行了蒸汽參數(shù)的計(jì)算，得到了最優(yōu)化的數(shù)據(jù)，與原有的蒸汽參數(shù)相比，聯(lián)合循環(huán)效率提升了百分之零點(diǎn)七八，出力提升了4.52MW。

（2）運(yùn)用從余熱鍋爐抽熱水預(yù)熱天然氣的形式，最高可在最優(yōu)化參數(shù) 配置基礎(chǔ)上有效提高聯(lián)合循環(huán)效率百分之零點(diǎn)五四，同時(shí)也會(huì)使得 出力降低5.2MW，出于出力與效率的綜合考慮，本文給出了一個(gè)建議，就是預(yù)熱溫度區(qū)域在 210 —230 ℃范圍內(nèi)。

（3）本文給出了一種適合三壓再熱聯(lián)合循環(huán)蒸汽參數(shù)的選取方式，可以快速有效的取得針對(duì)某燃?xì)鈾C(jī)輪產(chǎn)品的蒸汽循環(huán)的最優(yōu)參數(shù)。

參考文獻(xiàn)

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[2]趙信；于麗鵬；燃?xì)鈾C(jī)輪聯(lián)合循環(huán)電站的性能優(yōu)化方法；科技展望；2016（23）

（作者單位：中航世新安裝工程（北京）有限公司）