基于运行数据的IGCC电站燃气轮机性能分析

发布时间：2017-01-11 09:37

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《清华大学》 2015年

基于运行数据的IGCC电站燃气轮机性能分析

唐婷

【摘要】：整体煤气化联合循环(Integrated Gasification Combined Cycle,IGCC)热力系统复杂,运行状况受到多种因素影响。燃气轮机为IGCC循环中核心部件。为预测燃气轮机的性能,本文结合燃气轮机基础理论和实际结构,分析现场运行数据,得到燃机部件特性,建立燃气轮机压气机、燃烧室和透平等部件数学模型,并通过设计工况参数校核模型。同时在设计工况的基础上分别改变机组负荷、环境温度、燃料热值、透平出口温度,观察各参数对燃气轮机系统各部件特别是燃烧室性能的影响。分析结果将对燃机的安全稳定运行提供指导。本文的研究成果主要如下:机组负荷增加时,燃烧室内火焰温度增加,导致NOx生成化学反应速率增加,NOx排放量增加。火焰筒壁面温度先略有降低再迅速上升。当机组负荷超过额定负荷时,压气机出口压力有超过最高限值的危险,透平第一级静叶表面温度超过设计值,有可能影响叶片使用寿命,隔热陶瓷瓦片和火焰筒壁面有烧蚀的危险。环境温度降低时,压气机IGV开度对环境温度变化敏感,压比迅速减小。当环境温度小于设计点温度时,隔热陶瓷瓦片内侧和火焰筒壁面有烧蚀的危险。环境温度上升,燃烧室内火焰温度逐渐减小,NOx排放量降低。当环境温度超过35℃时,IGV开度将不能在满负荷时有效地控制压比与进口空气流量。合成气热值增加时,透平第一级静叶表面温度基本不变。压气机可以通过较小的IGV开度变化保证压比的稳定。合成气热值和组分变化导致火焰温度增加,NOx排放量增加。当合成气热值超过8MJ/kg后,隔热陶瓷瓦片内侧有烧蚀的危险。火焰筒壁面温度冷却效果良好。透平出口温度增大时,透平第一级静叶透平冷却效果恶化。燃烧室内一次燃烧空气质量流量在515℃~530℃间逐步下降,当温度到达530℃后,二次风阀开度减小,一次燃烧空气流量跃变增加,接着一次燃烧空气质量流量随温度增加逐步下降。火焰温度、NOx排放量与当量比呈现逐步上升、跃变降低、再逐步增加的变化过程。在透平出口温度位于525℃~530℃时,NOx排放量超过设计值且不断增加,火焰筒壁面及热瓦可能出现烧蚀现象。

【关键词】：
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK471;TM611.31
【目录】：

摘要3-4

abstract4-12

第1章引言12-25

1.1 课题研究背景及意义12-16

1.1.1 煤炭利用与电力发展12-13

1.1.2 IGCC电站建设及燃机运行13-16

1.2 国内外研究现状16-24

1.2.1 IGCC技术发展趋势及发展潜力16-17

1.2.2 先进燃气轮机技术17-18

1.2.3 燃气轮机燃用低热值燃料的改型研究18-20

1.2.4 燃烧NOx排放预测20-21

1.2.5 合成气热值与沃泊数21-24

1.3 研究目的和内容24-25

第2章 IGCC电站燃气轮机工作过程25-37

2.1 本章引论25

2.2 结构简介及理论分析25-35

2.2.1 进气道26-28

2.2.2 压气机28-30

2.2.3 燃烧室30-33

2.2.4 燃料系统33

2.2.5 透平33-34

2.2.6 整机34-35

2.3 本章小结35-37

第3章 IGCC燃机部件特性分析37-47

3.1 本章引论37

3.2 现场数据及分析37-46

3.2.1 现场数据37

3.2.2 部件特性分析方法及结果37-46

3.3 本章小结46-47

第4章 IGCC燃气轮机数学模型47-59

4.1 本章引论47

4.2 部件模型47-53

4.2.1 工质性质47

4.2.2 进气道47-48

4.2.3 压气机48

4.2.4 燃烧室48-51

4.2.5 透平51-53

4.2.6 整机平衡53

4.3 计算方法53-57

4.4 计算结果验证57

4.5 本章小结57-59

第5章燃气轮机整机性能分析59-68

5.1 本章引论59

5.2 不同工况下燃气轮机整机性能变化59-66

5.2.1 机组负荷59-61

5.2.2 环境温度61-62

5.2.3 燃料热值及沃泊数62-64

5.2.4 透平出口温度64-66

5.3 本章小结66-68

第6章燃烧室性能分析68-78

6.1 本章引论68

6.2 不同工况下燃烧室性能变化68-75

6.2.1 机组负荷69-71

6.2.2 环境温度71-72

6.2.3 燃料热值及沃泊数72-74

6.2.4 透平出口温度74-75

6.3 本章小结75-78

第7章结论78-80

7.1 本文工作总结78-79

7.2 今后工作展望79-80

参考文献80-85

致谢85-87

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果87

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