燃气轮机联合循环热电联产年供热供电量优化分配研究

发布时间：2020-07-30 20:53

【摘要】：在能源资源供应紧张以及严重环境污染的背景下,以低碳、清洁的天然气作为燃料的燃气-蒸汽联合循环机组是较为理想的发电途径,清洁高效的联合循环应用于热电联产对提高能源利用率具有重要意义。燃气热电厂对年度供电供热量的分配有多种实现方案,但由于热负荷的时限要求、热电负荷的相互制约、机组启停调度及变工况运行策略的影响,寻找最佳方案是个非常复杂的问题。搭建可靠的燃气轮机联合循环各部件变工况性能预测模型,通过对典型组合方案的计算分析,寻找最佳分配方案,对于提高燃气电厂的经济效益具有重要意义。首先进行了燃气轮机热电联产变工况特性建模与性能模拟分析。基于西门子V94.3A燃气轮机及其联合循环各部件的热力学基础,结合电厂运行参数以及机组采用的运行策略,应用Java搭建燃气轮机联合循环变工况模型。分别将环境温度为12℃、15℃与26.1℃的纯发电机组以及环境温度为-4.2℃的背压供热与抽凝供热机组的顶循环效率、高中低三压蒸汽温度的模型模拟结果与电厂运行参数比较发现,模拟值与电厂运行值的相对误差最大值3.07%出现在26.1℃发电机组100%联合循环功率的顶循环效率点,其他参数相对误差值均在1.8%以内,模型具有很好的参考价值。在此基础上,对该燃气轮机联合循环机组的性能进行了模拟与分析。为了优化燃气轮机热电联产机组的热电负荷分配方案,基于燃气轮机热电联产机组热电比关系,将“热电负荷域图”网分为四种供热负荷下的五种典型运行模式,分别为平均运行模式、正弦函数运行模式、梯形运行模式、最大最小出功运行模式以及中间效率运行模式,研究不同运行模式下的盈利能力。研究结果表明:纯发电情形下最大最小出功运行模式最优,高于平均运行模式盈利值可达6.04%;伴随机组供热负荷的不断增大,与纯发电情况相比,好处归电法发电效率的变化趋势发生改变,供热机组几种运行模式与同条件下的平均运行模式相比,盈利差值均在1.52%以内,差别较小。为研究不同发电量的联合循环机组盈利能力,将发电量划分为1/4发电量、1/2发电量以及3/4发电量,选取四种供热负荷三种运行模式进行对比分析,中小供热负荷的盈利能力受发电量的影响较大,其中最大最小出功运行模式盈利能力随发电量的增加由劣势变优势,供热负荷555.56GJ/h的最大最小出功运行模式相比于平均运行模式的盈利相对误差由1/4发电量的-2.01%变化到3/4发电量的1.92%,主要是随着热电比的降低,高联合循环发电功率的运行小时数增加,最大最小出功运行模式的盈利能力增强。而纯发电机组与大供热负荷机组不同运行模式盈利能力大小关系受发电量大小的影响相对较小。研究表明在满足发电量、供热量的前提下,除中小热负荷的小发电量外,建议机组尽可能多采用以高电负荷为主,低电负荷补充的最大最小出功运行模式运行,特别是在纯发电和高供热负荷情况下。总之,本研究为热电厂热电负荷规划的高效实施提供了优化分析方法上和假定条件下结果结论的参考。
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM621;TU995
【图文】：

压气机,工作流体,燃烧室,燃气透平

逡逑２．１燃气轮机联合循环各部件变工况模型及计算流程逡逑联合循环的基本结构如图２－１所示。燃气－蒸汽联合循环分为顶底循环，顶逡逑循环由压气机、燃烧室和燃气透平（燃气涡轮机）构成，底循环主要包括余热逡逑锅炉、汽轮机两大部件。逡逑｜燃烧室逡逑射逡逑逦＾－？发电机逡逑空气逡逑１逦＿５逦余热锅炉逡逑播入吴气＾汽轮机逡逑—：一？发电机逡逑丨邋＼逡逑ｂ逡逑泉彟汽栜逡逑图２－１燃气－蒸汽联合循环的基本结构逡逑压气机的功能是增加工作流体的压力；燃烧室是提高工作流体的温度的部逡逑件，将燃料的化学能转化为工作介质的热能；燃气透平的功能是工作介质膨胀逡逑做功。由于压气机由燃气透平直接驱动，燃气透平输出的机械功需要去掉压气逡逑７逡逑

曲线,压头系数,曲线,流量系数

０．０邋０．２邋０．４邋０．６邋０．８邋１．０邋１．２邋１．４邋１．６邋１．８逡逑你ｊｍｊ逡逑图２－３级通用效率特性曲线逡逑图中（！＞——流量系数；逡逑＾——压头系数；逡逑＾——温升系数；逡逑Ｘ］逦效率。逡逑在非设计工况的条件下，可以依靠改变压气机进口可转导叶（ＩＧＶ）角度逡逑的方式来实现入口空气量的改变，当机组处于不同运行条件，如果转子进口气逡逑流角相等则流量系数与叶栅出口绝对气流角之间满足以下公式［３８３２１：逡逑ｃ／（—）邋＝邋ｄ｛Ｘａｎ邋ａ）逦（２－１）逡逑＜／＞逡逑当机组处于变工况运行，流量系数与压头系数满足以下公式ｔ３９］：逡逑９逡逑

曲线,效率特性,流量系数,压头系数

Ｑ邋Ｑ邋Ｉ逦？邋垂邋》邋Ｉ逦？邋Ｉ邋？邋Ｉ逦？邋Ｉ逦？邋Ｉ逦■邋Ｉ邋■逦１１逡逑０．５逦０．６逦０．７逦０．８逦０．９逦１．０逦１．１逦１．２逦１．３逡逑图２－２级通用压头系数曲线逡逑１．１邋逦逡逑１．０邋－邋逦逦逦逡逑0，：邋＾逡逑＾邋0，８邋■逦／逡逑ｆ邋０．７邋：逦／逡逑０．６邋－邋／逡逑０．５邋－逦／逡逑０．４邋－逡逑０．３邋－逡逑０．２邋－逡逑．Ｉ邋■邋Ｉ邋■邋Ｉ邋■邋Ｉ邋■邋Ｉ邋■邋Ｉ邋？邋垂邋》邋Ｉ邋？邋Ｉ逡逑０．０邋０．２邋０．４邋０．６邋０．８邋１．０邋１．２邋１．４邋１．６邋１．８逡逑你ｊｍｊ逡逑图２－３级通用效率特性曲线逡逑图中（！＞——流量系数；逡逑＾——压头系数；逡逑＾——温升系数；逡逑Ｘ］逦效率。逡逑在非设计工况的条件下，可以依靠改变压气机进口可转导叶（ＩＧＶ）角度逡逑的方式来实现入口空气量的改变，当机组处于不同运行条件，如果转子进口气逡逑流角相等则流量系数与叶栅出口绝对气流角之间满足以下公式［３８３２１：逡逑ｃ／（—）邋＝邋ｄ｛Ｘａｎ邋ａ）逦（２－１）逡逑＜／＞逡逑当机组处于变工况运行，流量系数与压头系数满足以下公式ｔ３９］：逡逑９逡逑

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