燃气轮机联合循环电站的性能优化措施

燃气轮机联合循环电站的性能优化措施

韩磊

摘要：清洁、灵活性强以及效率高是先是天然气联合循环机组的显著优势与特征，现阶段已经逐渐实现广泛的应用。经过长期的实践与发展燃气轮机联合循环机组已经取得现在显著成就，但在实际运行中还是存在诸多的阻碍与不足，我们必须在原有的基础上进行不断的努力与探索。本文主要围绕燃气轮机联合循环电站的性能优化措施展开探讨，这对燃气轮机联合循环机组的顺利运行有极大的促进作用。

关键词：燃气轮机组；联合循环电站；性能优化

天然气是燃气－蒸汽联合循环电厂运行时必不可少的燃料，能源清洁、热效率高以及灵活性较强等都是天然气的显著优势与特征，用电高峰时需要面对极大的供电压力，为实现对这种现象的改善必须结合实际情况实现对是上述方法的综合利用。传统的热电厂会对环境造成极大污染，同时也会受到极大的资源限制，现阶段已经逐渐被社会所淘汰。燃气－蒸汽联合循环电厂不急可实现对发电效率的进一步提高，同时对我国电力行业的安全稳定发展有积极意义。

一、研究对象热力过程建模

在实际进行热力建模工作时我们需要针对能源以及化工进行分析，在其他相关领域的基础上进行是联合循环热力。同时我们需要注意建模工作的细节，利用细节的优化促使整体得到完善。

1.建模环境的确定

首先为在真正意义上实现对模型方程的科确定，相关工作人员必须结合实际情况对相关仪器设备进行利用，同时需要对其性能进行熟悉与掌握。非线性方程的化简方法可实现对热力的科学分析，同时为时间科学的计算必须实现对其他相关数学方法的科学利用，这可在一定程度上帮助建模环境实现科学合理的确定，最终促使建模工作的顺利进行。

2.部件模型

（1）燃气轮机模型的确定

部件模型是建模工作的重要组成部分，需要注意的燃气轮以及蒸汽循环系统都在上述范围的涵盖之内，因此相关部门以及工作人员必须提高重视程度，利用科学的手段以及先进的技术实现对燃气轮机模型的确定。燃气轮机在实际优化与完善的过程中需要将燃气轮机的典型参数作为主要依据，尤其是在ISO工况标准下的典型参数。我们结合500MW的H型燃气轮机对模型的确定进行仔细分析，其是参数主要保包括出力、排烟温度、压比以及排气流量，其数据依次为375MW、625℃、19.2以及820KG/s。因此在实际工作中必须实现对上述参数的合理选择，也需要借助科学的技术以及手段将参数控制在合理范围之内。

（2）蒸汽循环系统模型的确定

蒸汽循环系统在实际确定时需要取得第三部分模型确定的支持，分别为三压再热式余热锅炉、凝汽器以及三压再热式汽轮机。首先我们对三压再热式余热锅炉模型进行分析。该模型在实际建立时必须实现将汽水流程作为主要原则，注意该流程属于热锅炉，逆流换热是实际进行压力设备布置的主要理论支持，热面出口工质温度会伴随着建模工作的进行而呈现出逐渐升温的趋势。在实际对蒸发器以及省煤器的热量进行确定时注意对温差以及节点温差进行利用，余热锅炉以及各压力系统中都有大量的温差存在，这是一种不可避免的现象，5℃以及10℃是其设置的主要间隔。

汽轮机通流部分分级组方式对于先汽轮机模型的确定来说是有一定的支撑作用，也是其基础与前提，因此在实际对该项模型进行确定时必须结合实际情况对上述原则进行科学运用。在实际进行汽轮机设定工作时首先需要满足的条件记就是级组效率，出力也可在这一过程中实现准确的计算。机组内部的膨胀效率对出力结果的计算有直接影响，也就是说在实际进行计算工作时需要实现对上述因素的充分考虑。

作为主要依据对蒸汽轮机高中低压缸的级组模型设计与不可替代的指导作用。高压缸第二级组和中压缸第一级组效率之间存在极强的一致性，为在真正意义上促使蒸汽轮机实现效率最优化，必须在实际设置过程中实现对一致性的运用。在实际进行蒸汽循环系统工作确定时还涉及到其余级组效率设置工作，注意将其效率控制在合理范围内，0.85-0.95之间是其可浮动范围。

二、余热锅炉、汽轮机蒸汽参数优化

在实际对燃气轮机联合循环进行设计时需要遵循一定的原则与条件进行，结合实际情况对一定的情况进行假设的基础上对燃气轮机进行确定。首先是余热锅炉会造成一定的流阻损失，我们需要在特定的情况下对其进行忽略。厂用电耗率对燃气轮机消耗室效率、机械传动效率以及发电机效率都有直接影响，需要在是先忽略厂用点耗率的基础上实现对上述效率的维持。蒸汽循环效率的提升对供电效率的最大化以及最优化目标的实现有积极意义，同时余热锅炉的乘积达到最大值时也可促使去实现优化与完善。

由朗肯循环效率公式可知，蒸汽循环效率的提高直接受高压蒸汽温度和再热蒸汽温度的影响，温度越高，蒸汽循环效率越大，但是两者的温度升高过程还受到余热锅炉高温段的最小换热温差和燃气轮机的排气温度的控制。由此应先确定高压蒸汽温度和再热蒸汽温度、之后进行余热锅炉低温段最小换热温差的确定。参数优化过程中除了考虑三压再热式汽轮机的蒸汽参数和余热锅炉参数的确定之外还要确定高压蒸汽压力Php、低压蒸汽压力Ptp、再热蒸汽压力Phr参数的最优化。最优化过程首先针对上述三个压力参数进行采用固定变量法，轮次计算，当相邻两轮的计算误差控制在0.01时即可停止计算过程，该轮参数即为最优化参数。

三、燃料预热影响研究

电站效率的提升可以通过联合循环的蒸汽循环中的热水加热燃料后再将燃料送至燃气轮机燃料室。预热温度的最优值可以通过在保证其它参数不变的情况下，使得燃料预热温度进行多次微小增量的计算，从中得到联合循环效率和预热温度之间的关系，从而确定预热温度的最优数值。文章的燃气轮机联合循环模型中进行添加燃料预热模块，并通过利用蒸汽循环中热水加热燃气轮机燃烧室进口前的燃料，其中所用的热水水源分为高、中、低压省煤器三种，其中的最优预热温度分别为330、230、130℃，研究数据表明燃料预热温度越高时，联合循环效率的提升越明显。

以本文建立的联合循环模型为基础，在模型中加人燃料预热模块，利用联合循环的蒸汽循环中的热水来加热燃气轮机燃烧室进口前的燃料。各段蒸汽参数选用计算得出的最优化蒸汽参数，以15℃为预热温度基准(即燃料原始供应温度)。需要说明的是，预热温度低于130℃时，余热锅炉抽水口可设置在低压省煤器出口，由于热水温度与燃料温度差值必须大于最小换热温差，若预热温度大于130℃，余热锅炉抽水口需换到中压省煤器出口，若继续提升温度至大于230℃，则抽水1︰3需要换至高压省煤器出口。用于三压再热联合循环蒸汽参数的优化选取方法，能够快速有效地获得针对某燃气轮机产品的蒸汽循环最优参数。

四、结语

文章通过采用IPSEpro建模分析软件，在此基础上构建循环热力模型，其中模型的构建分为部件模型构建和建模环境支持两部分，并通过优化高压蒸汽压力Php、低压蒸汽压力Ptp、再热蒸汽压力Phr参数，实现联合循环效率的最优化。对于改进型的燃气轮机的蒸汽参数的优化实现了效率在原有的基础上提升0.78%，联合循环出力提升了4.5MW。采用余热锅炉的参数的最优化设置使得联合循环效率提升了0.54%，因此要不断加强对于燃气轮机联合循环电站性能参数的最优化设置，不断探索电力发展的新方向。

参考文献：

[1]光旭.大型燃气轮机联合循环电厂优化设计研究[D].华北电力大学(北京),2010.

[2]武文杰.焦炉煤气燃气轮机联合循环电厂系统特性分析与优化设计[D].上海交通大学,2012.