提高燃气轮机联合循环电站性能的优化方法

王鹏

摘 要：由于天然气联合的循环机组具有灵活性强，启停快速，清洁，高效率等特点，在市场中广受欢迎，但是当前的燃气轮机联合循环机组也有很多自身的不足之处，比如汽轮机冷端参数的不合理，燃气轮机进出气系统的参数匹配等一系列问题，为了能够实现燃气轮机联合机组的更为广泛的运用，有关学者不断的进行研究。本文对研究对象热力过程进行建模并且根据运行过程突出优化参数的措施，能实现余热锅汽轮机蒸汽参数的优化，并针对燃料预热进行研究，以实现蒸汽循环参数优化来提高促进联合循环的效率。

关键词：燃气轮机组；联合循环电站；性能优化

前言

燃气，蒸汽联合循环电站主要以天然气为燃料，具有能源热效率高和清洁，运行灵活性强等一系列特点，这些特点逐渐成为缓和用电高峰供电压力的主要措施，并在市场能源工业扮演的角色也越来越重要了。目前我国提倡建设资源节约型环境友好型，主要提倡以绿色发展为主要理念，由于传统热电站具有污染环境，资源消耗大的限制，其这方面的发展开始逐渐受到限制，但是联合循环电站实现了资源的节约，环境保护以及发电效率较高的目标，因此，在原有的基础上进行燃气轮机联合循环电站的性能優化是对于进一步提升发电效率提供了基础，有效的促进了我国的电力行业的发展。

一：研究热力过程建模

在热力建模的过程中要采用针对化工，能源以及其他有关领域的建模分析软件IPSEpro，来进行联合循环热力的分析。

1.1确定建模的环境

在确定建模的环境过程中，首先，要有关工作人员根据各种仪器设备的性能进行有关模型的方程进行确定，其次是采用非线性方程组进行有关数学方法的热力分析以及计算过程。

1.2 零部件的确定

蒸汽循环系统模型的确定：蒸汽循环系统的模型确定过程中要进行三压再热式余热锅炉，三压再热式汽轮机，凝汽器三部分模型进行确定。首先，三压在热式余热锅炉模型在构建过程中必须严格遵循余热锅炉中的汽水流程期间，压力设备按照逆流换热的原则进行布置，并换热面出口工质的温度需要进行缓慢的升温。在确定省煤器期间与蒸发器的热量分配时必须按照余热锅与各个压力系统接近点的温差与节点温差来确定。分别要严格按照5℃、10℃来进行设置。其中在换热面热量的散失要按照百分之零点五来计算。汽轮机模型的确定需要严格遵循汽轮机通流部门分级组方式来进行热力建模，在汽轮机热力设定过程中，首先，要预定级组的效率，然后就是根据机组内部的实际膨胀的效率计算来出力。蒸汽轮机低中高压缸的级组模型设计是按照2，3，3来进行的。并且在效率设置的过程中为了有效的实现效率最大化要保证高压缸第二级组与中压缸第一级组效率的一致性。在进行其余级组效率的设置中，效率必须要控制在0.85-0.95数值之间。

燃气轮机模型的确定：各个重要零部件模型的确定，其中包含燃气轮机与蒸汽循环系统。燃气轮机在进行参数最优化确定时必须要按照燃气轮机在ISO标准的工况下典型参数中进行设置。比如针对500MW等级的H型燃气轮机，其参数的选择必须是出力；375MW，压比19.2，排气流量820Kg/s，排烟温度为625℃。

二：汽轮机，余热锅炉的蒸汽参数优化

2.1优化变量以及优化方法

燃气轮机联合循环设计实在一定的条件下才能进行的，在确定燃气轮机，必须要进行下面几个条件的假设；第一是忽略余热锅炉的结构造成的流阻损失；第二是忽略厂用电耗效率，保持燃气机轮燃烧室的效率，发电机效率，机械设备传动效率单机循环效率不变。为了能实现联合循环电站的供电效率的最优化与最大化，既要实现蒸汽循环的有效效率与余热锅炉的当量效率乘积的最大数值，即蒸汽轮机发电机轴端测定的功率的最大数值。由朗肯循环效率公式可以知道，蒸汽循环的效率提升是直接接受高压蒸汽温度和 再热蒸汽温度的影响，其温度越高，蒸汽循环的效率也就越大，但是二者的温度升高过程中还受到余热锅炉高温时间段的最小换热温差与燃气轮机的排气温度控制。因此，应该先确定高压蒸汽的温度与再热蒸汽温度之后来进行余热锅炉低温时间段最小换热温差的确定。

在参数的优化过程中除了要考虑三压再热式汽轮机的蒸汽参数与余热锅炉参数的确定之外还需要确定高压蒸汽压力，低压蒸汽压力，再热蒸汽压力参数的最优化和最大化。最优化过程中首先，针对上面所述的三个压力参数进行运用固定的变量法，轮次计算，要把相邻两轮的计算误差控制在0.01时必须立刻停止计算过程，该轮参数就是最优化的参数。

三：对燃料预热的影响进行研究

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，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。在本文中所说的燃气机轮联合循环模型中进行添加其燃料预热的模块，并且经过运用蒸汽循环中热水加热燃气轮机在燃烧室进口前的燃料，其中所使用的热水水源可以分为高压，中压，低压省煤气三种，其中的最优预热温度可分为330℃，230℃，130℃，此研究数据表明燃料预热温度越高时，联合循环效率的提高就会越明显。

结束语：

本文主要通过采用IPSEpro建模分析软件，在此基础上的构建循环热力模式，其中模型的构建可分为零部件模型构建与建模环境的支持两个部分，并通过优化高压蒸汽压力，再热蒸汽压力，低压蒸汽压力的参数，来实现联合循环效率的最优化。并进一步在最优化参数的基础上进行了燃料预热对该联合循环性能的影响分析，得到以下三个结论；

（1）针对配有某改进型的燃气轮机联合循环进行了蒸汽参数的计算，得到了最优化的数据，与原有的蒸汽参数相比，联合循环效率提升了百分之零点七八，出力提升了4.52MW。

（2）运用从余热锅炉抽热水预热天然气的形式，最高可在最优化参数 配置基础上有效提高联合循环效率百分之零点五四，同时也会使得 出力降低5.2MW，出于出力与效率的综合考虑，本文给出了一个建议，就是预热温度区域在 210 —230 ℃范围内。

（3）本文给出了一种适合三压再热联合循环蒸汽参数的选取方式，可以快速有效的取得针对某燃气机轮产品的蒸汽循环的最优参数。

参考文献

[1]徐强；孙博；计京津；左德权；何磊；提高燃气轮机联合循环电站性能的优化方法；热力透平；2013（04）

[2]赵信；于丽鹏；燃气机轮联合循环电站的性能优化方法；科技展望；2016（23）

（作者单位：中航世新安装工程（北京）有限公司）