提高燃氣輪機聯合循環電站性能的優化方法

王鵬

摘 要：由于天然氣聯合的循環機組具有靈活性強，啟停快速，清潔，高效率等特點，在市場中廣受歡迎，但是當前的燃氣輪機聯合循環機組也有很多自身的不足之處，比如汽輪機冷端參數的不合理，燃氣輪機進出氣系統的參數匹配等一系列問題，為了能夠實現燃氣輪機聯合機組的更為廣泛的運用，有關學者不斷的進行研究。本文對研究對象熱力過程進行建模并且根據運行過程突出優化參數的措施，能實現余熱鍋汽輪機蒸汽參數的優化，并針對燃料預熱進行研究，以實現蒸汽循環參數優化來提高促進聯合循環的效率。

關鍵詞：燃氣輪機組；聯合循環電站；性能優化

前言

燃氣，蒸汽聯合循環電站主要以天然氣為燃料，具有能源熱效率高和清潔，運行靈活性強等一系列特點，這些特點逐漸成為緩和用電高峰供電壓力的主要措施，并在市場能源工業扮演的角色也越來越重要了。目前我國提倡建設資源節約型環境友好型，主要提倡以綠色發展為主要理念，由于傳統熱電站具有污染環境，資源消耗大的限制，其這方面的發展開始逐漸受到限制，但是聯合循環電站實現了資源的節約，環境保護以及發電效率較高的目標，因此，在原有的基礎上進行燃氣輪機聯合循環電站的性能優化是對于進一步提升發電效率提供了基礎，有效的促進了我國的電力行業的發展。

一：研究熱力過程建模

在熱力建模的過程中要采用針對化工，能源以及其他有關領域的建模分析軟件IPSEpro，來進行聯合循環熱力的分析。

1.1確定建模的環境

在確定建模的環境過程中，首先，要有關工作人員根據各種儀器設備的性能進行有關模型的方程進行確定，其次是采用非線性方程組進行有關數學方法的熱力分析以及計算過程。

1.2 零部件的確定

蒸汽循環系統模型的確定：蒸汽循環系統的模型確定過程中要進行三壓再熱式余熱鍋爐，三壓再熱式汽輪機，凝汽器三部分模型進行確定。首先，三壓在熱式余熱鍋爐模型在構建過程中必須嚴格遵循余熱鍋爐中的汽水流程期間，壓力設備按照逆流換熱的原則進行布置，并換熱面出口工質的溫度需要進行緩慢的升溫。在確定省煤器期間與蒸發器的熱量分配時必須按照余熱鍋與各個壓力系統接近點的溫差與節點溫差來確定。分別要嚴格按照5℃、10℃來進行設置。其中在換熱面熱量的散失要按照百分之零點五來計算。汽輪機模型的確定需要嚴格遵循汽輪機通流部門分級組方式來進行熱力建模，在汽輪機熱力設定過程中，首先，要預定級組的效率，然后就是根據機組內部的實際膨脹的效率計算來出力。蒸汽輪機低中高壓缸的級組模型設計是按照2，3，3來進行的。并且在效率設置的過程中為了有效的實現效率最大化要保證高壓缸第二級組與中壓缸第一級組效率的一致性。在進行其余級組效率的設置中，效率必須要控制在0.85-0.95數值之間。

燃氣輪機模型的確定：各個重要零部件模型的確定，其中包含燃氣輪機與蒸汽循環系統。燃氣輪機在進行參數最優化確定時必須要按照燃氣輪機在ISO標準的工況下典型參數中進行設置。比如針對500MW等級的H型燃氣輪機，其參數的選擇必須是出力；375MW，壓比19.2，排氣流量820Kg/s，排煙溫度為625℃。

二：汽輪機，余熱鍋爐的蒸汽參數優化

2.1優化變量以及優化方法

燃氣輪機聯合循環設計實在一定的條件下才能進行的，在確定燃氣輪機，必須要進行下面幾個條件的假設；第一是忽略余熱鍋爐的結構造成的流阻損失；第二是忽略廠用電耗效率，保持燃氣機輪燃燒室的效率，發電機效率，機械設備傳動效率單機循環效率不變。為了能實現聯合循環電站的供電效率的最優化與最大化，既要實現蒸汽循環的有效效率與余熱鍋爐的當量效率乘積的最大數值，即蒸汽輪機發電機軸端測定的功率的最大數值。由朗肯循環效率公式可以知道，蒸汽循環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間段的最小換熱溫差與燃氣輪機的排氣溫度控制。因此，應該先確定高壓蒸汽的溫度與再熱蒸汽溫度之后來進行余熱鍋爐低溫時間段最小換熱溫差的確定。

在參數的優化過程中除了要考慮三壓再熱式汽輪機的蒸汽參數與余熱鍋爐參數的確定之外還需要確定高壓蒸汽壓力，低壓蒸汽壓力，再熱蒸汽壓力參數的最優化和最大化。最優化過程中首先，針對上面所述的三個壓力參數進行運用固定的變量法，輪次計算，要把相鄰兩輪的計算誤差控制在0.01時必須立刻停止計算過程，該輪參數就是最優化的參數。

三：對燃料預熱的影響進行研究

預熱溫度的最優值可以通過在保證其它參數不變的情況下，使得燃料預熱溫度進行多次微小增量的計算，從中得到聯合循環效率和預熱溫度之間的關系，從而確定預熱溫度的最優數值，電站效率的提升可以通過聯合循環的蒸汽循環中的熱水加熱燃料后再將燃料送至燃氣輪機燃料室。在本文中所說的燃氣機輪聯合循環模型中進行添加其燃料預熱的模塊，并且經過運用蒸汽循環中熱水加熱燃氣輪機在燃燒室進口前的燃料，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，其中的最優預熱溫度可分為330℃，230℃，130℃，此研究數據表明燃料預熱溫度越高時，聯合循環效率的提高就會越明顯。

結束語：

本文主要通過采用IPSEpro建模分析軟件，在此基礎上的構建循環熱力模式，其中模型的構建可分為零部件模型構建與建模環境的支持兩個部分，并通過優化高壓蒸汽壓力，再熱蒸汽壓力，低壓蒸汽壓力的參數，來實現聯合循環效率的最優化。并進一步在最優化參數的基礎上進行了燃料預熱對該聯合循環性能的影響分析，得到以下三個結論；

（1）針對配有某改進型的燃氣輪機聯合循環進行了蒸汽參數的計算，得到了最優化的數據，與原有的蒸汽參數相比，聯合循環效率提升了百分之零點七八，出力提升了4.52MW。

（2）運用從余熱鍋爐抽熱水預熱天然氣的形式，最高可在最優化參數 配置基礎上有效提高聯合循環效率百分之零點五四，同時也會使得 出力降低5.2MW，出于出力與效率的綜合考慮，本文給出了一個建議，就是預熱溫度區域在 210 —230 ℃范圍內。

（3）本文給出了一種適合三壓再熱聯合循環蒸汽參數的選取方式，可以快速有效的取得針對某燃氣機輪產品的蒸汽循環的最優參數。

參考文獻

[1]徐強；孫博；計京津；左德權；何磊；提高燃氣輪機聯合循環電站性能的優化方法；熱力透平；2013（04）

[2]趙信；于麗鵬；燃氣機輪聯合循環電站的性能優化方法；科技展望；2016（23）

（作者單位：中航世新安裝工程（北京）有限公司）