联合循环汽轮机的热力设计探讨

联合循环汽轮机的热力设计探讨

发表时间：2018-01-28T21:43:09.497Z 来源：《基层建设》2017年第32期作者：徐承浩1 鉴小宝2 [导读] 摘要：本文对综合气化联合循环（IGCC）系统优化研究的集体设计进行了研究：归纳IGCC系统的主要热特性、两级、组合周期和IGCC系统，提出了大型交叉迭代设计优化的新思路；采用模块化建模方法建立系统设计优化模型。

1.青岛特温暖多能生态科技有限公司山东 266000;

2.山东金诺建设项目管理有限公司山东 266000

摘要：本文对综合气化联合循环（IGCC）系统优化研究的集体设计进行了研究：归纳IGCC系统的主要热特性、两级、组合周期和IGCC系统，提出了大型交叉迭代设计优化的新思路；采用模块化建模方法建立系统设计优化模型。介绍了联合循环汽轮机的热设计和设计特点。

关键词：联合循环；汽轮机；热力设计 1前言

燃料和燃气联合循环电厂，在80年代后期发展迅速，因为它可以快速启动，越来越多的熊峰剃须，因此，在联合循环中为汽轮机提出了许多新的要求，主要体现在以下几个方面：（1）由于燃气轮机的启动速度非常快，相应的涡轮可快速启动；

（2）为了提高整个循环的效率，需要汽轮机运行；

（3）根据燃气轮机、废热锅炉和蒸汽轮机启动时间的不同步，可以配备旁路系统；

（4）燃气轮机进口单位或国外技术生产，数字电液控制系统的控制系统，为了使整个电厂控制水平一致，要求涡轮也可以采用数字电液控制系统。

综合煤气化联合循环（IGCC）是一种先进的动力系统，结合高效的联合循环和清洁煤技术，提供了最有前景的洁净煤发电技术。IGCC是一种集热发电、煤化工、环境技术、多学科、多设备组合为一体的复杂能源动力系统，与许多高新技术相结合。很长一段时间，IGCC系统的优化设计研究是围绕提高热性能为主要目标，以提高整体性能的IGCC系统，一方面，继续完善关键设备技术，寻求新的突破，另一方面，每个设备全面优化匹配的规则的深入研究，找到一个系统作为一个整体解决方案。 2热力设计

2.1热力设计主要过程见图1

图1热力设计主要过程

2.2热力设计原则

与传统的汽轮机相比，组合式循环汽轮机有很大的不同。主要特点：（1）无调节水平，节流调整的蒸汽分配方式；

（2）汽轮机排汽流量比常规蒸汽流量高出30%。

（3）最后阶段的特殊设计需要特别考虑热应力对结构设计的影响。

（4）采用东旗厂的成熟模式和最先进的现代设计技术，确保运行的可靠性和最先进的经济；

（5）结构和辅助系统的设计是为了满足两班换班和快速起动的需要。

2.3热力设计特点

（1）没有热量返回系统。为了尽可能多地使用燃气轮机的废气，增加汽轮机的输出功率，蒸汽轮机在联合循环中一般不购买给水加热器，热水和由废热锅炉承担的氧气，有时是由冷凝器氧。

（2）优化蒸汽参数。在热锅炉的合理传热区域内选择最优的蒸汽循环系统和蒸汽初始参数，使联合循环机组达到最佳的供电效率。

（3）优化流程设计。常规汽轮机流动优化技术可用于联合循环汽轮机。

（4）汽轮机由滑动压操作，调整阶段不再设置，汽轮机的所有级别都使用汽轮机。在这种情况下，滑动压力达到50%的负载情况：一方面，锅炉在可变工况下产生相对较多的蒸汽。另一方面，在变工况下，温度变化引起的热应力减小。

（5）由于无抽汽热水平，对于双压力、三中压汽轮机和注气量，因此，常规热电式汽轮机总发电容量的组合式循环汽轮机排汽量比为30%左右。因此，与常规机组相比，低压水位的流动区域应该增加30%左右。

（6）除了排汽，冷凝器也有各种形式，如轴向蒸汽排气和侧向排气。其中，轴向流阻力小；该单元的对称性很好，所以该单元不能设置两层操作平台，这样可以降低工厂成本。但单缸轴向排气的体积流量是有限的，只能在较小的动力涡轮中使用。 3汽轮机的通流及本体部分设计

联合循环电厂的汽轮机实际使用的是废热发电，即燃气轮机废气通过废热锅炉将冷凝压力加热到汽轮机运行参数的蒸汽，通过发电机进入涡轮发电。图2是联合循环电站的示意图。在联合循环中，汽轮机的输出直接影响到整个循环的效率。在燃气轮机功率的情况下，可以通过最大限度地提高汽轮机的输出来获得最大的循环效率。在其他条件下，汽轮机的功率依赖于进入汽轮机的蒸汽参数和汽轮机的内部效率。进口温度由燃气轮机的功率决定，但通过调节蒸汽阀可以调节压力。

图2 联合循环系统流程图

4冷凝器的设计

联合循环发电厂在运行时进行峰值剃须操作，需要经常启动，一般燃气轮机在启动时首先启动，然后是废热锅炉启动，当锅炉压力达到一定值时，汽轮机可以启动。由于结构和强度等因素的影响汽轮机启动缓慢，特别是冷，和汽轮机启动蒸汽消耗很小，除了少量的废热锅炉产生蒸汽进入汽轮机冲转，如果不回收，其余部分将空气排放会造成能源浪费，而且会产生很多噪音，不符合环境保护的要求。

因此，系统通常有一个旁路系统来恢复多余的蒸汽。在汽轮机热力系统设计中，汽轮机主蒸汽闸门采用一套旁路系统，通过第一级减压阀通过冷凝器。在降温减压后，蒸汽参数仍然很高，因此在其设计的冷凝器设计中，采用二次减热减压装置，将降温减压后再回到蒸汽冷凝器中。由于旁路系统，启动汽轮机参数更加方便可行，大大缩短了整个联合循环电站的启动时间。当联合循环电站运行时，涡轮不能停止，燃气轮机和废热锅炉仍在运行，蒸汽一般需要排放到冷凝器中。

5控制系统的设计

在所有的联合循环发电厂目前基本上DCS（分布式控制系统）系统角度，传统使用的汽轮机液压控制系统不能满足需求，设计数字电液控制系统（DEH联合循环汽轮机，为了实现整个电厂自动化控制。相比传统的液压控制系统和数字电液控制系统由于使用基于数字计算机技术作为控制器实现循环变量调节等等，控制律和参数设置在软件实现中，精度高，并采用比例积分微分（PID）控制器，系统的静态和动态性能大大提高，通过调制系统的数量，提高稳定性和缩短加工时间。

汽轮机数字式电液控制系统是在原有的系统基础上设计的，是电液界面问题的主要难点，电液接口可根据客户的具体要求，解决不同的数字电子调制设备配置问题。

6结束语

联合循环汽轮机热力设计的主要步骤：根据燃气轮机模型，安排和当地原来的天气条件，合理的选择联合循环蒸汽循环系统类型，余热锅炉蒸汽参数优化，根据优化参数的汽轮机热力设计，包括空冷机组背压的设计和优质的叶子的论点。介绍了联合循环汽轮机设计中遇到的新问题，解决了热系统、流量、辅机和控制系统等问题。

参考文献：

[1]段立强，林汝谋，金红光，蔡睿贤.整体煤气化联合循环（IGCC）技术发展[J].燃气轮机技术，2000，13（1）：9-17.

[2]黄文波，蔡睿贤，林汝谋.燃气轮机总能系统特性模拟与优化的新思路探讨[J].工程热物理学报，1997，18（2）：133-136.