發(fā)布時間：2020-04-25 11:10

【摘要】：燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站在全球范圍是一種主流的火力發(fā)電形式,相比于燃煤電站有著效率高、污染少、起�？斓戎T多優(yōu)點(diǎn)。燃?xì)鈾C(jī)組既可以使用傳統(tǒng)化石能源天然氣,也能利用可再生能源生物質(zhì)氣作為燃料,在未來發(fā)電領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。由于其經(jīng)常在電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰的作用,因此燃?xì)鈾C(jī)組往往處于變負(fù)荷下運(yùn)行,其運(yùn)行效率隨之降低。所以對燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)設(shè)計工況和變工況性能的研究與提升是同等重要的。本文以F級機(jī)組為基準(zhǔn),分別從聯(lián)合循環(huán)變工況性能提升和部件設(shè)計優(yōu)化兩方面展開研究,具體研究內(nèi)容如下:首先,建立適用于非等流回?zé)嵫�環(huán)改造前后的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組變工況仿真模型,定性給出回?zé)嵫�環(huán)改造對聯(lián)合循環(huán)效率的影響,從而確定聯(lián)合循環(huán)變工況性能提升的研究方向,為運(yùn)行策略優(yōu)化創(chuàng)新和聯(lián)合循環(huán)回?zé)岣脑煅芯康於ɑ�礎(chǔ)。并對生物質(zhì)氣層流火焰燃燒速度實驗進(jìn)行簡要介紹,描述多層火焰燃燒熱力學(xué)模型,用于實驗數(shù)據(jù)處理。其次,利用基準(zhǔn)聯(lián)合循環(huán)仿真模型開展不同運(yùn)行策略對機(jī)組變工況性能影響分析。通過對比多種IGV策略下基準(zhǔn)機(jī)組的變工況性能,分析各主要系統(tǒng)參數(shù)與各循環(huán)間作用關(guān)系,尋求機(jī)組安全裕度內(nèi)最優(yōu)運(yùn)行策略,總結(jié)為變工況下維持較高透平進(jìn)排氣溫度有利于燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)性能。之后,基于燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)全系統(tǒng)能的梯級利用原理,研究中間回?zé)岣脑鞂β?lián)合循環(huán)全工況性能影響分析。優(yōu)化余熱鍋爐受熱面與回?zé)崞鞯钠ヅ?將回?zé)崞鞑贾迷谟酂徨仩t內(nèi),從而在發(fā)揮回?zé)嵫�環(huán)改造對燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)性能提升的同時,減少蒸汽輪機(jī)循環(huán)受到的負(fù)面影響。并搭建帶中間回?zé)岬穆?lián)合循環(huán)變工況模型,針對中間回?zé)釞C(jī)組特征對應(yīng)創(chuàng)新運(yùn)行策略,通過熱分析和(?)分析對比不同運(yùn)行策略下改造前后機(jī)組的變工況性能,最終提出新型高效運(yùn)行策略并揭示中間回?zé)岣脑鞂β?lián)合循環(huán)變工況性能的提升機(jī)理。隨后,基于能的梯級利用原理,分析入口加熱改造對聯(lián)合循環(huán)全工況性能影響規(guī)律。探索余熱鍋爐排煙中廢熱的利用潛力,用于加熱壓氣機(jī)入口空氣,從而在聯(lián)合循環(huán)中構(gòu)建新型低品位能回?zé)嵫�環(huán)。并針對改造后機(jī)組特征創(chuàng)新設(shè)計新型的負(fù)荷調(diào)節(jié)方式,通過熱分析和(?)分析下改造前后機(jī)組變工況性能與參數(shù)比較,從而歸納新型高效負(fù)荷調(diào)節(jié)方式的特點(diǎn),揭示入口加熱改造對聯(lián)合循環(huán)變工況性能的提升機(jī)理。進(jìn)而研究回?zé)崞鲏簱p對改造后循環(huán)性能的影響,并探究新型調(diào)節(jié)與常規(guī)IGV調(diào)節(jié)耦合使用的可行性。最后,基于多層火焰燃燒熱力學(xué)模型與燃燒試驗臺進(jìn)行生物質(zhì)氣層流火焰燃燒速度實驗研究。通過定容密閉燃燒法和一維穩(wěn)態(tài)燃燒模擬兩種方法分析多種因素(溫度、壓力、氣體成分)對生物質(zhì)氣的層流火焰燃燒速度的影響。在對比驗證數(shù)據(jù)可靠性后,利用實驗數(shù)據(jù)總結(jié)歸納燃燒速度在研究范圍內(nèi)的分段擬合公式,用于揭示燃料燃燒特性受各因素的影響,最終為燃?xì)廨啓C(jī)基準(zhǔn)燃料由天然氣變?yōu)樯�物質(zhì)氣對燃燒室設(shè)計的潛在影響提供基礎(chǔ)實驗數(shù)據(jù)和理論建議。
【圖文】：

１．１課題背景逡逑能源攸關(guān)國家競爭力和民生水準(zhǔn)，高效穩(wěn)定的能源供應(yīng)是社會進(jìn)步和科技逡逑發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)之一。當(dāng)今世界能源消耗依舊以煤、石油、天然氣等化石逡逑能源為主［１］，但與發(fā)達(dá)國家普遍以石油天然氣等清潔化石能源為主要能源的能逡逑源體制所不同的是：我國過去發(fā)電領(lǐng)域長期嚴(yán)重依賴于煤炭，這一畸形發(fā)展間逡逑接導(dǎo)致了近年來大量出現(xiàn)的污染問題［２：｜。逡逑伴隨著世界范圍對煤電的有序放棄［３］，我國煤炭占一次能源消費(fèi)的比重近逡逑年也呈現(xiàn)逐步下降的趨勢，取而代之的是非化石能源占比的迅速增加［４］。最新逡逑發(fā)布的《ＢＰ世界能源展望》中預(yù)測［４］：未來至少二十年的全球能源供給增長逡逑主要依賴可再生能源和天然氣，同期中國煤炭占比將驟減。這一數(shù)據(jù)與我國“十逡逑三五規(guī)劃”中內(nèi)容高度契合［５］：預(yù)計我國煤炭消費(fèi)比重在２０２０年將降至５８％，逡逑２０３０年進(jìn)一步降至５０％以下，同期非化石能源比例分別提升至１５％和２０％左逡逑右。逡逑＾邐峰逡逑——邋邋邋邋—邐邐邐邐—＿—邋邐邐—？—邋逡逑

ｍｍ逡逑過糊．逡逑圖１－２邋７／９ＨＡ級燃?xì)廨啓C(jī)安裝逡逑Ｆｉｇ．１－２邋７／９ＨＡ邋Ｇａｓ邋ｔｕｒｂｉｎｅ邋ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ逡逑高參數(shù)燃機(jī)在啟動時間方面遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)燃煤電廠，以ＧＥ公司生產(chǎn)的Ｈ級逡逑燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)單軸機(jī)組為例，機(jī)組在熱態(tài)（停機(jī)時間＜８ｈ）邋／溫態(tài)（停機(jī)時逡逑間８—７２ｈ）／冷態(tài)（停機(jī)時間＞７２ｈ）的啟動響應(yīng)時間分別為３０ｍｉｎ／６５ｍｉｎ／１１０ｍｉｎ；逡逑二拖一多軸布置機(jī)組對應(yīng)分別為３３ｍｉｎ／７０ｍｉｎ／１１５ｍｉｎ。９Ｅ級燃?xì)舛�拖一機(jī)組逡逑熱啟動時各主要參數(shù)曲線如下圖［１１］，全速啟動耗時約３０分鐘。逡逑１２ＱＵ邐升速過程邐邐荷教過程邐ｊ６６５逡逑ｎｏ－邋邐邐邋６ｉｏ逡逑１００邋＾邐ｍ｜｜：邐ｆＬ邋＿，，－邋７邐邐－ｙ邋５５５逡逑９０１－邐—？—掙氣洗量；邐／邐／邐＾＾邋５００逡逑－—逡逑灔？0－邐邐Ｘ邐Ａ邋Ｘ邐／邐／邐３９０邋０逡逑ｌ：１邋ｆＺｌ逡逑；邐Ｓ逡逑Ｊｒ，￣ｒｎ，”５逡逑／邐Ｉ邋＆大燃料ｍ＝７４５ｌｃｇ／Ｓ邋－６０逡逑０邐１邐２邐３邐４邐５邐６邐７邐３邐９邋１０邋１１邋１２邋１３邋１４邋１５邋１６邋１７邋１８邋１９邋２０邋２１邋２２邋２３邋２？邋２３邋２６邋２７邋２８逡逑ｉｆｍｉｎ逡逑圖１－３邋ＧＥ公司９Ｅ級燃?xì)廨啓C(jī)熱態(tài)啟動曲線逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｈｏｔ邋ｓｔａｒｔｉｎｇ邋ｕｐ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ＧＥ邋９Ｅ邋ｇａｓ邋ｔｕｒｂｉｎｅ逡逑燃?xì)廨啓C(jī)是繼蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)之后的第三代動力機(jī)械，相關(guān)技術(shù)廣泛應(yīng)用逡逑在航空推進(jìn)、能源發(fā)電、艦船動力、分布式供能乃至空氣儲能等涉及國防、民逡逑生的多個領(lǐng)域中。我國燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)起步較晚
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM611.31

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2640182