燃气轮机联合循环系统建模及其性能分析.pdf

《燃气轮机联合循环系统建模及其性能分析.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《燃气轮机联合循环系统建模及其性能分析.pdf（72页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、华北电力大学（北京）硕士学位论文燃气轮机联合循环系统建模及其性能分析姓名：黄彦彰申请学位级别：硕士专业：热能工程指导教师：陈党慧20050501摘要 本文首先分析了燃气一蒸汽联合循环(G T C C)技术当前在国内外的发展现状，以及G T C C的主要特点和各部件的特性和结构特点。然后，文中采用系统工程中模块化思想，将整个联合循环系统划分成燃气轮机装置、余热锅炉和蒸汽轮机几个单元，建立各单元的性能模型，根据系统的生产流程，由前至后实现了 G T C C的系统建模。在建立了该模型的基础上，利用D e l p h i 软件，搭建起了一个燃气一蒸汽联合循环系统性能计算的软件平台，通过该平台可以分析燃

2、气一蒸汽联合循环系统的整体性能，最终实现配置的优化。关键词:燃气一 蒸汽联合循环D e l p h i建模ABS TRACT I n t h i s p a p e r,t h e d e v e l o p m e n t a c t u a l i t y a n d s p e c t a c l e o f t h e g a s t u r b i n e c o mb i n e dc y c l e i s i n t r o d u c e d f i r s t l y.A n d m e a n w h i l e,t h e p r i m a r y p e r f o

3、 r m a n c e c h a r a c t e r i s t i c a n dc o n s t r u c t i o n c h a r a c t e r i s t i c o f t h e G T C C s y s t e m w i t h i t s p r i m a r y c o m p o n e n t s a r ep r e s e n t e d.S u b s e q u e n t l y,u t i l i z i n g t h e t h o u g h t o f m o d u l a r i z a t i o n f r o m

4、 s y s t e me n g i n e e r i n g,t h e G T C C s y s t e m f i r s t l y i s d i v i d e d i n t o 3 u n i t s w h i c h a r e g a s t u r b i n e,h e a tr e c o v e r y s t e a m g e n e r a t o r a n d s t e a m t u r b i n e.A n d t h e n,t h e p e r f o r m a n c e m o d e l s o f t h e s eu n

5、i t s a r e e s t a b l i s h e d i n s e p a r a t e.B a s e d o n t h e s e u n i t s m o d e l s,t h e m o d e l i n g o f t h eG T C C s y s t e m i s a c h i e v e d a c c o r d i n g t o t h e p r o d u c t i o n p r o c e s s.F i n a l l y,t h e s o f t w a r ep l a t f o r m f o r p e r f o

6、r m a n c e e v a l u a t i o n o f t h e G T C C s y s t e m i s e s t a b l i s h e d o n t h e b a s e o ft h e D e l p h i s o ft w a r e a n d a b o v e mo d e l s.Wi t h t h i s p l a t f o r m,t h e i n t e g r a t e d p e r f o r ma n c e o fG T C C c a n b e a n a l y z e d,c o n s e q u e

7、n t l y r e a l i z i n g t h e o p t i m i z a t i o n o f a s s e m b l i n g m e t h o d so f t h e G T C C s y s t e m H u a n g Y a n z h a n g(T h e r m a l p o w e r e n g i n e e r i n g)D i r e c t e d b y v i c e p r o f.C h e n D a n g h u iKE Y WO R D S:G T C C D e l p h i Mo d e l i n g

8、摘要 本文首先分析了燃气一蒸汽联合循环 G T C C)技术当前在国内外的发展现状，以及G T C C的主要特点和各部件的特性和结构特点。然后，文中采用系统工程中模块化思想，将整个联合循环系统划分成燃气轮机装置、余热锅炉和蒸汽轮机几个单元，建立各单元的性能模型，根据系统的生产流程，由前至后实现了 G T C C的系统建模。在建立了该模型的基础上，利用D e l p h i 软件，搭建起了一个燃气一蒸汽联合循环系统性能计算的软件平台，通过该平台可以分析燃气一蒸汽联合循环系统的整体性能，最终实现配置的优化。关键词:燃气一蒸汽联合循环D e l p h i 建模ABS TRACT I n t h i

9、 s p a p e r,t h e d e v e l o p m e n t a c t u a l i t y a n d s p e c t a c l e o f t h e g a s t u r b i n e c o m b i n e dc y c l e i s i n t r o d u c e d f i r s t l y.A n d m e a n w h i l e,t h e p r i m a r y p e r f o r m a n c e c h a r a c t e r i s t i c a n dc o n s t r u c t i o n c

10、 h a r a c t e r i s t i c o f t h e G T C C s y s t e m w i t h i t s p r i m a ry c o m p o n e n t s a r ep r e s e n t e d.S u b s e q u e n t l y,u t i l i z i n g t h e t h o u g h t o f m o d u l a r i z a t i o n f r o m s y s t e me n g i n e e r i n g,t h e G T C C s y s t e m f i r s t l

11、y i s d i v i d e d i n t o 3 u n i t s w h i c h a r e g a s t u r b i n e,h e a tr e c o v e r y s t e a m g e n e r a t o r a n d s t e a m t u r b i n e.A n d t h e n,t h e p e r f o r m a n c e m o d e l s o f t h e s eu n i t s a r e e s t a b l i s h e d i n s e p a r a t e.B a s e d o n t h

12、e s e u n i t s m o d e l s,t h e mo d e l i n g o f t h eG T C C s y s t e m i s a c h i e v e d a c c o r d i n g t o t h e p r o d u c t i o n p r o c e s s.F i n a l l y,t h e s o f t w a r ep l a t f o r m f o r p e r f o r ma n c e e v a l u a t i o n o f t h e G T C C s y s t e mt h e D e l p

13、 h iGTCC c a ns o ft w a r e a n d a b o v e mo d e l s.Wi t h t h i s p l a t f o r m,i s e s t a b l i s h e d o n t h e b a s e o ft h e i n t e g r a t e d p e r f o r m a n c e o fb e a n a l y z e d,c o n s e q u e n t l y r e a l i z i n g t h e o p t i m i z a t i o n o f a s s e m b l i n g

14、 me t h o d so f t h e G T C C s y s t e mH u a n g Y a n z h a n g(T h e r m a l p o w e r e n g i n e e r i n g)D i r e c t e d b y v i c e p r o f.C h e n D a n g h u iK E Y WO R D S:G T C C D e l p h i Mo d e l i n gY 7 1 3 2 4 7.翅旨0口严 刀明 本人郑重声明:此处所提交的硕士学位论文 ，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的 研究工作和取得

15、的 研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名:4 4-0 日 期:oos,.I了关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即:学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件;学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文;学校可允许学位论文被查阅或借阅;学校可以学术交流为目 的，复制赠送和交换学位论文;同意学校可以用不

16、同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。(涉密的 学位论文在解密后遵守此 规定)作者签名:4 l t导师签名:&f-t日 期:z v vt 上工日 期:2 卑巨华北电力大学硕士学位论文第一章绪论1.1 燃气一蒸汽联合循环技术发展现状 在发电行业，燃气一蒸汽联合循环发电技术是世界上较先进的发电技术之一。它凭借其污染小、热效率高、调峰性能好、建设周期短、投资省等优点，日 益受到人们的青睐。据统计，1 9 9 8 年度欧洲2 1 个国家的电网装机容量的增量中，8 1%的份额系采用烧天然气的燃气轮机及其联合循环机组。相比之下，国内的燃气一蒸汽联合循环机组发电的发展相对滞后。我国的电力工业

17、急需燃气轮机及其联合循环的现实是肯定的，因为到目前为止我国缺电的局面还没有根本缓解，经济发达的东南沿海地区电力供需矛盾仍然比较突出，全国总体缺电容量大约为1 0%左右，而且许多地区电网的峰谷差相当大，急需启动快、调峰特性好、建设周期短的燃气轮机及其联合循环来适应建设发展的需要，特别是某些沿海开放地区更是如此，因此近年来，在这些地区陆续引进了一大批燃气轮机及其联合循环，截至 2 0 0 2年，深圳市燃气轮机及其联合循环的总装机容量己经超过2 0 0 4 M W;海南省的总装机容量已接近6 0 0 M W:广东省则接近于 8 0 0 M W:上海市已达 5 2 0 M W;浙江省正在建总量为 7

18、0 0 M W的烧重油的燃气一蒸汽联合循环电站;江苏省或浙江省则拟与外资联合建立一座 2 4 0 0 M W的烧液化天然气的燃气一蒸汽联合循环电站。此外，在上海和南京等地区还正在与外商谈判进一步引进这些发电设备的事项，其总装机容量将不小于 1 0 0 0 M W o截止 2 0 0 2年，我国燃机和联合循环发电的总装机容量约为 7.2 G W，约占全国总装机容量的2.4%。目前，华东地区投产的燃气轮机机组已有十多台。这些事实说明:我国的电力工业对燃气轮机及其联合循环是大有所求的。随着材料和冷却技术的发展，目 前燃气轮机初温己 可达到 1 3 7 0 0 C-1 5 0 0 0 C，排气温度约为

19、 4 5 0 0 C-6 0 0 0 C，大量的热能随高温燃气排入大气。而对蒸汽动力循环来说。由于材料耐温耐压程度的限制，汽轮机进汽温度一般只有 5 4 0 0 C-5 6 0 0 C，循环放热平均温度却很低，一般为3 0 C-3 8 C，如果把燃气轮机循环和蒸汽轮机循环联合起来组成燃气一 蒸汽联合循环，则有较高的平均吸热温度和较低的平均放热温度，循环热效率将进一步提高。我国电力以火电为主，在总装机容量中，火电占7 5%;在年发电量中，火电占8 0%。火电以燃煤为主，其中烧煤粉的中低参数小容量机组占很大比例，平均供电能耗高(4 2 7 g j(K W h)，供电效率低(2 8.8%)。尤其是中

20、小功率燃煤机组，普遍存在效率低下、污染严重等问题(小火电的煤耗是大火电的2 倍以上，而污染物排放量达2 0 倍以上)。对于燃煤电站同时存在提高供电效率和解决污染问题。提高供电效率的主要方式之一是:主蒸汽参数向亚临界、超临界甚至超超临界方向发展。华北电力大学硕士学位论文第一章绪论1.1 燃气一蒸汽联合循环技术发展现状 在发电行业，燃气一蒸汽联合循环发电技术是世界上较先进的发电技术之一。它凭借其污染小、热效率高、调峰性能好、建设周期短、投资省等优点，日 益受到人们的青睐。据统计，1 9 9 8 年度欧洲2 1 个国家的电网装机容量的增量中，8 1%的份额系采用烧天然气的燃气轮机及其联合循环机组。相

21、比之下，国内的燃气一蒸汽联合循环机组发电的发展相对滞后。我国的电力工业急需燃气轮机及其联合循环的现实是肯定的，因为到目前为止我国缺电的局面还没有根本缓解，经济发达的东南沿海地区电力供需矛盾仍然比较突出，全国总体缺电容量大约为1 0%左右，而且许多地区电网的峰谷差相当大，急需启动快、调峰特性好、建设周期短的燃气轮机及其联合循环来适应建设发展的需要，特别是某些沿海开放地区更是如此，因此近年来，在这些地区陆续引进了一大批燃气轮机及其联合循环，截至 2 0 0 2年，深圳市燃气轮机及其联合循环的总装机容量己经超过2 0 0 4 M W;海南省的总装机容量已接近6 0 0 M W:广东省则接近于 8 0

22、 0 M W:上海市已达 5 2 0 M W;浙江省正在建总量为 7 0 0 M W的烧重油的燃气一蒸汽联合循环电站;江苏省或浙江省则拟与外资联合建立一座 2 4 0 0 M W的烧液化天然气的燃气一蒸汽联合循环电站。此外，在上海和南京等地区还正在与外商谈判进一步引进这些发电设备的事项，其总装机容量将不小于 1 0 0 0 M W o截止 2 0 0 2年，我国燃机和联合循环发电的总装机容量约为 7.2 G W，约占全国总装机容量的2.4%。目前，华东地区投产的燃气轮机机组已有十多台。这些事实说明:我国的电力工业对燃气轮机及其联合循环是大有所求的。随着材料和冷却技术的发展，目 前燃气轮机初温己

23、 可达到 1 3 7 0 0 C-1 5 0 0 0 C，排气温度约为 4 5 0 0 C-6 0 0 0 C，大量的热能随高温燃气排入大气。而对蒸汽动力循环来说。由于材料耐温耐压程度的限制，汽轮机进汽温度一般只有 5 4 0 0 C-5 6 0 0 C，循环放热平均温度却很低，一般为3 0 C-3 8 C，如果把燃气轮机循环和蒸汽轮机循环联合起来组成燃气一 蒸汽联合循环，则有较高的平均吸热温度和较低的平均放热温度，循环热效率将进一步提高。我国电力以火电为主，在总装机容量中，火电占7 5%;在年发电量中，火电占8 0%。火电以燃煤为主，其中烧煤粉的中低参数小容量机组占很大比例，平均供电能耗高(

24、4 2 7 g j(K W h)，供电效率低(2 8.8%)。尤其是中小功率燃煤机组，普遍存在效率低下、污染严重等问题(小火电的煤耗是大火电的2 倍以上，而污染物排放量达2 0 倍以上)。对于燃煤电站同时存在提高供电效率和解决污染问题。提高供电效率的主要方式之一是:主蒸汽参数向亚临界、超临界甚至超超临界方向发展。华北电力大学硕士学位论文目前亚临界参数电站供电效率为 3 8%左右，超临界参数电站供电效率为 4 0%左右，超超临界参数电站供电效率也不超过 4 6%。可见采用超临界蒸汽参数以 提高电站效率的效果是有限的，提高幅度不大，而初期投资却增加不少，运行维护也比较困难。另一条提高电站效率的方法

25、是采用燃气一 蒸汽联合循环，供电效率远远超过燃煤汽轮机电站，达4 5%-6 0%。与此同时，我国由于大气污染每年造成的经济损失近百亿元。采用联合循环后，无粉尘，N O,.S O、和 C O，都很少，污染物排放问题解决得彻底。同时还可用于电站的调峰、燃煤旧电站的改造以及热电联供系统 C H P)等。在燃气一 蒸汽联合循环中，与目前燃煤电站具有竞争力的、使用洁净煤燃烧技术的、最有发展前途的联合循环型式是整体煤气化联合循环(I G C C)和增压流化床联合循环(P F B C-C C。1.2 几种联合循环类型的简介 目前，联合循环的类型非常多，常见的有非补燃式余热锅炉型联合循环、补燃式余热锅炉型联合

26、循环、排气助燃锅炉型联合循环等。在非补燃式余热锅炉型锅炉基础上，发展出了以卡林那循环为底循环的联合循环、程氏双流体联合循环和湿空气透平(H A T)联合循环。此外，人们还开发过增压锅炉型联合循环。但是这些联合循环都是以燃用天然气和液体燃料为前提的。为了使上述联合循环能够燃用固体燃料一一煤(石油焦等)，人们进一步开发出了整体煤气化联合循环(I G C C)、第一代和第二代增压流化床联合循环(P F B C-C C)和常压流化床联合循环(A F B C)等新技术。下面就将对这些联合循环类型中的几种进行简要的介绍。1.2.1 余热锅炉型联合循环 余热锅炉型联合循环是目前最为常见的联合循环类型之一，也

27、是本文研究的联合循环类型，它主要分为非补燃式余热锅炉型联合循环和补燃式余热锅炉型联合循环。非补燃式余热锅炉型联合循环实施方法就是在燃气轮机的后面安装一台余热锅炉，在其中利用燃气透平的排气余热去加热供向蒸汽轮机系统的给水，使之产生高温高压的水蒸气，进而送到蒸汽透平中去膨胀做功。显然，这样就能多发出一部分机械功，相应地必然可以提高燃料的化学能与机械功之间的转化效率。通常，相对于简单循环燃气轮机的热效率而言，联合循环的热效率可以相应增高5 0%左右。其中蒸汽轮机功率与燃气轮机功率的比例关系大约为1 比1.5-2.0 左右。非补燃式余热锅炉型联合循环的主要优点是:(l)热功转化效率高。当燃用天然气并把

28、燃气轮机的初温提高到 1 2 0 0 C-1 3 0 0 后，供电效率很容易做到 5 0%以华北电力大学硕士学位论文目前亚临界参数电站供电效率为 3 8%左右，超临界参数电站供电效率为 4 0%左右，超超临界参数电站供电效率也不超过 4 6%。可见采用超临界蒸汽参数以 提高电站效率的效果是有限的，提高幅度不大，而初期投资却增加不少，运行维护也比较困难。另一条提高电站效率的方法是采用燃气一 蒸汽联合循环，供电效率远远超过燃煤汽轮机电站，达4 5%-6 0%。与此同时，我国由于大气污染每年造成的经济损失近百亿元。采用联合循环后，无粉尘，N O,.S O、和 C O，都很少，污染物排放问题解决得彻底

29、。同时还可用于电站的调峰、燃煤旧电站的改造以及热电联供系统 C H P)等。在燃气一 蒸汽联合循环中，与目前燃煤电站具有竞争力的、使用洁净煤燃烧技术的、最有发展前途的联合循环型式是整体煤气化联合循环(I G C C)和增压流化床联合循环(P F B C-C C。1.2 几种联合循环类型的简介 目前，联合循环的类型非常多，常见的有非补燃式余热锅炉型联合循环、补燃式余热锅炉型联合循环、排气助燃锅炉型联合循环等。在非补燃式余热锅炉型锅炉基础上，发展出了以卡林那循环为底循环的联合循环、程氏双流体联合循环和湿空气透平(H A T)联合循环。此外，人们还开发过增压锅炉型联合循环。但是这些联合循环都是以燃用

30、天然气和液体燃料为前提的。为了使上述联合循环能够燃用固体燃料一一煤(石油焦等)，人们进一步开发出了整体煤气化联合循环(I G C C)、第一代和第二代增压流化床联合循环(P F B C-C C)和常压流化床联合循环(A F B C)等新技术。下面就将对这些联合循环类型中的几种进行简要的介绍。1.2.1 余热锅炉型联合循环 余热锅炉型联合循环是目前最为常见的联合循环类型之一，也是本文研究的联合循环类型，它主要分为非补燃式余热锅炉型联合循环和补燃式余热锅炉型联合循环。非补燃式余热锅炉型联合循环实施方法就是在燃气轮机的后面安装一台余热锅炉，在其中利用燃气透平的排气余热去加热供向蒸汽轮机系统的给水，使

31、之产生高温高压的水蒸气，进而送到蒸汽透平中去膨胀做功。显然，这样就能多发出一部分机械功，相应地必然可以提高燃料的化学能与机械功之间的转化效率。通常，相对于简单循环燃气轮机的热效率而言，联合循环的热效率可以相应增高5 0%左右。其中蒸汽轮机功率与燃气轮机功率的比例关系大约为1 比1.5-2.0 左右。非补燃式余热锅炉型联合循环的主要优点是:(l)热功转化效率高。当燃用天然气并把燃气轮机的初温提高到 1 2 0 0 C-1 3 0 0 后，供电效率很容易做到 5 0%以华北电力大学硕士学位论文目前亚临界参数电站供电效率为 3 8%左右，超临界参数电站供电效率为 4 0%左右，超超临界参数电站供电效

32、率也不超过 4 6%。可见采用超临界蒸汽参数以 提高电站效率的效果是有限的，提高幅度不大，而初期投资却增加不少，运行维护也比较困难。另一条提高电站效率的方法是采用燃气一 蒸汽联合循环，供电效率远远超过燃煤汽轮机电站，达4 5%-6 0%。与此同时，我国由于大气污染每年造成的经济损失近百亿元。采用联合循环后，无粉尘，N O,.S O、和 C O，都很少，污染物排放问题解决得彻底。同时还可用于电站的调峰、燃煤旧电站的改造以及热电联供系统 C H P)等。在燃气一 蒸汽联合循环中，与目前燃煤电站具有竞争力的、使用洁净煤燃烧技术的、最有发展前途的联合循环型式是整体煤气化联合循环(I G C C)和增压

33、流化床联合循环(P F B C-C C。1.2 几种联合循环类型的简介 目前，联合循环的类型非常多，常见的有非补燃式余热锅炉型联合循环、补燃式余热锅炉型联合循环、排气助燃锅炉型联合循环等。在非补燃式余热锅炉型锅炉基础上，发展出了以卡林那循环为底循环的联合循环、程氏双流体联合循环和湿空气透平(H A T)联合循环。此外，人们还开发过增压锅炉型联合循环。但是这些联合循环都是以燃用天然气和液体燃料为前提的。为了使上述联合循环能够燃用固体燃料一一煤(石油焦等)，人们进一步开发出了整体煤气化联合循环(I G C C)、第一代和第二代增压流化床联合循环(P F B C-C C)和常压流化床联合循环(A F

34、 B C)等新技术。下面就将对这些联合循环类型中的几种进行简要的介绍。1.2.1 余热锅炉型联合循环 余热锅炉型联合循环是目前最为常见的联合循环类型之一，也是本文研究的联合循环类型，它主要分为非补燃式余热锅炉型联合循环和补燃式余热锅炉型联合循环。非补燃式余热锅炉型联合循环实施方法就是在燃气轮机的后面安装一台余热锅炉，在其中利用燃气透平的排气余热去加热供向蒸汽轮机系统的给水，使之产生高温高压的水蒸气，进而送到蒸汽透平中去膨胀做功。显然，这样就能多发出一部分机械功，相应地必然可以提高燃料的化学能与机械功之间的转化效率。通常，相对于简单循环燃气轮机的热效率而言，联合循环的热效率可以相应增高5 0%左

35、右。其中蒸汽轮机功率与燃气轮机功率的比例关系大约为1 比1.5-2.0 左右。非补燃式余热锅炉型联合循环的主要优点是:(l)热功转化效率高。当燃用天然气并把燃气轮机的初温提高到 1 2 0 0 C-1 3 0 0 后，供电效率很容易做到 5 0%以华北电力大学硕士学位论文上，甚至6 0%以上;(2)基本投资费用低，结构简单，锅炉和厂房都很小;(3)运行可靠性高，现以能使运行可用率达到9 0%-9 5%;(4)启动快捷。补燃式余热锅炉型联合循环是指在余热锅炉中还需补充燃烧一定数量的燃料，这样就可以增大在余热锅炉中产生的蒸汽量，并能提高主蒸汽的热力参数，由此可以增大联合循环的单机功率。通常，在这种

36、循环中，蒸汽轮机的功率可以是燃气轮机功率的3-4 倍。但是当燃气轮机初温超过 9 0 0 后，补燃方式不仅不能改善联合循环的热效率，还会减小蒸汽轮机功率与燃气轮机功率的比例。目前，燃气轮机的初温已经很高，补燃方式只会使联会循环的热效率恶化，因而除了热电联产机组外，这种联会循环已经很少采用了。1.2.2 整体煤气化联合循环(I G C C)I G C C 技术概括起来有以下特点:(1)具有提高供电热效率的最大潜在能力，并有利于减少C O。排放量;(2)污染问题解决得好，特别适宜于含硫量较高的煤种，且脱硫后产生的纯硫磺或浓硫酸可作为化工产品;(3)I G C C系统研制及投资费用较高，净化装置及空

37、分装置较为复杂;(4)系统中蒸汽循环的能量来自 燃气透平的排气，从而造成余热 锅炉的 入口 温度较低，使蒸 汽参数的 提高受到限 制s1。我国从 1 9 9 4 年开始对工 G C C 技术进行可行性研究和工程预可行性研究。同时，也在准备开展把燃油联合循环机组改造为 工 G C C的可行性研究，以及 l 0 0 M W等级的工 G C C 用于改造老火电 厂的可 行性研究H 1.2.3 增压流化床联合循环(P F B C-C C)增压流化床联合循环系统流程为煤在增压流化床中清洁高效的燃烧，温度通常在 8 7 0 左右。从炉膛出来的含尘高温、高压燃气经过高温除尘后进入燃气轮机做功，增压流化床产生

38、蒸汽供蒸汽轮机做功。我国对增压流化床联合循环的 研究相对开展得比较早。1 9 8 1 年起，国家科委在东南大学列项“燃煤增压流化床燃烧(P F B C)技术试验研究”，首次在我国开始了这方面的研究工作。经过十年多的实验室研究，取得了很大的成功。在此基础上，国家技委 1 9 9 1 年决定开展 P F B C-C C技术中试研究，并列为国家“八五”重点科技攻关项目。目 前中试装置已 在江苏贾汪电厂建成，此举是使我国P F B C-C C 技术走向商业应用的关键步骤 6 。电力部计划在近期内建设一台l 0 0 M W 级的P F B C-C C 试验机组，其最终目 标是使机组的单机容量达到3 0

39、0 M W 以上，并使机组的热效率接近于I G C C机组的水平，即着眼于第二代P F B C 的机组。先进的 工 G C C 和 P F B C-C C 机组经 1 0 年左右的研制和示范，有可能在2 0 1 0 年左右能够在中国得到推广H 华北电力大学硕士学位论文上，甚至6 0%以上;(2)基本投资费用低，结构简单，锅炉和厂房都很小;(3)运行可靠性高，现以能使运行可用率达到9 0%-9 5%;(4)启动快捷。补燃式余热锅炉型联合循环是指在余热锅炉中还需补充燃烧一定数量的燃料，这样就可以增大在余热锅炉中产生的蒸汽量，并能提高主蒸汽的热力参数，由此可以增大联合循环的单机功率。通常，在这种循环

40、中，蒸汽轮机的功率可以是燃气轮机功率的3-4 倍。但是当燃气轮机初温超过 9 0 0 后，补燃方式不仅不能改善联合循环的热效率，还会减小蒸汽轮机功率与燃气轮机功率的比例。目前，燃气轮机的初温已经很高，补燃方式只会使联会循环的热效率恶化，因而除了热电联产机组外，这种联会循环已经很少采用了。1.2.2 整体煤气化联合循环(I G C C)I G C C 技术概括起来有以下特点:(1)具有提高供电热效率的最大潜在能力，并有利于减少C O。排放量;(2)污染问题解决得好，特别适宜于含硫量较高的煤种，且脱硫后产生的纯硫磺或浓硫酸可作为化工产品;(3)I G C C系统研制及投资费用较高，净化装置及空分装

41、置较为复杂;(4)系统中蒸汽循环的能量来自 燃气透平的排气，从而造成余热 锅炉的 入口 温度较低，使蒸 汽参数的 提高受到限 制s1。我国从 1 9 9 4 年开始对工 G C C 技术进行可行性研究和工程预可行性研究。同时，也在准备开展把燃油联合循环机组改造为 工 G C C的可行性研究，以及 l 0 0 M W等级的工 G C C 用于改造老火电 厂的可 行性研究H 1.2.3 增压流化床联合循环(P F B C-C C)增压流化床联合循环系统流程为煤在增压流化床中清洁高效的燃烧，温度通常在 8 7 0 左右。从炉膛出来的含尘高温、高压燃气经过高温除尘后进入燃气轮机做功，增压流化床产生蒸汽

42、供蒸汽轮机做功。我国对增压流化床联合循环的 研究相对开展得比较早。1 9 8 1 年起，国家科委在东南大学列项“燃煤增压流化床燃烧(P F B C)技术试验研究”，首次在我国开始了这方面的研究工作。经过十年多的实验室研究，取得了很大的成功。在此基础上，国家技委 1 9 9 1 年决定开展 P F B C-C C技术中试研究，并列为国家“八五”重点科技攻关项目。目 前中试装置已 在江苏贾汪电厂建成，此举是使我国P F B C-C C 技术走向商业应用的关键步骤 6 。电力部计划在近期内建设一台l 0 0 M W 级的P F B C-C C 试验机组，其最终目 标是使机组的单机容量达到3 0 0

43、M W 以上，并使机组的热效率接近于I G C C机组的水平，即着眼于第二代P F B C 的机组。先进的 工 G C C 和 P F B C-C C 机组经 1 0 年左右的研制和示范，有可能在2 0 1 0 年左右能够在中国得到推广H 华北电力大学硕士学位论文1.2.4常压流化床联合循环(A F B C)在常压流化床联合循环中，压缩空气在锅炉炉膛内的埋管中被加热，经补燃后进入燃气透平作功，燃气轮机排气从炉底送入炉膛完成常压燃烧。常压流化床锅炉所产蒸汽带动蒸汽透平发电作功。A F B C 概括起来有以下特点:(1)技术难度小，结构简单，低投资，以及相对较高的供电效率;(2)各项技术发展得都较

44、为成熟:(3)易于实现对现有电厂得改造;(4)缺点是空气埋管的磨损较为严重。与P F B C系统相似，A F B C 也发展了第二代技术，即在原有系统基础上增加炭化炉装置，所产煤气净化后通入燃气轮机燃烧室。从技术难度上讲，A F B C 更适合于在中国发展，与之相配的各项技术相对比较成熟;尤其是在现有电站基础上的改造，是一个很有发展前途的联合循环。1.3 燃气轮机联合循环建模现状 在计算机技术飞速发展的今天，应用计算机对实际系统进行仿真研究己经成为人们解决实际问题的一种重要手段，培训仿真器和设计仿真器是计算机仿真技术的两个应用实例。因此，有人认为计算机仿真是科学研究的第三只翅膀，与实验和理论一

45、起构成了完整的三维空间坐标系，能作到理论和试验难以作到的事情，如全工况仿真，流场模拟等;对热动力系统进行计算仿真，包括分析研究对象、建立数学模型、开发和校验计算机程序、准备原始输入数据、计算以及用计算结果对研究对象进行评估等内容。而传统的基于高级语言的热力计算方法由于没有或缺少友好的人机界面，在热力系统配置发生变化或内部联结方式有所调整时，往往不得不重新或大幅度调整计算，因此限制了热力计算的速度和方便程度。这就需要开发一个方便快捷的可视化模型，从而能有效的把握联合循环的整体性能，通过优化组合实现低成本与高效率在联合循环系统中的结合。目 前，在热动力系统可视化仿真方面国内外许多科研机构已进行了大

46、量的研究工作，既有一些专用仿真软件，又有许多通用型可视化仿真软件，比较典型的代表软件有意大利自 动化研究中心开发的用于火电站的L E G O 程序和美国电力研究所(E P F I)会同 B&W等公司研制的可用于火电站的核电站模型开发与仿真的模块化建模系统M M S ,。在我国，真正 意义上的 可视化仿 真环境的 研制尚 处于 初期阶段，还没有一个非常实用的系统，因此开发一套高质量的热力系统可视化仿真和建模软件是十分必要的。由于联合循环系统的复杂性和多样性，很难开发一个通用的联合循环仿真软件，但分析各种联合循环的设计方案后发现，除了一些特殊部件的数学模型外，每种系华北电力大学硕士学位论文1.2.

47、4常压流化床联合循环(A F B C)在常压流化床联合循环中，压缩空气在锅炉炉膛内的埋管中被加热，经补燃后进入燃气透平作功，燃气轮机排气从炉底送入炉膛完成常压燃烧。常压流化床锅炉所产蒸汽带动蒸汽透平发电作功。A F B C 概括起来有以下特点:(1)技术难度小，结构简单，低投资，以及相对较高的供电效率;(2)各项技术发展得都较为成熟:(3)易于实现对现有电厂得改造;(4)缺点是空气埋管的磨损较为严重。与P F B C系统相似，A F B C 也发展了第二代技术，即在原有系统基础上增加炭化炉装置，所产煤气净化后通入燃气轮机燃烧室。从技术难度上讲，A F B C 更适合于在中国发展，与之相配的各项

48、技术相对比较成熟;尤其是在现有电站基础上的改造，是一个很有发展前途的联合循环。1.3 燃气轮机联合循环建模现状 在计算机技术飞速发展的今天，应用计算机对实际系统进行仿真研究己经成为人们解决实际问题的一种重要手段，培训仿真器和设计仿真器是计算机仿真技术的两个应用实例。因此，有人认为计算机仿真是科学研究的第三只翅膀，与实验和理论一起构成了完整的三维空间坐标系，能作到理论和试验难以作到的事情，如全工况仿真，流场模拟等;对热动力系统进行计算仿真，包括分析研究对象、建立数学模型、开发和校验计算机程序、准备原始输入数据、计算以及用计算结果对研究对象进行评估等内容。而传统的基于高级语言的热力计算方法由于没有

49、或缺少友好的人机界面，在热力系统配置发生变化或内部联结方式有所调整时，往往不得不重新或大幅度调整计算，因此限制了热力计算的速度和方便程度。这就需要开发一个方便快捷的可视化模型，从而能有效的把握联合循环的整体性能，通过优化组合实现低成本与高效率在联合循环系统中的结合。目 前，在热动力系统可视化仿真方面国内外许多科研机构已进行了大量的研究工作，既有一些专用仿真软件，又有许多通用型可视化仿真软件，比较典型的代表软件有意大利自 动化研究中心开发的用于火电站的L E G O 程序和美国电力研究所(E P F I)会同 B&W等公司研制的可用于火电站的核电站模型开发与仿真的模块化建模系统M M S ,。在

50、我国，真正 意义上的 可视化仿 真环境的 研制尚 处于 初期阶段，还没有一个非常实用的系统，因此开发一套高质量的热力系统可视化仿真和建模软件是十分必要的。由于联合循环系统的复杂性和多样性，很难开发一个通用的联合循环仿真软件，但分析各种联合循环的设计方案后发现，除了一些特殊部件的数学模型外，每种系华北电力大学硕士学位论文统的大多数部件原理基本是相同的。譬如每种联合循环系统中的蒸汽底循环系统所用的相关设备，其它通用部件还包括压气机、燃烧室和燃气透平等。在这些通用数学模型的基础上，配合每种联合循环的特殊部件的数学模型，就可以搭建整个系统的仿真模型。在此基础上就可以进行参数设定和方案比较，从而设计出比