IGCC主要系统中燃气机轮系统的构成与特点
IGCC联合循环动力岛为无补燃的余热锅炉型联合循环,是以燃气轮机为主的联合循环,其热功转换利用的核心部件是燃气轮机。加入系统的全部或大部分热量先在高温区段借助燃气轮机实现高效热功转换、输出有效功,然后充分回收燃气轮机排热产生蒸汽,再在中、低温区段通过汽轮机实现热功转换、输出有效功。对于这类联合循环构成,应注意燃气轮机有关的下列问题:
①该类联合循环电站的性能主要取决于燃气轮机(主机)的特性,必须根据电站容量和运行模式,全面考虑可供选择的燃气轮机机型的热力性能、环保特性、运行的可用性和经济性等问题,来进行主机选型。
②通常,这种型式的联合循环承担基本负荷或中间负荷,所以选用高效、高性能大容量、长寿命、维修方便的燃气轮机更为合适。影响燃气轮机及其组成的联合循环装置性能的主要参数是透平初温和相匹配的最佳压比,它们取决于当代技术水平(高温材料与冷却技术以及设计技术等)。另外,至今大型联合循环中燃气轮机多采用单轴燃气轮机,这是因为它结构简单、运行安全可靠以及甩负荷时防超速能力强。
③压比Π的优化问题。与简单循环有很大差别,联合循环中燃气轮机的压比优化不仅要考虑燃气轮机循环本身燃料高效利用,而且还要充分考虑燃气轮机排热得到充分回收利用,其效率最高的最佳压比值Πopt要比燃气轮机简单循环的(在相同燃气初温时)小,而接近于燃气轮机简单循环比功最大的压比值。在燃气初温t =1000℃-1300℃的范围,大量现有的燃气轮机压比(约为10-16)大体上与联合循环的压比Π相近,所以以现有大型先进的燃气轮机组成的联合循环大多能获得较高的效率。
④蒸汽流程的选择与排气压损权衡问题。从回收排气余热角度,多压再热蒸汽流程更为合理,但将造成更大的燃气轮机排气压损,从而降低燃气轮机的出力和效率。余热锅炉型联合循环中燃气轮机排气压损主要由余热锅炉流阻决定,而余热锅炉的流阻又取决于它的流程结构。它一般在(200-350)mmHO,比简单循环大得多。
⑤联合循环中燃气轮机调节问题。燃气轮机简单循环中,考虑其热力性能和安全性,一般是控制燃气透平进口温度T来适应外界负荷的变化。而在余热锅炉型联合循环中,不仅要考虑燃气轮机本身热力性能和安全,而且还要考虑底循环部件的热力性能和安全,更多采用排气温度T 调节(借助于调整压气机进口导叶IGV)。
目前,IGCC中的燃气轮机多以现有的批量生产的烧油气的燃气轮机为母型,但其工作条件变化很大,影响设计优化的因素更多、更复杂,同时还要受母型机的硬件条件的制约。
燃气轮机在 IGCC系统中运行的主要特点:
(l)在 IGCC中,燃气轮机燃用中低热值的合成煤气,而不是通常高热值的油或天然气,一般偏离原母型机设计点运行。
(2)空分装置所需的空气既可以由燃气轮机的压气机抽气供给,又可以由专门的空气压缩机供给,还可以由它们联合供给,其整体化程度直接影响燃气轮机燃烧室和透平的工质流量,从而影响燃气轮机各部件联合平衡运行工况点和性能。此外,它还影响系统的厂用电耗率、空分工艺流程和氮气的回注利用。
(3)为了回收氮气的余能和降低 NOx 的排放量,空分得到的氮气,经常增压后直接回注到燃烧室或与洁净煤气掺混后回注到燃烧室,参与热力循环。氮气的回注量影响燃气透平和 余热锅炉的工质流量。
(4)燃气轮机后接余热锅炉,其背压必然比原设计的额定情况高,使压比增大,因此要重新核算燃气轮机的设计点。
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