IGCC主要系統中燃氣機輪系統的構成與特點
IGCC聯合循環動力島為無補燃的余熱鍋爐型聯合循環,是以燃氣輪機為主的聯合循環,其熱功轉換利用的核心部件是燃氣輪機。加入系統的全部或大部分熱量先在高溫區段借助燃氣輪機實現高效熱功轉換、輸出有效功,然后充分回收燃氣輪機排熱產生蒸汽,再在中、低溫區段通過汽輪機實現熱功轉換、輸出有效功。對于這類聯合循環構成,應注意燃氣輪機有關的下列問題:
①該類聯合循環電站的性能主要取決于燃氣輪機(主機)的特性,必須根據電站容量和運行模式,全面考慮可供選擇的燃氣輪機機型的熱力性能、環保特性、運行的可用性和經濟性等問題,來進行主機選型。
②通常,這種型式的聯合循環承擔基本負荷或中間負荷,所以選用高效、高性能大容量、長壽命、維修方便的燃氣輪機更為合適。影響燃氣輪機及其組成的聯合循環裝置性能的主要參數是透平初溫和相匹配的最佳壓比,它們取決于當代技術水平(高溫材料與冷卻技術以及設計技術等)。另外,至今大型聯合循環中燃氣輪機多采用單軸燃氣輪機,這是因為它結構簡單、運行安全可靠以及甩負荷時防超速能力強。
③壓比Π的優化問題。與簡單循環有很大差別,聯合循環中燃氣輪機的壓比優化不僅要考慮燃氣輪機循環本身燃料高效利用,而且還要充分考慮燃氣輪機排熱得到充分回收利用,其效率最高的最佳壓比值Πopt要比燃氣輪機簡單循環的(在相同燃氣初溫時)小,而接近于燃氣輪機簡單循環比功最大的壓比值。在燃氣初溫t =1000℃-1300℃的范圍,大量現有的燃氣輪機壓比(約為10-16)大體上與聯合循環的壓比Π相近,所以以現有大型先進的燃氣輪機組成的聯合循環大多能獲得較高的效率。
④蒸汽流程的選擇與排氣壓損權衡問題。從回收排氣余熱角度,多壓再熱蒸汽流程更為合理,但將造成更大的燃氣輪機排氣壓損,從而降低燃氣輪機的出力和效率。余熱鍋爐型聯合循環中燃氣輪機排氣壓損主要由余熱鍋爐流阻決定,而余熱鍋爐的流阻又取決于它的流程結構。它一般在(200-350)mmHO,比簡單循環大得多。
⑤聯合循環中燃氣輪機調節問題。燃氣輪機簡單循環中,考慮其熱力性能和安全性,一般是控制燃氣透平進口溫度T來適應外界負荷的變化。而在余熱鍋爐型聯合循環中,不僅要考慮燃氣輪機本身熱力性能和安全,而且還要考慮底循環部件的熱力性能和安全,更多采用排氣溫度T 調節(借助于調整壓氣機進口導葉IGV)。
目前,IGCC中的燃氣輪機多以現有的批量生產的燒油氣的燃氣輪機為母型,但其工作條件變化很大,影響設計優化的因素更多、更復雜,同時還要受母型機的硬件條件的制約。
燃氣輪機在 IGCC系統中運行的主要特點:
(l)在 IGCC中,燃氣輪機燃用中低熱值的合成煤氣,而不是通常高熱值的油或天然氣,一般偏離原母型機設計點運行。
(2)空分裝置所需的空氣既可以由燃氣輪機的壓氣機抽氣供給,又可以由專門的空氣壓縮機供給,還可以由它們聯合供給,其整體化程度直接影響燃氣輪機燃燒室和透平的工質流量,從而影響燃氣輪機各部件聯合平衡運行工況點和性能。此外,它還影響系統的廠用電耗率、空分工藝流程和氮氣的回注利用。
(3)為了回收氮氣的余能和降低 NOx 的排放量,空分得到的氮氣,經常增壓后直接回注到燃燒室或與潔凈煤氣摻混后回注到燃燒室,參與熱力循環。氮氣的回注量影響燃氣透平和 余熱鍋爐的工質流量。
(4)燃氣輪機后接余熱鍋爐,其背壓必然比原設計的額定情況高,使壓比增大,因此要重新核算燃氣輪機的設計點。

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