针对燃气透平劣化的联合循环余热锅炉压力调整方法技术

本发明专利技术公开了一种针对燃气透平劣化的联合循环余热锅炉压力调整方法，包括步骤：1)使用燃气轮机通用特性曲线并结合回归分析方法，建立针对特定机组的带IGV调节的燃气轮机模型；2)以对流换热经验公式和能量守恒原理为基础，建立余热锅炉模型；3)参考燃气轮机实际的控制原理，以燃气轮机透平排气温度和IGV开度对应关系来控制机组运行；4)当燃气轮机部件劣化时，为达到指定功率，需重新调节IGV开度，燃气轮机排气参数发生变化，继而余热锅炉运行性能变化，此时对余热锅炉进行运行压力优化，使余热锅炉和汽轮机能适应新工况并获取更大功率，得到此新IGV开度或联合循环功率下的新滑压压力。本发明专利技术能对余热锅炉运行压力进行优化，提升运行效率。

【技术实现步骤摘要】
针对燃气透平劣化的联合循环余热锅炉压力调整方法
本专利技术涉及燃气轮机领域，尤其是指一种针对燃气透平劣化的联合循环余热锅炉压力调整方法。
技术介绍
我国于2003年利用市场换技术打捆招标方式，引进了一批F级重型燃气轮机联合循环机组，随着电厂运营时间的增加，燃气轮机部件劣化不可避免。燃气轮机部件在使用过程中，由于部件本身轻微变形、磨损、腐蚀和老化等原因，会出现原有性能逐渐下降的现象，称为燃气轮机部件劣化，最直观表现为同等外部条件下部件效率下降。联合循环机组中燃气轮机的透平叶片工作在高温、高压的恶劣环境，除非燃气轮机大修否则透平叶片难以进行维护；而相对于透平叶片来说压气机叶片工作在一个较低的温度下，而且压气机会定期组织离线或者在线水洗工作，所以联合循环机组运行中燃气轮机透平劣化后的工况应成为关注重点。燃气轮机实际运行中，由于燃烧室的温度过高难以被直接测量，因此一般通过控制透平排气温度的方法来控制燃气轮机进气温度或者机组运行工况。在相同的排气温度下，当燃气轮机透平效率下降时，其透平进气初温将会降低，必然导致燃气轮机的功率、效率不同程度的下降。燃气轮机透平劣化使联合循环机组运行性能发生变化，其中余热锅炉运行工况随之改变就是很重要的一点。目前国内燃煤、燃气电厂一般以定功率运行方式，为达到中调指定的功率，同等外部条件下燃气轮机的功率、效率和排气流量等参数都已发生了变化。这些参数变化都将影响到后面余热锅炉的运行性能，使得原有的设计运行参数(如各级蒸汽压力)可能已经不是最优值，因此很有必要优化余热锅炉的运行压力，让联合循环能机组高效率运行。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种针对燃气透平劣化的联合循环余热锅炉压力调整方法，该调节方法能对受燃气轮机部件劣化影响的余热锅炉运行压力优化，提升联合循环发电机组的运行效率。为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：针对燃气透平劣化的联合循环余热锅炉压力调整方法，包括以下步骤：1)使用燃气轮机通用特性曲线并结合回归分析方法，建立针对特定机组的带IGV的燃气轮机模型；2)以对流换热经验公式和能量守恒原理为基础，建立余热锅炉模型；3)参考燃气轮机实际的控制原理，以燃气轮机透平排气温度和IGV开度对应关系来控制机组运行；4)当燃气轮机部件劣化时，为达到指定功率，需重新调节IGV开度，燃气轮机排气参数发生变化，继而余热锅炉运行性能变化，此时对余热锅炉进行运行压力优化，使余热锅炉和汽轮机能适应新工况并获取更大功率，得到此新IGV开度或联合循环功率下的新滑压压力。在步骤1)中，所述燃气轮机模型的建立过程如下：对燃气轮机建模时，压气机模型的建立是关键，压气机特性计算运用综合规律法，通过大量部件特性的统计归纳和理论分析找出相应的特性回归式，带IGV调节的燃气轮机，在恒定大气压力和湿度时，恒转速压气机进气流量看作是空气进口轴向速度和空气密度的二元函数，而根据速度三角形原理，压气机进口轴向速度和IGV角度的之间关系看成是二次函数关系；根据多元函数最小二乘的拟合原理，已知离散数据为：(x1j,x2j,x3j；f(x1j,x2j,x3j)),j＝0,1,…,m(1)进行如下函数拟合：使得：实际应用中对函数的选取应具有物理背景，由上述原理，压气机进气流量用式(4)所示的二元二次函数关系表达；当转速恒定时，在一定IGV开度及温控规律下，压气机流量确定，压比即可确定，故两者可用同一形式表示；f——指代目标函数，这是指压气机压比或者进气流量；DIGV——IGV开度，％；Ta——环境温度，K；a,b,c,d,e,g——为待拟合的系数；而压气机和透平的典型效率特性描述为：x——部件名称缩写，为压气机c或者透平t；——表示实际效率与设计效率的比值；——表示实际折合转速和设计折合转速的比值；——表示实际折合流量和设计折合流量的比值；β——为常数系数，参考文献可知，其中βc取0.4，βt取0.3；而考虑可转导叶对压气机效率影响，压气机等熵压缩效率认为满足如下两条规律：①可转导叶DIGV＝100时，ηc→最大，即②环境温度Ta＝288.15K，且DIGV＝100时，ηc＝ηc0参考式(5)通用轴流式压气机效率特性曲线，IGV温控规律下，恒速运行时，满足上述条件的一种多元函数形式：a,b,c,d,e,g——为待拟合的系数。最后找出IGV开度与燃气轮机透平排气温度的对应函数关系，并使用此关系作为燃气轮机运行约束条件。在步骤2)中，所述余热锅炉模型的建立过程如下：烟气侧的换热系数hg由对流换热系数hc及辐射换热系数hr组成；余热锅炉的管式换热器采用肋片管，由于肋片管的辐射空间小，而且在燃气轮机高负荷时进口温度约600℃，辐射换热量较少，所以辐射换热量可以忽略；锅炉的换热系数k，在忽略管壁热阻及工质侧水垢层热阻的情况下，写成：1/hg——表示烟气侧热阻，(m2.K)/W；δh/λh——表示烟气侧受热面灰污层热阻，(m2.K)/W；1/hw——表示工质侧热阻，(m2.K)/W；在省煤器、蒸发器、过热器和再热器中，吸热量的计算如下所示：Q1＝(hg1-hg2)mg(8)Q2＝(hw2-hw1)mw(9)Q3＝k×A×Δt(10)Q1——表示烟气侧放热，kJ；Q2——表示水侧吸热量，kJ；Q3——由对流换热经验公式计算得出换热量，kJ；hg1、Tg1——表示换热器烟气进气焓、进气温度，kJ/kg、K；hg2、Tg2——表示换热器烟气出口焓、进气温度，kJ/kg、K；hw1、Tw1——表示换热器水或蒸汽进口焓、进气温度，kJ/kg、K；hw2、Tw2——表示换热器水或蒸汽出口焓、出口温度，kJ/kg、K；mg——表示烟气流量，kg/s；mw——表示水或蒸汽流量，kg/s；A——表示换热器面积，m2；Δt——表示对数平均换热温差，K；工质在管内流动时存在流动阻力，其管内的流动压力损失值表示为：pf——沿程阻力损失，Pa；λf——阻力损失系数，(Pa.s2)/kg2；各换热器的换热系数根据部件的实际特性进行进一步简化，在蒸发器中，水侧的换热系数远大于烟气侧，因此忽略水侧换热系数，但是过热器中不一定能忽略；此外汽包、蒸汽混合器这些部件都必须满足物质守恒和能量守恒；在滑压运行中汽轮机调节阀保持全开，汽轮机的特征通流面积在正常情况下保持不变，其流动特征遵循弗流盖尔公式：F——表示气缸蒸汽通流面积，m2；pin——表示气缸蒸汽进口压力，MPa；pout——表示气缸蒸汽出口压力，MPa；Tin——表示气缸蒸汽进气温度，K；汽轮机各缸的实际焓降表示为：hin-hout＝ηi(hin-hout,s)(14)汽轮机的功率则表示为：Pst——表示汽轮机总功率，kW；Ppump——表示给水泵耗功，kW；hin——表示汽轮机气缸进汽焓，kJ/kg；hout——表示汽轮机气缸实际排汽焓，kJ/kg；hout,s——表示汽轮机气缸等熵排汽焓，kJ/kg；建立以汽轮机功率最大化为目的多约束目标函数F(X)＝-Pst＝f(x1,x2,x3,x4)(16)约束条件为：ΔTgg1、ΔTgg2、ΔTgg3——表示高、中、低压节点温差；d——表示汽轮机排汽干度；Tq——表示饱和温度，K；Te——表示省煤器出口温度，K；Tgout——表示余热锅炉本文档来自技高网...

【技术保护点】
针对燃气透平劣化的联合循环余热锅炉压力调整方法，其特征在于，包括以下步骤：1)使用燃气轮机通用特性曲线并结合回归分析方法，建立针对特定机组的带IGV的燃气轮机模型；2)以对流换热经验公式和能量守恒原理为基础，建立余热锅炉模型；3)参考燃气轮机实际的控制原理，以燃气轮机透平排气温度和IGV开度对应关系来控制机组运行；4)当燃气轮机部件劣化时，为达到指定功率，需重新调节IGV开度，燃气轮机排气参数发生变化，继而余热锅炉运行性能变化，此时对余热锅炉进行运行压力优化，使余热锅炉和汽轮机能适应新工况并获取更大功率，得到此新IGV开度或联合循环功率下的新滑压压力。

【技术特征摘要】
1.针对燃气透平劣化的联合循环余热锅炉压力调整方法，其特征在于，包括以下步骤：1)使用燃气轮机通用特性曲线并结合回归分析方法，建立针对特定机组的带IGV的燃气轮机模型；2)以对流换热经验公式和能量守恒原理为基础，建立余热锅炉模型；其中，所述余热锅炉模型的建立过程如下：烟气侧的换热系数hg由对流换热系数hc及辐射换热系数hr组成；余热锅炉的管式换热器采用肋片管，由于肋片管的辐射空间小，而且在燃气轮机高负荷时进口温度约600℃，辐射换热量较少，所以辐射换热量可以忽略；锅炉的换热系数k，在忽略管壁热阻及工质侧水垢层热阻的情况下，写成：1/hg——表示烟气侧热阻，(m2.K)/W；δh/λh——表示烟气侧受热面灰污层热阻，(m2.K)/W；1/hw——表示工质侧热阻，(m2.K)/W；在省煤器、蒸发器、过热器和再热器中，吸热量的计算如下所示：Q1＝(hg1-hg2)mg(2)Q2＝(hw2-hw1)mw(3)Q3＝k×A×Δt(4)Q1——表示烟气侧放热，kJ；Q2——表示水侧吸热量，kJ；Q3——由对流换热经验公式计算得出换热量，kJ；hg1、Tg1——表示换热器烟气进气焓、进气温度，kJ/kg、K；hg2、Tg2——表示换热器烟气出口焓、进气温度，kJ/kg、K；hw1、Tw1——表示换热器水或蒸汽进口焓、进气温度，kJ/kg、K；hw2、Tw2——表示换热器水或蒸汽出口焓、出口温度，kJ/kg、K；mg——表示烟气流量，kg/s；mw——表示水或蒸汽流量，kg/s；A——表示换热器面积，m2；Δt——表示对数平均换热温差，K；工质在管内流动时存在流动阻力，其管内的流动压力损失值表示为：pf——沿程阻力损失，Pa；λf——阻力损失系数，(Pa.s2)/kg2；各换热器的换热系数根据部件的实际特性进行进一步简化，在蒸发器中，水侧的换热系数远大于烟气侧，因此忽略水侧换热系数，但是过热器中不一定能忽略；此外汽包、蒸汽混合器这些部件都必须满足物质守恒和能量守恒；在滑压运行中汽轮机调节阀保持全开，汽轮机的特征通流面积在正常情况下保持不变，其流动特征遵循弗流盖尔公式：F——表示气缸蒸汽通流面积，m2；pin——表示气缸蒸汽进口压力，MPa；pout——表示气缸蒸汽出口压力，MPa；Tin——表示气缸蒸汽进气温度，K；汽轮机各缸的实际焓降表示为：hin-hout＝ηi(hin-hout,s)(8)汽轮机的功率则表示为：Pst——表示汽轮机总功率，kW；Ppump——表示给水泵耗功，kW；hin——表示汽轮机气缸进汽焓，kJ/kg；hout——表示汽轮机气缸实际排汽焓，kJ/kg；hout,s——表示汽轮机气缸等熵排汽焓，kJ/kg；建立以汽轮机功率最大化为目的多约束目标函数F(X)＝-Pst＝f(x1,x2,x3,x4)(10)约束条件为：ΔTgg1、ΔTgg2、ΔTgg3——表示高、中、低压节点温差；d——表示汽轮机排汽干度；Tq——表示饱和温度，K；Te——表示省煤器出口温度，K；Tgout——表示余热锅炉出口烟气温度，K；3)参考燃气轮机实际的控制原理，以燃气轮机透平排气温度和IGV开度对应关系来控制机组运行；4)当燃气轮机部件劣化时，为达到指定功率，需重新调节IGV开度，燃气轮机排气参数...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨承，黄志峰，马晓茜，王旭升，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44