毕业论文（设计）太阳能与燃气轮机联合循环系统变工况分析

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1、太阳能与燃气轮机联合循环系统变工况分析摘要太阳能燃气联合循环(ISCC)受太阳能时变性及环境的影响，长时间处丁•变工况运行，系统性能有所降低。了解并掌握ISCC系统变工况运行规律是改善系统变工况性能的关键。本文以单压无再热余热锅炉型太阳能燃气联合循坏系统为例，对不同条件下ISCC系统的变工况运行规律开展研究，主要针対当太阳能发生变工况时，太阳能集热场给水份额的优化，所得结论有望为太阳能燃气联合循环变工况计算提供指导。关键词太阳能燃气联合循环；变工况；给水份额；0引言随着人类社会的高速发展，能源紧缺的问题越来越明显，且燃烧化石能源所带来的环境

2、污染问题已经不能忽视。太阳能相对于传统化石能源具有开发潜力大、清洁环保、可持续利用等诸多优势，能有效解决开发利用化石能源带来的能源短缺、环境污染和温室效应等问题，许多国家都将其视为战略性替代能源。由于太阳能的不稳定性，单纯的太阳能发电站因效率低且蓄热设备成本高一直阻碍其进一步的商业化发展。太阳热能与常规化石能源结合的动力系统是一种新型的互补发电模式，可以有效缓解化石能源消耗与环境污染山，为此，太阳能与化石能源互补的热发电系统得到了广泛关注。相比于常规的燃煤发电系统，燃气一蒸汽联合循环系统具有建设周期短、运行可靠性高、水资源消耗少、环境污染少

3、、能源转换效率高等优点⑵，成为电力行业发展的主要趋势之一。为了进一步降低化石能源使用，减少污染物排放，并寻求高效利用太阳热能的有效途径，太阳能燃气联合循环系统应运而生。太阳能燃气联合循环系统(ISCC)是在燃气—蒸汽联合循环系统的基础上集成槽式太阳能热利用的系统。根据太阳能集热场的不同主要分两种形式：以导热油(HeatTransferFluid,HTF)为传热介质的太阳能集热场与燃气轮机联合循环的耦合⑸，太阳能直接蒸汽发生系统(DirectSteamGeneration,DSG)与燃气轮机联合循环的耦合⑶。但是以导热油(HTF)为传热介质的

4、系统相对复杂，维护费用较高且系统运行安全性较低。集成DSG技术的ISCC-DSG系统中，给水流经太阳能集热器直接被加热生成饱和蒸汽，避免了中间油水换热设备，降低了成本，减少了油■水换热时的能量损失，因此集成DSG技术的ISCC-DSG系统具有热效率高、发电成本低的特点⑷，是槽式发电的新方向。世界范围内，这种槽式太阳能■燃气联合循环发电站目前已有埃及的Kuraymat项目、美国的MartinNextGenerationSolarEnergyCenter项目和摩洛哥的AinBeniMather项目等投入运行，并取得了极大的成功。国内首座ISCC

5、电站一宁夏盐池哈纳斯槽式太阳能■燃气联合循环发电站于2011年10月开工建设，由宁夏哈纳斯集团投资建设，并致力于打造亚洲首个ISCC示范工程余热锅炉是燃气一蒸汽联合循环中的一个重要换热设备，通过回收燃气轮机的排气余热,借以产生蒸汽推动汽轮机作功⑹。但是太阳能本身的不稳定性导致太阳能燃气联合循环系统在阴雨天气、夜晚等光照不足等情况下处于变工况状态运行，且由于大气参数、机组负荷等影响因素的变化，使燃气轮机长时间处于变工况状态下运行。太阳能燃气联合循环系统屮余基金项目：国家自然科学基金(No.51406049)。作者简介：刘仁志(1991-),男

6、，硕士研究生，主要从事系统集成方面的研究，邮箱810652059@qq.como李元媛，副教授热锅炉利用的太阳能与燃气轮机排烟这两种热源的变工况，使余热锅炉亦长时间处于变工况状态下运行，影响整个联合循环的性能。掌握余热锅炉变工况运行的特点对于改善系统运行状况，从而改善联合循环系统效率有着重要的意义。太阳直射辐射(DNI)对集成太阳能的动力系统性能有很大影响。本文针対集成DSG的单压无再热1SCC系统，对不同条件下余热锅炉的变工况运行规律开展研究，分别针对太阳直射辐射强度处于设计点燃气轮机排烟流量改变、太阳直射辐射强度改变燃气轮机排烟流量不变

7、、太阳直射辐射强度改变燃气轮机排烟流量改变三种情况下余热锅炉的运行情况以及对于底部朗肯循环的影响进行分析。1ISCC-DSG系统流程介绍槽式太阳能一燃气轮机联合循环发电系统(IntegratedSolarCombinedCycle,ISCC)将槽式太阳能集热技术与燃气轮机联合循环耦合，有效提高太阳能利用效率，减少化石能源消耗及污染物排放，实现了太阳能与化石能源的互补综合梯级利用。集热器与常规联合循环系统存在多种耦合方式，根据所采用的太阳能集热技术和集热温度以及联合循环中能量转换利用情况，如图1所示卩可以采用图1所示的多种太阳能热注入方式与组

8、合，有更大的设计优化空间。本文所用系统是将太阳能直接蒸发系统(DSG)与余热锅炉中的蒸发器耦合，利用太阳能完成水的相变过程，生成饱和蒸汽。当太阳能充足吋可以取代蒸发器来加热全部给