基于运行数据的igcc电站燃气轮机性能分析

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1、基于运行数据的IGCC电站燃气轮机性能分析(申请清华大学工学硕士学位论文)培养单位：热能工程系学养单科：动力工程及工程热物理：研究生：唐婷指导教师：朱：民教授二○一五年五月AnalysisofIGCCGasTurbinePerformanceBasedonFieldDataThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinPowerEngineeringandEngineeringThermophysicsbyTangTingThesisSu

2、pervisor:ProfessorZhuMinMay,2015摘要摘要整体煤气化联合循环(IntegratedGasificationCombinedCycle,IGCC)热力系统复杂，运行状况受到多种因素影响。燃气轮机为IGCC循环中核心部件。为预测燃气轮机的性能，本文结合燃气轮机基础理论和实际结构，分析现场运行数据，得到燃机部件特性，建立燃气轮机压气机、燃烧室和透平等部件数学模型，并通过设计工况参数校核模型。同时在设计工况的基础上分别改变机组负荷、环境温度、燃料热值、透平出口温度，观察各参数对燃气轮机系统各部件特别是燃烧室性能的影响。分析结果将对燃机的安全稳定运行提供指导。本文的研究成果

3、主要如下：机组负荷增加时，燃烧室内火焰温度增加，导致NOx生成化学反应速率增加，NOx排放量增加。火焰筒壁面温度先略有降低再迅速上升。当机组负荷超过额定负荷时，压气机出口压力有超过最高限值的危险，透平第一级静叶表面温度超过设计值，有可能影响叶片使用寿命，隔热陶瓷瓦片和火焰筒壁面有烧蚀的危险。环境温度降低时，压气机IGV开度对环境温度变化敏感，压比迅速减小。当环境温度小于设计点温度时，隔热陶瓷瓦片内侧和火焰筒壁面有烧蚀的危险。环境温度上升，燃烧室内火焰温度逐渐减小，NOx排放量降低。当环境温度超过35℃时，IGV开度将不能在满负荷时有效地控制压比与进口空气流量。合成气热值增加时，透平第一级静叶表

4、面温度基本不变。压气机可以通过较小的IGV开度变化保证压比的稳定。合成气热值和组分变化导致火焰温度增加，NOx排放量增加。当合成气热值超过8MJ/kg后，隔热陶瓷瓦片内侧有烧蚀的危险。火焰筒壁面温度冷却效果良好。透平出口温度增大时，透平第一级静叶透平冷却效果恶化。燃烧室内一次燃烧空气质量流量在515℃~530℃间逐步下降，当温度到达530℃后，二次风阀开度减小，一次燃烧空气流量跃变增加，接着一次燃烧空气质量流量随温度增加逐步下降。火焰温度、NOx排放量与当量比呈现逐步上升、跃变降低、再逐步增加的变化过程。在透平出口温度位于525℃~530℃时，NOx排放量超过设计值且不断增加，火焰筒壁面及热瓦

5、可能出现烧蚀现象。关键词：IGCC；燃气轮机；燃烧室；数学模型；性能IAbstractAbstractIntegratedGasificationCombinedCycle(IGCC)isacomplexthermalsystem,whichoperatingconditionisaffectedbyvariousissues.Thegasturbineisoneofthekeycomponentsofthecycle.Topredicttheperformanceofthegasturbine,amathematicalmodelhasbeenestablishedtoanalyzethei

6、mpactoftheload,theambienttemperature,thesyngasLHVandtheturbineoutlettemperatureontheperformanceofgasturbinebycombiningwiththegasturbinetheoryandanalyzingthecharacteristicsofthegasturbinecomponentbasedonfielddata.Analysisresultscanbehelpfulinstructionstoensurethesafetyoftheunit.Themaincontentsareasfo

7、llows:Astheloadincreases,theflametemperatureincreases,NOxemissionsgoesupaccordingtotheincreasingNOxformationreactionrate.Thelinerwall'stemperaturedecreasesalittleandthenincreasesrapidly.Whentheloadexc