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1、GTCC的变工况性能及运行策略第39卷第6期I997年】2月汽轮机技术TURBINETECHNOIOGYVo1.39Hn.6cj997i口一弓∞胄行策略徐志强于达仁道益r一,————一,———一,,【摘要】分析了燃气一蒸汽联台循环在部分负荷下运行时的性能,并对影响GTCC部分负荷下运行性能的因素进行了分析,提出了联台循环变工况的最优运行策略.关键词:联合循环电站里些璧翌TCC,—?'一___一,^0前言燃气一蒸汽联合循环(GTCC)电站自50年代以来得到了广泛的应用.近十几年来,随着燃气轮机技术和多压蒸汽余热锅炉技术的进步,GTcc电站在设计状态下的性能获得了稳步提高,并已达到很高的水平.现在
2、一般的GTCC电站的热效率可达4o～5o以上.最新的GTCC电站的热效率达58,而本世纪末联合循环的效率可望超过60.但是,和所有基于燃气轮机的装置一样,在部分负荷下运行时,GTcc电站的性能会急剧下降,比常规的蒸汽轮机电站要快得多.因此,GTCC电站一般适合于承担基本负荷,负荷不变或变动甚少.但实际上,由于国内许多GTCC电站的单机容量都不大,多为50MW或100MW级,且GTCC电站具有启停灵活的优点,常被用来承担着调峰任务,负荷变动频繁,并且经常处于部分工况下运行.因此研究GTCC电站在部分负荷下的性能及此时的运行策略,具有重要的意义.GTCC电站的静特性是燃气轮机余热锅炉和汽轮机的这3
3、大部分特性的练合,是指机组并网发电或在平衡工况下运行时的装置的总体性能为了获得平衡工况下机组的性能,必须分别提供燃气轮机,糸热锅炉和汽收穑日期:1996一O9—30轮机的变工况的曲线]这些曲线可通过实验或理论计算的方法获得,有关这方面的许多文献中都有论述.本文以美国GE公司的PG6541型燃气轮机构成的$106B型联台循环为倒,编制了联台循环变工况性能计算程序对联台循环的性能进行了分析.近年来,由于燃气轮机的技术进步,其排气温度升高,足以采用高参数的汽轮机,而且在余热锅炉中加的燃料,只是用来加热蒸汽,仅相当于Rankine循环的效率,使整个系统效率降低并使系统复杂化,降低了系统的可靠性,故现在
4、新建的GTCC电站中很少再有采用补燃的了.因此本文在此对补燃不加讨论.1联合循环的运行方式1.1燃气轮机的运行方式现代新型的GTCC电站一般都采用了燃气轮机可调导叶(VIGV)以改善部分负荷下的效率.其具体做法是随着GTcC的输出功率降低而关小燃气轮机的进口可调导叶,减少燃气轮机的空气流量,同时使燃气轮机的涡轮前温度保持不变,从而排气温度随着功率降低而升高,在余热锅炉中可回收的单位热量增多,机组效率有了明显改善.图1给出了调节可调导叶和不可调导叶的GTCC_-.第6期徐志强等:GTCC的变工况性能及运行策略337部分负荷下的效率,由图中可见,当调节可调导叶时效率要高约2,这已经是个很显着的差异
5、了.图l单压无补燃磺台循环部分工况性能Nm图2司调导叶对燃气靶机斧气温厦的影响然而,一般锅炉中烟气的温度的超温是有严格限制的,不允许有长时间较大的超温.如果按保持燃气轮机的透平进口温度不变调节可调导叶,则会使燃气轮机排气温度上升,从而余热锅炉的出口蒸汽温度也会上升,大约会上升40℃.如此大的温度波动对余热锅炉和汽轮机的安全运行很不利.如果要保持余热锅炉的进气温度在安全运行范围之内,需要掺混冷却空气降温,则会带来较大的能量损失,降低系统的效率.固此,较好的做法可以以维持排气温度不变来调节燃气轮机的进口可调导叶虽然这样会降低燃气轮机的效率,但却可以降低冷却空气掺混时的损失,提高余热锅炉和汽轮机的效
6、率,从而使整个GTCC系统的效率得到改善.1.2汽轮机运行方式众所周知,电站汽轮机有两种运行方式:定参数运行和滑参数运行在定参数运行时,汽轮机的初参数是固定不变的,并且对初参数的偏移也有严格的限制,并有设计规范可供选择;而在滑参数运行时,汽轮机的进口参数并不是固定不变的,而是沿着一条滑压曲线变化由于余热锅炉的进口参数受燃机排气参数的制约,变化范围相当大.目前,燃气轮机的设计点的排气温度达500～600_c,但是在部分工况下,其排气温度可降至300℃,如此大的波动使余热锅炉的出口蒸汽参数变化范围也很大,此时汽轮机根本无法维持定参数运行.因此汽轮机只能采用滑参数运行,即汽轮机的进口蒸汽压力随着进口
7、气温的降低而降低.并且在滑压运行时,由于降低了汽轮机末级的湿度,降低了汽轮机的湿气损失,从而可提高机组部分负荷下的效率(图3).删3GTCC的孵压和定压性能比较同时需要指出的是,如果负荷继续降低,余热钳炉的排烟温度降到了露点温度.此时烟气中的硫化物就有可能溶于水产生硫酸,而产生低温腐蚀现象,这对余热锅炉的安全运行会产生很不和的影响.为了防止产生这338汽轮机技术第39卷种现象,当汽轮机的进汽参数降
