新型燃氣輪機再熱聯(lián)合循環(huán)發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、盡管近年來我國經(jīng)濟增長速度趨緩，但是GDP仍然保持6％以上的增速，能源需求量依然穩(wěn)步增長。同時，我國能源結(jié)構(gòu)存在不合理的地方。根據(jù)《BP中國能源統(tǒng)計年鑒》的數(shù)據(jù)，2015年我國煤炭消費總體呈下降趨勢，但是仍然占一次能源消費量的63.7％;能源消費對石油的依賴有所降低，原油消費量占總量的18.6％;核能、水力發(fā)電和其他可再生能源的消費量占12％左右;值得注意的是，消費量長期徘徊在2％左右的天然氣，2015年上升至5.9％。說明國家對天然氣

2、發(fā)電技術(shù)的重視。然而，煤炭在我國一次能源消費中的比例依然占主導(dǎo)地位。有專家預(yù)測，今后20年內(nèi)，這種主導(dǎo)地位將繼續(xù)保持。這個問題不僅從戰(zhàn)略角度上困擾著我們，在環(huán)境上也不容小覷。近年來，霧霾的陰影在我國大地上揮之不去，對人民群眾的身體健康造成威脅。作為一種發(fā)電形式，天然氣發(fā)電是相對潔凈、高效的發(fā)電形式。燃氣輪機以及蒸汽-燃氣聯(lián)合循環(huán)具有低排放、系統(tǒng)循環(huán)熱效率高、運行靈活和變負荷響應(yīng)快等特點?；诮?jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略和國際競爭的需求，世界上許多國家都

3、將各國科技研發(fā)和裝備制造業(yè)技術(shù)開發(fā)的重點轉(zhuǎn)到了先進的燃氣輪機技術(shù)上。先進燃氣輪機技術(shù)是一個國家綜合經(jīng)濟技術(shù)實力的象征。因此大力發(fā)展燃氣輪機發(fā)電技術(shù)是目前解決能源問題的一種重要手段。
　　本文根據(jù)一項國家發(fā)明專利，利用燃氣燃燒“非熱表面”再熱技術(shù)，提高燃氣輪機燃燒室進氣壓力，同時采用燃氣“二次再熱”和“中間冷卻”手段，通過靈活的軸系布置，得到了一種新型燃氣輪機再熱循環(huán)發(fā)電技術(shù)。該系統(tǒng)具有運行靈活，啟停速度快，效率高等特點，超過目前運

4、用設(shè)備的整體效率3％-5％。
　　文章首先對該系統(tǒng)基本原理和應(yīng)用手段進行詳細的熱力學(xué)分析。將該新型燃氣輪機再熱發(fā)電技術(shù)分別應(yīng)用到燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)(Gas-Steam TurbineCombined Cycle，簡稱GTCC)發(fā)電技術(shù)、大容量壓縮空氣儲能(Compressed AirEnergy Storage，簡稱CAES)高效發(fā)電系統(tǒng)和整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IntegratedGasification Combined Cycl

5、e，簡稱IGCC)發(fā)電系統(tǒng)中，并對新建立的三個系統(tǒng)進行詳細的熱力學(xué)計算，針對三個新系統(tǒng)的不同參數(shù)的變化以及變工況情況進行了優(yōu)化。優(yōu)化后的三個新系統(tǒng)，比目前應(yīng)用最廣泛的F級燃氣輪機為主要設(shè)備的燃氣循環(huán)發(fā)電技術(shù)的效率分別高出3.74％、9.37％和2.86％，并得到了最優(yōu)化的參數(shù)。
　　接著針對新系統(tǒng)燃燒室高壓力燃燒的這一情況，設(shè)計并校核了燃氣輪機高壓燃燒實驗平臺。該平臺具有高安全性、高可靠性以及多功能性?？梢葬槍Σ煌瑝毫?、流量、旋流

6、器、噴嘴和氣體種類進行燃燒實驗。在這一章中，對燃燒器、燃氣供給系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、機械系統(tǒng)以及安全系統(tǒng)進行了詳細的設(shè)計計算和校核，改進并優(yōu)化了實驗臺，并全程參與搭建工作。
　　最后，針對燃氣輪機高壓燃燒實驗平臺進行了燃燒研究。用數(shù)值計算和實驗兩種方法研究了不同壓力下燃燒和污染物排放的規(guī)律，并進一步研究了在高壓下不同功率和不同當量比下的燃燒和污染物排放規(guī)律。針對煙氣再熱循環(huán)，還研究了煙氣摻混對高壓燃燒的影響。并對今后準備改建的多種旋流器