[发明专利]一种三压再热联合循环电厂系统的性能优化方法

说明书

本发明公开了一种三压再热联合循环电厂系统的性能优化方法，属于燃气轮机联合循环发电技术领域。包括以下步骤：获取联合循环电厂使用的关键设备参数限制；获取燃气轮机热调关键参数及裕度；确定联合循环电厂运行包络线；建立燃气轮机及联合循环电厂热平衡模型，校准压气机和透平效率及高压缸效率；定义主蒸汽温度和再热蒸汽温度匹配策略和优化边界；建立联合循环在先性能监测系统接入实时运行关键参数和环境条件；利用热平衡模型遍历计算不同参数组合下的联合循环热效率，获取最优参数；最优参数反馈至控制系统，通过控制系统调节，使机组性能达到最优。

技术领域

本发明涉及一种三压再热联合循环电厂系统的性能优化方法，属于燃气轮机联合循环发电技术领域。

背景技术

燃气轮机发电厂一般采用燃气-蒸汽联合循环的发电方式，主要由燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机三部分构成。重型燃气轮机的主要部件包括压气机，燃烧室以及透平，压气机吸入空气压缩后送入燃烧室内，使燃料(油或天然气)燃烧产生高温高压燃气，进入燃气轮机膨胀做功发电，再将燃气轮机排出的气体引入锅炉(余热锅炉)，作为锅炉的热源，利用锅炉产生的蒸汽进入蒸汽轮机再发电。这样就形成了燃气轮机和蒸汽轮机共同作为原动机的联合循环发电系统。

燃气轮机联合循环发电具有高效、清洁等特点，目前国内市场中燃气轮机主要作为调峰机组使用，大部分时间运行在部分负荷工况下。联合循环的效率由燃气循环和蒸汽循环共同决定，蒸汽循环的参数受到燃气轮机排气温度的限制，因而蒸汽循环的效率也会受到燃气循环的牵制。对于三压再热联合循环机组，燃机排气温度一般在550℃-620℃，主蒸汽温度限制在535-580℃左右，再热蒸汽温度限制在530-575℃左右。提高燃气轮机排气温度可以使进入余热锅炉的烟气能量增加，进而提高三压再热锅炉主蒸汽温度和再热蒸汽温度，从而使联合循环效率大大提高，然而在联合循环出力一定的情况下，提高燃机排气温度又会使得燃机效率降低。因此燃机排气温度存在一个最佳值，使得燃气-蒸汽联合循环性能最优。同时，由于主蒸汽温度和再热蒸汽温度受到锅炉管道和汽机承温能力限制，当温度过高时会进行喷水减温，从而限制蒸汽温度的进一步提升，根据换热面布置方式和材料承温能力不同，喷水减温限制温度匹配策略存在寻优空间。

按照目前电厂的常规运行策略，部分负荷工况时燃机排气温度与满负荷时保持一致(或略低于满负荷)，但由于部分负荷燃机的压比降低等原因，透平进口温度也远低于可以达到的最高温度，使得这一策略实际上并没有在部分负荷时充分利用透平叶片的承温能力，也无法使燃机侧和汽水侧的性能完美匹配，存在优化的空间。

对于三压再热余热锅炉，高压缸排汽会和中压蒸汽混合后进入再热器，被进一步加热成更高温度的再热蒸汽，因此再热蒸汽温度和主蒸汽温度一样会显著影响汽轮机出力和效率。现有的三压再热机组一般会根据汽机的承温能力预先设置主蒸汽和再热蒸汽温度限制值，当温度超过限制值时进行喷水减温。当燃机排气温度提高时，主蒸汽温度和再热蒸汽温度都会随之升高，从而提高汽轮机性能，喷水减温在限制蒸汽温度的同时也限制了汽轮机性能的提升。主蒸汽和再热蒸汽的温度不同，达到喷水温度的时刻不同，并且对汽轮机的性能影响程度也不同，因此在提高燃机排气温度的同时，若能优化主蒸汽限制温度和再热蒸汽限制温度的匹配策略，寻找两种蒸汽温度限制对提高性能的最佳匹配点，就能最大程度利用蒸汽能量，实现性能优化。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于设计一种针对三压再热联合循环电厂系统的性能优化方法，可以在已经调试好的燃机运行包络线内寻找最优的排气温度运行点，在不影响燃机运行安全的前提下充分发挥透平叶片的承温潜力，实时在线优化部分负荷运行方式，并同时优化主蒸汽和再热蒸汽限制温度匹配策略，从而最大程度的提升联合循环电厂热效率。

本发明所要解决的技术问题采取以下技术方案来实现：

为了有效提升燃气轮机三压再热联合循环效率，实时监测并优化联合循环运行方式，本发明采用的技术方案如下：