超临界燃煤发电机组烟气余热利用系统设计及其性能分析

摘要

我国近年来对节能降耗要求越来越高，燃煤发电机组排烟余热的利用受到了广泛的关注。超临界机组锅炉自身设计的排烟温度较高，还会由于设备运行条件变化或其他外部条件变化导致机组排烟温度增大，造成锅炉效率降低、污染排放物增加等问题。本文针对我国600MW超临界燃煤发电机组，提出了一种排烟余热的旁通梯级利用方案，建立了旁通梯级系统及传统单级低温省煤器系统的仿真模型并进行对比分析，研究了旁通梯级系统在变负荷及变旁通比等非设计工况下对机组的性能优化效果。具体内容包括： 首先，针对烟气余热利用系统设计的机组仿真平台搭建的问题，对某600MW超临界燃煤发电机组进行机理建模。建立了机组关键设备的数学模型，包括锅炉的换热过程数学模型、汽轮机压力级数学模型、回热系统中加热器、除氧器和凝汽器各设备及子系统的数学模型。在此基础上，使用Matlab/Simulink搭建起机组的仿真模型并进行了验证，为本文后续研究提供更有说服力的机组仿真平台。 其次，结合该系统结构和上下游工质参数要求，根据设计手册完成各个换热设备的设计。利用对流换热面数学模型和设计参数在Matlab/Simulink平台上完成对旁通梯级系统的建模，并实现与机组仿真平台的集成，可以得到该系统各部分热力参数的计算数据，计算值与相应设计值对比结果表明该系统仿真模型具有较高准确性。 再次，为了对不同方案及工况下的机组热经济性进行准确可靠的分析，本文搭建包括锅炉效率、汽轮机热耗率、机组煤耗率、机组效率等在内的性能计算模型。以未设置低温省煤器方案和常规单级低温省煤器方案作为对比，先阐述三种方案的具体布置结构并搭建起各个方案的仿真模型，分别模拟计算得到各方案设计工况热力参数，计算结果表明在设计工况下旁通梯级系统的性能优于其他两种对比方案。 最后，为了研究非设计工况下旁通梯级余热利用系统对机组的性能改善及节能效果，本文构建了非设计工况下的负荷随动模型。对比在不同负荷下的机组性能参数变化及节能效果，结果表明旁通梯级系统在变负荷运行时相比于单级省煤器系统有更好的节能效果，且节能效果强度不会因负荷变动而降低。最后模拟计算了不同旁通比下，机组的性能改善与节能效果改变，得出了不同工况下给水流量的控制曲线和机组在不同负荷下的最佳旁通比，可以挖掘出旁通梯级系统的最佳节能潜力。

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