基于某燃气轮机的燃气蒸汽联合循环建模仿真

论文摘要

在单机设备效率提高越来越困难的情况下,要提高热力系统的效率,就必须做到能源梯级利用,以充分利用各品位的热能,提高整个系统的效率。在这种背景下就开始出现了各种联合循环方案。例如湿空气透平（HAT）循环、整体煤气化联合循环（IGCC）、增压流化床联合循环（PFBC）等,本文主要以某燃气轮机对象,设计出燃气蒸汽联合循环方案（CCGT）并对其建模和仿真研究。本文主要做了以下几方面的工作:为了考虑抽放气因素对系统性能的影响,以某燃气轮机压气机为母机,采用等压比的高、低压压气机替代母机;通过“骨干线法”,获得压气机特性曲线图,运用模块化建模方法,建立了燃气轮机的仿真模型。在蒸发器、汽包等建模过程中涉及到水蒸汽特性参数计算问题,尤其密度偏导数、焓偏导数更是难点,本文给出了解决此问题的思路,并对结果进行误差分析。在对燃气蒸汽联合循环理论分析的基础上,以某型燃气轮机为对象,设计了燃气蒸汽联合循环系统方案;根据热力系统的工作流程,将整个系统划分为燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机三大系统,运用模块化建模的方法,在MATLAB/Simulink仿真平台上建立了燃气蒸汽联合循环的模块化动态仿真模型。进行了燃气-蒸汽联合循环系统变工况特性的计算,并对其在典型动态阶跃变化时的动态响应特性进行了研究。本文所做的工作可以为某燃气轮机的未来应用作为参考,为系统构成方案的设计及系统控制策略的进一步研究奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 燃气-蒸汽联合循环仿真建模的方法及意义
• 1.3 本文的主要工作和内容
• 第二章 燃气-蒸汽联合循环装置及设计
• 2.1 燃气轮机热力循环的理论
• 2.1.1 燃气轮机的工作原理
• 2.1.2 燃气轮机理想热力循环
• 2.1.3 燃气轮机实际热力循环
• 2.2 燃气-蒸汽联合循环装置
• 2.2.1 联合循环运行原理
• 2.2.2 典型的联合循环运行方案
• 2.3 余热锅炉与联合循环的汽水系统
• 2.3.1 余热锅炉方案及其运行方式
• 2.3.2 联合循环蒸汽轮机系统特点
• 2.4 联合循环的参数设计
• 2.4.1 燃气轮机设计参数
• 2.4.2 余热锅炉和蒸汽轮机参数设计
• 2.5 本章小结
• 第三章 联合循环中水蒸汽参数分析和处理
• 3.1 汽水热力性质
• 3.2 水蒸汽偏导分析和处理
• 3.2.1 插值和拟合
• 3.2.2 结果分析与验证
• 3.3 本章小结
• 第四章 燃气-蒸汽联合循环模型建立
• 4.1 仿真环境和模块介绍
• 4.2 燃气轮机系统模块库
• 4.2.1 压气机模块
• 4.2.2 涡轮模块
• 4.2.3 转子模块
• 4.2.4 燃烧室模块
• 4.2.5 容积模块
• 4.3 余热锅炉系统模块库
• 4.3.1 过热器模块
• 4.3.2 省煤器模块
• 4.3.3 蒸发器模块
• 4.3.4 汽包模块
• 4.3.5 水泵模块
• 4.4 蒸汽轮机系统模块库
• 4.4.1 汽轮机模块
• 4.4.2 阀门模块
• 4.4.3 凝汽器模块
• 4.5 燃气-蒸汽联合循环的系统仿真模型
• 4.6 本章小结
• 第五章 联合循环系统性能仿真研究
• 5.1 系统稳态性能分析
• 5.1.1 设计工况
• 5.1.2 变工况性能分析
• 5.2 动态特性仿真分析
• 5.2.1 大气温度上升10K 的动态特性
• 5.2.2 燃气轮机负荷下降10%的动态特性
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文目录