CN113487190A - 一种整体煤气化联合循环发电机组全厂性能评估的试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种整体煤气化联合循环机组全厂性能评估的试验方法，该方法包括以下步骤：确定试验边界；通过气化炉性能试验，计算气化炉热效率；通过净化系统性能试验，计算净化系统热效率；通过动力岛性能试验，计算动力岛联合循环发电热效率；通过辅机电耗测试，计算机组厂用电率；根据各分系统的热效率通过反平衡计算方法，计算全厂热效率。本方法利用以系统中间产物(气化炉及净化系统出口合成气)为基准的正平衡与反平衡相结合的方法，使得整体煤气化联合循环发电机组全厂性能试验不确定度得到有效控制；得到的试验结果更接近机组运行经济性统计数据，而且能够有效地对各主要分系统、分设备进行性能诊断和分析。
Description
技术领域
本发明属于整体煤气化联合循环发电技术领域，具体涉及一种整体煤气化联合循环发电机组全厂性能评估的试验方法。
背景技术
在国际上，针对整体煤气化联合循环发电机组进行整体验收试验，通常采用ASMEPTC 47-2006《整体煤气化联合循环电站性能试验规程》，该规程采用正平衡方法进行全厂性能测试。在所有设备运行正常，所有测量仪器、仪表均严格校验合格(尤其是对原煤量测量系统的校验)以及保证煤质单一稳定的情况下，利用该方法测试得到的全厂整体性能试验不确定度约为±3.5％。
针对原煤量测量系统自身的测量不确定度较大(约±2％)，而且原煤来源复杂，煤质难以单一稳定，采用上述规程进行全厂性能测试时，得到的试验结果不确定度会大幅偏高。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种整体煤气化联合循环发电机组全厂性能评估的试验方法，该方法能够更为准确地评估整体煤气化联合循环发电机组的全厂性能，利用以系统中间产物气化炉及净化系统出口合成气为基准的正平衡与反平衡相结合的方法，得到各主要分系统、分设备(气化炉、煤气净化系统、动力岛整体性能、燃气轮机、蒸汽轮机、余热锅炉)的性能，最终利用分设备性能对整体煤气化联合循环机组进行综合评估，计算得到全厂性能指标。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种整体煤气化联合循环发电机组全厂性能评估的试验方法，包括以下步骤：
A、确定试验边界：根据试验边界确定输入热功率和输出电功率变量的数量和类型；
B、进行气化炉性能试验，计算气化炉热效率：依据《整体煤气化联合循环机组性能试验规程》对气化炉进行性能试验，通过热损失法计算气化炉热效率；
C、进行净化系统性能试验，计算净化系统热效率：气化炉产生的合成气和蒸汽的能量损失均归结到净化系统，折算为净化系统热效率；
D、进行动力岛性能试验，计算动力岛联合循环发电热效率：动力岛包含燃气轮机、汽轮机、余热锅炉及相关辅机，根据动力岛输入和输出能量计算动力岛联合循环热效率；
E、进行辅机电耗测试，计算机组厂用电率；
F、计算全厂发电热效率：根据各分系统的热效率通过反平衡计算方法，计算全厂热效率：结合气化炉热效率、净化系统热效率、动力岛联合循环热效率及厂用电率，计算全厂发电热效率和全厂供电热效率。
所述步骤B中，具体内容如下：气化炉热效率计算采用热损失法，气化炉热效率通过下式计算：
其中ηg为气化炉热效率，％。Gin,i为各项输入热量，包括：1)原煤的化学热；2)原煤带入系统的物理热；3)热风炉空气带入系统的物理热；4)高、低压氮气带入系统的物理热；5)氧气带入系统的物理热；6)燃烧器用中压过热蒸汽带入系统的物理热；7)补水(包括碱液)带入系统的物理热；
Li为各项热损失，包括：1)合成气离开系统显热损失；2)灰、渣中未燃尽碳带走的热损失；3)设备本体表面对流、辐射热损失；4)合成气中水分(饱和水)带走的热损失；5)灰渣物理热损失；6)洗涤塔排污水带走的热损失。
所述步骤C中，气化炉产生的粗合成气通过净化系统后，其中COS和H2S被吸收并产出硫磺，脱硫净化后的合成气大部分作为燃料气输送至动力岛，少部分作为制粉系统燃料气和气化配气，气化炉产生的饱和蒸汽分为三部分，一部分作为调节燃气轮机燃烧室温度用汽，一部分送余热锅炉中压汽包，其余少部分作为加热蒸汽，气化炉产生的合成气和蒸汽的能量损失均归结到净化系统，计算净化系统热效率。
所述步骤D中，动力岛包含燃气轮机、汽轮机、余热锅炉及相关辅机，其整体联合循环热效率根据输入和输出能量计算：
式中：PTGHRfdd为动力岛联合循环发电热耗率，kJ/(kW.h)；FGT为进入燃气轮机合成煤气流量，kg/h；LHVt为燃料低位热值，kJ/kg；HFGT为试验条件下的燃料显热，kJ/kg；QIN1为除合成煤气外，由外界进、出入动力岛的能量，kJ/h；PTGPOt为动力岛输出电功率，kW。
所述步骤F中，全厂发电热效率通过下式计算得到：
ηo＝ηg×ηp×ηh
式中：ηo为全厂发电热效率，％；ηg为气化炉热效率，％；ηp为净化系统热效率，％；ηh为动力岛联合循环发电热效率，％。
所述步骤F中，全厂供电热效率通过下式计算得到：
ηn＝ηo/(1-ra)
式中：ηn为全厂供电热效率，％；ra为厂用电率，％。
在步骤B、C、D、E、F中，以整体煤气化联合循环发电机组中间产物，即合成气为媒介，通过正平衡计算动力岛联合循环发电热效率，通过反平衡计算净化系统和气化炉的热效率。
本发明的有益效果：
本发明的方法与通常采用的ASME PTC 47-2006《整体煤气化联合循环电站性能试验规程》相比较，整体煤气化联合循环发电机组整体性能试验不确定度得到有效控制。
本发明得到的试验结果更接近机组运行经济性统计数据，而且利用本方法能够有效地对各主要分系统、分设备进行性能诊断和分析。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
图2为整体煤气化联合循环发电机组全厂性能试验边界示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
1.如图1所示，本发明提供的一种整体煤气化联合循环发电机组全厂性能评估的试验方法，包括以下步骤。
1)确定试验边界：根据图2所示的试验边界，确定输入的热量和输出电功率；
2)进行气化炉性能试验，计算气化炉热效率：依据《整体煤气化联合循环机组性能试验规程》对气化炉进行性能试验，通过热损失法计算气化炉热效率；
3)进行净化系统性能试验，计算净化系统热效率：气化炉产生的合成气和蒸汽的能量损失均归结到净化系统，折算为净化系统热效率；
4)进行动力岛性能试验，计算动力岛联合循环发电热效率：动力岛包含燃气轮机、汽轮机、余热锅炉及相关辅机，根据动力岛输入、输出能量计算动力岛联合循环热效率；
5)进行辅机电耗测试，计算机组厂用电率：
6)根据气化炉热效率、净化系统热效率、动力岛联合循环热效率及厂用电率，通过反平衡计算方法，计算全厂发电热效率和全厂供电热效率。
实例说明：
1.如表1所示，以国内某整体煤气化联合循环电站性能试验为例，根据3个不同工况试验数据，通过热损失法计算得到气化炉的热效率分别为94.67％，95.28％和94.97％。
2.如表2所示，净化系统输入热量包括气化炉出口合成气总热量、气化炉出口合成气中水分热量和气化炉出口蒸汽热量，净化系统输出热量包括进入燃气轮机的合成气热量、进入燃气轮机的蒸汽热量和进入余热锅炉的蒸汽热量；根据净化系统性能试验数据，计算得到净化系统的热效率分别为94.50％，94.51％和94.22％。
3.如表1所示，动力岛包含燃气轮机、汽轮机、余热锅炉及相关辅机，动力岛输入热量包括合成气热量及其他汽水输入能量，动力岛输出电功率包括燃气轮机和蒸汽轮机的电功率。根据输入、输出热量计算得到动力岛联合循环热效率分别为51.71％，51.65％和52.25％。
4.如表1所示，根据辅机电耗测试数据，计算得到全厂厂用电率分别为51.71％，51.65％和52.25％。
5.如表1所示，根据计算得到的气化炉热效率、净化系统热效率、动力岛联合循环热效率及厂用电率，通过反平衡计算方法，得到全厂发电热效率分别为46.26％，46.51％和46.75％，全厂供电热效率分别为39.92％，37.14％和37.14％。
示例图只用于对本发明进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据上述内容做出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。
表1整体煤气化联合循环发电机组全厂发、供电效率试验结果
表2净化系统热效率计算结果
Claims (7)
1.一种整体煤气化联合循环发电机组全厂性能评估的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、确定试验边界：根据试验边界确定输入热功率和输出电功率变量的数量和类型；
B、进行气化炉性能试验，计算气化炉热效率：依据《整体煤气化联合循环机组性能试验规程》对气化炉进行性能试验，通过热损失法计算气化炉热效率；
C、进行净化系统性能试验，计算净化系统热效率：气化炉产生的合成气和蒸汽的能量损失均归结到净化系统，折算为净化系统热效率；
D、进行动力岛性能试验，计算动力岛联合循环发电热效率：动力岛包含燃气轮机、汽轮机、余热锅炉及相关辅机，根据动力岛输入和输出能量计算动力岛联合循环热效率；
E、进行辅机电耗测试，计算机组厂用电率；
F、计算全厂发电热效率：根据各分系统的热效率通过反平衡计算方法，计算全厂热效率：结合气化炉热效率、净化系统热效率、动力岛联合循环热效率及厂用电率，计算全厂发电热效率和全厂供电热效率。
2.根据权利要求1所述的一种整体煤气化联合循环发电机组全厂性能评估的试验方法，其特征在于，所述步骤B中，具体内容如下：气化炉热效率计算采用热损失法，气化炉热效率通过下式计算：
其中ηg为气化炉热效率，％。Gin,i为各项输入热量，包括：1)原煤的化学热；2)原煤带入系统的物理热；3)热风炉空气带入系统的物理热；4)高、低压氮气带入系统的物理热；5)氧气带入系统的物理热；6)燃烧器用中压过热蒸汽带入系统的物理热；7)补水(包括碱液)带入系统的物理热；
Li为各项热损失，包括：1)合成气离开系统显热损失；2)灰、渣中未燃尽碳带走的热损失；3)设备本体表面对流、辐射热损失；4)合成气中水分(饱和水)带走的热损失；5)灰渣物理热损失；6)洗涤塔排污水带走的热损失。
3.根据权利要求1所述的一种整体煤气化联合循环发电机组全厂性能评估的试验方法，其特征在于，所述步骤C中，气化炉产生的粗合成气通过净化系统后，其中COS和H2S被吸收并产出硫磺，脱硫净化后的合成气大部分作为燃料气输送至动力岛，少部分作为制粉系统燃料气和气化配气，气化炉产生的饱和蒸汽分为三部分，一部分作为调节燃气轮机燃烧室温度用汽，一部分送余热锅炉中压汽包，其余少部分作为加热蒸汽，气化炉产生的合成气和蒸汽的能量损失均归结到净化系统，计算净化系统热效率。
4.根据权利要求1所述的一种整体煤气化联合循环发电机组全厂性能评估的试验方法，其特征在于，所述步骤D中，动力岛包含燃气轮机、汽轮机、余热锅炉及相关辅机，其整体联合循环热效率根据输入和输出能量计算：
式中：PTGHRfdd为动力岛联合循环发电热耗率，kJ/(kW.h)；FGT为进入燃气轮机合成煤气流量，kg/h；LHVt为燃料低位热值，kJ/kg；HFGT为试验条件下的燃料显热，kJ/kg；QIN1为除合成煤气外，由外界进、出入动力岛的能量，kJ/h；PTGPOt为动力岛输出电功率，kW。
5.根据权利要求1所述的一种整体煤气化联合循环发电机组全厂性能评估的试验方法，其特征在于，所述步骤F中，全厂发电热效率通过下式计算得到：
ηo＝ηg×ηp×ηh
式中：ηo为全厂发电热效率，％；ηg为气化炉热效率，％；ηp为净化系统热效率，％；ηh为动力岛联合循环发电热效率，％。
6.根据权利要求1所述的一种整体煤气化联合循环发电机组全厂性能评估的试验方法，其特征在于，所述步骤F中，全厂供电热效率通过下式计算得到：
ηn＝ηo/(1-ra)
式中：ηn为全厂供电热效率，％；ra为厂用电率，％；。
7.根据权利要求1所述的一种整体煤气化联合循环发电机组全厂性能评估的试验方法，其特征在于，在步骤B、C、D、E、F中，以整体煤气化联合循环发电机组中间产物，即合成气为媒介，通过正平衡计算动力岛联合循环发电热效率，通过反平衡计算净化系统和气化炉的热效率。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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