燃气轮机简单循环Pp
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燃气轮机的工作方式简单循环、联合循环和混合循环简单循环燃气轮机的效率水平约在35%至40%之间。
联合循环机组可将效率提升至60%及更高。
但如今出现了另一种兼具简单循环和联合循环设计特点的选择。
这种混合配置采用单个动力涡轮,并将排气余热回收至燃烧室,从而集二者之长。
它被称作VAST(增值蒸汽技术)动力循环,有望实现50%以上的效率水平。
它有潜力成为以可再生能源为主的电网中最具成本效益的备用选项。
而且,在不使用催化剂的情况下,其排放水平还很低。
1、传统循环尽管不常使用,但简单循环(布雷顿)调峰机组处于备用状态运行,为保障电网可靠性提供关键的备用电力。
它们具备快速爬坡能力,运行灵活性佳。
美国能源信息署(EIA)报告称,2017年至2023年期间,简单循环电厂的容量系数平均在9.6%至14.1%之间。
然而,夏季峰值已大幅攀升至12%以上,有时甚至高达23%(见图1)。
夏季利用率峰值一直在快速上升,而冬季利用率仅略有上升。
这使得2017年冬季到夏季的容量系数波动从4%增加到了2023年的14%。
图1美国每月简单循环天然气涡轮机容量系数及装机容量(2017年1月-2024年5月)来源:美国能源信息署另一种传统的发电厂设计是联合循环。
此类电厂将燃气轮机排出的余热通过余热回收蒸汽发生器(HRSG)输送,该发生器利用朗肯循环产生蒸汽,再将蒸汽输送至蒸汽轮机。
这相较于简单循环电厂大幅提高了效率,在理想条件下,其效率可接近65%。
据美国能源信息署称,2022年美国联合循环机组的平均容量系数上升至57%。
在2022年和2203年期间,共有13座新的联合循环电厂投入使用,总装机容量为12.4吉瓦。
2024年和2025年还将有约5吉瓦的机组上线。
由于涉及更多的系统和部件,联合循环电厂比简单循环设施更为复杂。
有时还会包含变速箱和离合器。
因此,其成本更高,维护问题也更多。
此外,电网中更多可再生能源的存在迫使许多联合循环电厂频繁启停。
燃气轮机的控制系统包括调节系统、操纵系统和保安系统。
控制系统的功能是把机器的工况控制在安全允许的范围内,以满足负荷方面的要求和机器本身经济性和使用寿命方面的要求。
各系统的内容和复杂程度随机器的用途和容量大小而异。
机械液压式控制系统曾在燃气轮机中占统治地位,但它难于组成高度自动化的复杂系统。
后来出现的电子液压式系统功能强,能完成综合运算、逻辑判断等任务,可以组成高度自动化的复杂系统,并能利用计算机和实现遥控,已广泛用于燃气轮机控制系统。
调节系统它控制正常运行工况,主要满足负荷方面的要求,在有些情况下还能满足经济性方面的要求。
这些要求是靠调节器自动改变燃料消耗率G (千克/秒),有时还转动压气机或透平的可调静叶,以控制转速、燃气初温3等,使其按预定的调节规律变化来达到的。
根据实测转速与其给定值[xx]之间的差值来改变G,以保证符合= [xx]这一调节规律的转速调节器,在燃气轮机中得到广泛的应用。
如果最终G 的改变量正比于这一差值,便不能达到精确地等于[xx],这种调节称为有差调节。
如要只要存在差值就不断改变G,则有可能最终消除这个差值,使精确地等于[xx],这种调节称为无差调节。
带动同步发电机的燃气轮机的基本调节规律是输出轴转速=[xx]的有差调节。
其稳态转速随功率下降而增高(见汽轮机控制系统)。
若使正比于转速的信号加上正比于功率的信号等于某一给定值作为调节规律(称为功频调节),也可得到与转速有差调节同样的稳态结果。
单轴燃气轮机-发电机(图1a[燃气轮机-负荷])使用图2a、b中的调节系统;分轴燃气轮机-发电机(图1b[燃气轮机-负荷])使用图2c [调节系统框图]、d[调节系统框图]、e[调节系统框图]、f[调节系统框图]的调节系统。
这些调节系统都有如下功能:①单独发电情况下,负荷变化时能保持输出轴转速在给定值附近,并可通过改变给定值来改变转速;②并网发电情况下,负荷变化时能保持电网频率在额定值附近,并自动按各并网机器的调节系统特性来分配负荷变化的份额。