毕业论文（设计）塔式光煤互补系统变工况性能研究.docx

塔式光煤互补系统变工况性能研究Study on Off-design Performance of Solar Power Tower Aided Coal-firedPower Generation SystemLiqiang Duan\ Xiaohui Yu\ Buyun Wang1, Tao Feng1 Jinsheng Zhang2(1. School of Energy Power and Mechanical Engineering, North China Electric Power University, Beijing102206, China)(2. Shenhua Guohua (Beijing) Electric Power Research Institute Co., Ltd., Beijing 100025, China) ABSTRACT: In order to save the fossil energy and protect the environment, the solar aided coal-fired power generation system has developed rapidly. The integration scheme of solar power lower and conventional 660MW coal-fired power plant in Dunhuang is proposed・ Based on the simulation platform TRNSYS, the model of the solar-hybrid coal-fired power generation system is established・ According to the meteorological database in TRNSYS software, the simulation and analysis of the hybrid system under different solar radiation intensity and different turbine loads are carried out with the operating mode of coal saving. The lhermodynamic performances of typical days and typical year are obtained, and the thermal characteristics of the hybrid system are revealed・ The results show that the annual solar-to-electric efficiency of the hybrid system is 15.36%, which with lower cost has a certain advantage over the existing solar-only thermal power generation systems. This paper aims to find a new way to retrofit the existing convcntional coal-fired power plants, to provide some theoretical reference as well.KEY WORDS: Solar-hybrid coal-fired power generation system; Molten sail tower; Varying direct normal solar radiation; Varying turbine load; Thermodynamic performance; TRNSYS摘 要 为了节约能源和保护环境，太阳能辅助燃煤发电系统得以迅速发展。

本文针对敦煌地区 660MW燃煤机组提出了一种塔式太阳能厂常规燃煤电厂集成方案基丁-仿真平台TRNSYS,建立了 光煤互补系统模型依据TRNSYS软件里的气象数据库，在煤炭节省型运行模式下，对互补系统在不 同的辐照强度以及不同工况下进行了模拟分析，从而得到了典型日和典型年的热力性能，揭示了光煤 互补系统的热力特性结果表明，本文中的互补系统年光电转换效率为15.36%,相对于现有单一的太 阳能热发电技术，由于光煤互补更加节约成本，因此具有一定的优势本文旨在寻求改造现有燃煤电 站的新途径，为改造燃煤电站提供一些理论参考关键词光煤互补发电，塔式太阳能，变辐照，变负荷，热力性能，TRNSYS 基金项目：国家自然科学基金(No. 51576062和No. 51276063)；国家逼点基础研究发展计划(973)项目 (No. 20I5CB251505)0前言自第一次工业革命起，化石能源在人类文明进步中担任重要角色但从上世纪50年 代欧洲的光化学污染，到如今的国内雾霾，化石能源消耗带来的环境污染问题已经严重 影响到人们健康如今节能减排已经成为国际共识，发展多元化能源结构是各国努力的目标［13JO太阳能以其独特的优势逐渐被重视，总体来讲发展太阳能有以下优势：无温 室气体（主要是CO2, NOx）或有毒气体（SO2,颗粒）排放；增加区域/国家能源独立 性；太阳能为可再生能源，能量充沛而且廉价⑷。

而我国70%的电力来自于火力发电厂， 然而受到资源和环境的制约，节能减排的工作越來越重要，许多耗煤量较高的中小型火 力发电厂即将面临关停的命运因此能源的互补利用逐渐开始成为能源系统重要的发展 趋势& 8J0我国的太阳能资源非常丰富，太阳能辅助燃煤发电系统逐渐受到人家的重视国内相关研究中，杨勇平等⑹探究了在设计辐照下不同负荷互补系统的性能，对 设计工况下集成方式的选择进行了探讨金红光等（川对太阳热与汽轮机抽汽品味相匹配 的热互补机理进行了研究，抛物槽式集热器产生的300C左右的中低温太阳能与燃煤电 站冋热系统温度相匹配，提出太阳热能替代给水加热器的级数越高，集热场效率越高西方发达国家均把太阳能光煤互补协同发电技术的研究作为21世纪能源研究的主 要方向，并做了很多相关研究TeresitaLarrain^c,2］建立了化石能源辅助太阳能加热给水 发电100MW系统模型，并利用智利沙漠的气候参数进行研究，希望找到在混合系统效 率最佳的时候最小的化石能源用量Dimity Popov利用欧洲皇家经济学会流体软件建 立朗肯蒸汽循环模型，用菲涅尔式太阳能集热场直接加热给水并取代高压加热器由于太阳辐照时空分布不均匀、不连续以及汽轮机运行负荷的变化都会使得系统性 能偏离设计值，因此对系统变工况运行特性的研究是很有必要的。

本文依据TRNSYS软 件里的气象数据库，在煤炭节省型操作模式下，对互补系统在不同的辐照以及不同工况 下进行了模拟分析，从而得到了典型口和典型年的热力性能，揭示了光煤互补系统的特 点本文旨在寻求改造现有燃煤电站的新途径，为改造燃煤电站提供一些理论参考1系统描述1.1燃煤发电系统图1燃煤发电系统原理图Fig.l Schematic diagram of the coal-fired power generation system本文中，以一台660MW超临界火电机组作为基础系统燃煤发电系统的简化原理 图如图1所示表1则给出了 5种运行工况机组的主要相关参数，5种工况即汽机100% 负荷、85%负荷、75%负荷、60%负荷和50%负荷表1五种工况下机组主要参数Table・ 1 Main parameters of unit under five turbine loads参数100% 85% 75% 60% 50%功率（MW）65& 3 559.6 493.7 395 329. 1主蒸汽压力(MPa)24.222.920. 116.513.5主蒸汽温度(C)566566566566566再热蒸汽压力(MPa)4.23.93. 12.82. 1再热蒸汽温度(C)566566566566566主蒸汽流量(t/h)1920. 81594. 01391.31097.5913.5给水温度(C)273.5260.7254.0239.4230.5乏汽压力(kPa)5.35. 35.35.35.3乏汽焙值(kJ/kg)2351.52372. 92387. 12408. 42422.41. 2太阳能系统与锅炉系统的集成本文利用熔融盐作为工作介质吸收太阳能，并将热量释放到燃煤发电系统中，通过 汽轮机做功并发电。

本集成方案设置了两个太阳能加热器图2就是塔式太阳能系统与 燃煤锅炉系统集成的示意图由于采用节省煤炭型模式，高温过热器出口蒸汽温度会有所降低 1太阳能加热 器加热來自锅炉汽水分离器的锅炉抽汽，然后将抽汽与高过已口蒸汽混合，维持主蒸汽 (高压缸进汽)温度不变(566C)；由于采用节省煤炭型模式，高温再热器出口蒸汽温度会有所降低 2太阳能加热 器加热高再出口蒸汽，维持再热蒸汽(中压缸进汽)温度不变(566C)oFig.2 Schematic diagram of integration of the solar tower system with the boiler system off the base system 1. 3光煤互补系统在本文中，提出了一种塔式太阳能与常规燃煤电厂集成方案，并在节煤运行模式下 (给水流量恒定，降低给煤量)进行了热力性能的研究图3是光煤互补发电系统热力 循环示意图本文中的光煤互补系统流程主要有以下三个优点1)该系统利用#2太阳能加热器加热再热蒸汽，作为调控再热汽温主要手段，烟 道挡板法作为辅助调节手段，避免了挡板法可能失效的问题传统的烟道挡板法用分割 烟道扌当板法调控再热蒸汽温度的优点是结构简单，操作方便，已被许多大型电站锅炉釆 用。

其缺点是汽温调节的时滞太大，扌当板的开度与汽温变化为非线性关系，开度有效范 围较窄一般通常认为，烟气挡板在40%、60%开度具有良好的调节性能，烟气份额在30%~70%具有良好的汽温调节性能但如果烟气份额低于25%或高于75%,挡板将启不到 调节作用，再热器汽温的调节手段将失效，不再能保证再热器的额定汽温由于实际运 行时煤种、负荷都会有一定的波动，烟气成分、份额会有变化，再加上不稳定的太阳能 资源，对挡板调节的灵敏度和速度提出了更高的要求2） 与以往采用太阳能加热给水/凝结水方案相比较，本文采用太阳能加热高温蒸 汽,由于没有回热抽汽量的变化，就不会影响整个汽轮机通流中的蒸汽流量、压力、温 度和所做功的分布也就不用为了保证机组的安全运行，对各级叶片重新进行计算考核3） 由于超临界直流锅炉没有汽包，储热容量小因此，在同一程度的干扰下， 蒸汽温度的变化相比汽包锅炉会更明显而本方案可以很好地控制住主蒸汽和再热蒸汽 的温度「…二爲二］I •▼tARY—U图3光煤耳补发电系统热力循坏示意图Fig. 3 Schematic diagram of the solar-hybrid coal-fired power plant2模型建立本文的光煤互补系统搭建在TRNSYS模拟平台上。

图4是用TRNSYS软件搭建的 光煤互补模拟系统o• 1 ShM-iWWLShP。