新型动力循环的工业应用.docVIP

高性能动力系统的技术进展与应用 **** （*****大学，热能1001班，学号201000****） 摘 要:在能源紧张和环保压力增大的形势下,开展对高性能动力系统(HIPPS)的研究和实践具有较大的经济和社会意义。HIPPS是一种新型燃煤发电技术,具有效率高、污染小、成本低等优势。回顾了HIPPS的发展历程、技术目标和设计原理,综合阐述了按照不同技术路线设计的两种HIPPS具体的技术方案(UTRC、FWDC),并对二者进行了比较评价,在此基础上,重点研讨了对常规燃煤电站进行HIPPS改造的技术方案及市场竞争优势。是进一步研究HIPPS的基础工作。 关键词:高性能动力系统;高温空气加热炉;联合循环 0 前言 电力需求的增长和人们环境保护意识的增强,使得高效率、低污染、低成本的现代发电技术成为时代的迫切要求。近年来,出现了很多种对环境友好、高效、经济的新型燃煤发电技术,如增压流化床(PFBC)、整体煤气化(IGCC)、低污染锅炉系统(LEBS)、高性能动力系统(HIPPS)等等。在能源紧张和环保压力增大的形势下,开展对高性能动力系统(HIPPS)的研究和实践具有较大的经济和社会意义。HIPPS是一种新型燃煤发电技术,具有效率高、污染小、成本低等优势。回顾了HIPPS的发展历程、技术目标和设计原理,综合阐述了按照不同技术路线设计的两种HIPPS具体的技术方案(UTRC、FWDC) ,并对二者进行了比较评价,在此基础上,重点研讨了对常规燃煤电站进行HIPPS改造的技术方案及市场竞争优势。是进一步研究HIPPS的基础工作。 1 HIPPS的发展背景及目标 1.1 发展背景 HIPPS是美国能源部匹兹堡能源技术中心(PETC)发起的“燃烧2000计划”的组成部分。HIPPS是采用间接燃烧、燃气2蒸汽联合循环的现代发电技术,HIPPS与其他新型燃煤发电技术相比最为吸引人的是它的高效率与低风险,整个机组效率达到了47%,商业化后将超过50%[2],由于它的结构相对简单,所以从技术上来讲是非常安全可靠的。PETC 开始发展“燃烧2000计划”后,一共有两支科研团队参与HIPPS 的研究,这两支团队是福斯特2惠勒发展公司(FWDC) 和联合技术研究中心(UTRC)。HIPPS 计划包括三个发展阶段:第一阶段主要是对间接燃烧的各种结构进行分析(主要是联合循环中煤燃烧系统,不包括燃气轮机),辅助系统的部件评估、选择,系统复杂程度与可靠性,资本与经济分析等等,还包括基本的研发(RD)、容量设计和商业化的准备设计;第二阶段包括电厂辅助系统的发展和试验,精密设计和升级到商业化设计,模型设计;第三阶段对整个系统进行细节优化,实现电站建设与运行。整个计划预计历时13年。 1.2 发展目标 清洁、高效、经济是HIPPS的主要目标,HIPPS的SO2、NOx、颗粒排放量仅为目前常规电站的10% ,远远低于现在的排放标准。HIPPS的内在性质决定了它的高效率,整个机组效率可以达到47%～50%,而这仅仅是第一代HIPPS的效率,远高于常规电站30%～35%的发电效率。发电成本也是HIPPS设计的关键所在,目标是与其它燃煤发电技术相比降低10%。HIPPS的电站性能和环境目标如表1所示。 2 HIPPS 的原理及主要方案 2.1 HIPPS 的工作原理 高性能动力系统是用间接燃烧将燃气循环和蒸汽循环联合在一起的新型燃煤技术,它的一个特有特征就是燃气轮机的工质——空气,在压缩机中被压缩到1.2 MPa 后,进入燃煤的高温空气加热炉(HITAF)中吸热,温度被加热到925℃,从而接近了现代燃气轮机工质的入口温度要求,然后再进入燃气轮机的补燃室与天然气混燃,将温度进一步提高到1285 ℃进入燃气轮机,在燃气轮机中膨胀做功产生整个系统一般以上的功率。从燃气轮机出来的高温乏气一部分进入HITAF中作为被预热的空气助燃,另一部分和HITAF中出来的烟气一起进入余热锅炉加热蒸汽,推动蒸汽轮机输出大约40%的功。烟气从余热锅炉出来后需要经过脱硫、除尘装置由烟囱排入大气。HIPPS的系统示意如图1 所示。 　 HIPPS电站是将现有的技术(燃气轮机、余热锅炉、蒸汽动力循环)和新型技术(HITAF,特别是其中的辐射空气加热器)整合在一起的现代发电技术,其中最为关键的是HITAF的设计。设计HITAF的初衷是将压缩空气加热到符合现代燃气轮机的入口温度,这样就不再需要燃烧天然气,可以实现机组的全煤化运行。但是要达到这一目的,加热器的管道要在1400℃的工作条件下工作,这远远超过了目前材料所能承受的温度水平,无论是合金材料还是陶瓷材料。所以上述的系统设计仅仅是一种过度性的解决方案,而HIPPS全煤化的实现取决于材料科学的发展。在现在