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进气加热器对燃气-蒸汽联合循环性能的多维度解析与影响评估

一、引言

1.1研究背景与意义

随着全球能源需求的不断增长以及对环境保护的日益重视，高效、清洁的能源转换技术成为了能源领域的研究热点。燃气-蒸汽联合循环（Gas-SteamCombinedCycle，GSCC）作为一种先进的发电技术，在能源领域占据着重要地位。它融合了燃气轮机循环和蒸汽轮机循环的优势，实现了能源的梯级利用，具有热效率高、污染排放低、启动迅速、占地面积小等显著优点。

在当今的电力生产中，燃气-蒸汽联合循环电厂的应用越来越广泛。例如，在一些天然气资源丰富的地区，如中东地区，大量建设了燃气-蒸汽联合循环电厂，为当地提供了稳定可靠的电力供应。在我国，随着“西气东输”等天然气基础设施的完善，也开始积极发展燃气-蒸汽联合循环发电技术，以优化能源结构，减少对煤炭的依赖，降低污染物排放。

然而，燃气-蒸汽联合循环机组的性能受到多种因素的影响，其中进气温度是一个关键因素。进气温度的变化会直接影响燃气轮机的性能，进而影响整个联合循环的效率和出力。在实际运行中，环境温度会随季节、昼夜等因素发生变化，导致进气温度不稳定。此外，在一些特殊工况下，如寒冷天气或机组启动阶段，进气温度过低可能会引发一系列问题，如压气机喘振、燃烧不稳定等，影响机组的安全稳定运行。

为了应对进气温度变化对燃气-蒸汽联合循环机组性能的影响，进气加热器应运而生。进气加热器通过对压气机进口空气进行加热，调节进气温度，从而改善机组的性能。它不仅可以提高机组在低温环境下的启动性能和运行稳定性，还能在部分负荷工况下优化机组的效率。因此，深入研究进气加热器对燃气-蒸汽联合循环的影响具有重要的理论和实际意义。从理论层面看，有助于完善燃气-蒸汽联合循环的性能分析理论，深化对热力循环过程中能量转换和传递规律的理解；从实际应用角度出发，能够为燃气-蒸汽联合循环电厂的设计、运行和优化提供科学依据，提高电厂的经济效益和社会效益，促进能源的高效利用和可持续发展。

1.2国内外研究现状

国内外学者和研究机构对进气加热器在燃气-蒸汽联合循环中的应用及影响进行了广泛而深入的研究。在国外，美国通用、德国西门子等燃气轮机制造巨头，长期致力于燃气轮机及联合循环系统的研发与改进，从保障机组运行安全与性能优化的视角出发，采用抽气管道将压气机排气引入进气加热器，实现对压气机进口空气的加热。诸多研究聚焦于进气加热对联合循环性能参数的影响，如通过建立详细的热力学模型和数值模拟，分析进气温度提升后，燃气轮机的功率、效率，以及余热锅炉、汽轮机等设备的运行参数变化规律。研究结果表明，进气加热在一定程度上能够改善机组在部分负荷下的性能表现，但同时也会带来诸如燃机功率降低、排气温度升高等问题。

在国内，相关研究也取得了丰硕成果。华北电力大学的张涛等人以某200MW级燃气-蒸汽联合循环机组为研究对象，利用余热锅炉尾部烟道废热加热给水，通过气-水换热器提高压气机进口空气温度，并采用AspenPlus软件模拟计算进气加热系统投运前后联合循环参数变化。研究发现，当压气机进口空气温度由12.5℃提高至35℃时，在50%、75%、87%负荷下，燃机负荷率分别提高0.08、0.12、0.15，燃料消耗量分别降低0.11kg/s、0.13kg/s、0.10kg/s，联合循环效率分别提高1.04%、1.03%、0.73%；在95%负荷下，燃机负荷率由0.95增大至1.00后保持不变，联合循环效率先增大后减小；在100%负荷下，燃机负荷率保持1.00不变，联合循环热效率持续降低。

尽管已有研究取得了一定进展，但仍存在一些不足与空白。一方面，现有的研究多集中在特定工况下进气加热器对联合循环性能的影响，对于不同类型机组、不同运行条件以及复杂环境因素下的综合研究相对较少，缺乏系统性和全面性；另一方面，在进气加热器的优化设计与控制策略方面，尚未形成统一的标准和成熟的方法，如何实现进气加热系统与联合循环机组的最佳匹配，以达到最优的性能提升效果，还有待进一步深入研究。

1.3研究方法与技术路线

本文采用多种研究方法相结合的方式，深入探究进气加热器对燃气-蒸汽联合循环的影响。首先，运用理论分析方法，基于热力学、传热学等基础理论，建立燃气-蒸汽联合循环系统及进气加热系统的数学模型，从理论层面剖析进气加热对系统各部件性能参数的影响机制，推导关键性能指标的变化规律。

其次，开展案例研究，选取典型的燃气-蒸汽联合循环电厂作为研究对象，收集实际运行数据，分析进气加热器在不同工况下的运行效果，验证理论分析的正确性，并总结实际运行中存在的问题与经验。

此外，利用软