燃气-蒸汽联合循环与工艺加热炉系统集成及优化设计

作     者：陆志颖 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李国庆

授予年度：2019年

学科分类：0808[工学-电气工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：燃气-蒸汽联合循环 工艺加热炉 集成 优化设计 遗传算法 

摘      要：为克服大型过程工业企业(如石化企业)自备燃气-蒸汽联合循环热电站高温富氧(约600℃,摩尔氧含量约13%)燃气轮机尾气因发生中压蒸汽致使其第二定律能效偏低,以及邻近工艺装置加热炉因进料温度不高致使其燃料消耗多的缺点,提出了燃气-蒸汽联合循环与邻近工艺装置加热炉集成的新工艺,即燃气轮机尾气先加热工艺加热炉进料,然后分流,一路与现有经加热炉烟气预热后的助燃空气混合进加热炉火嘴,一路走原流程进余热锅炉发生蒸汽。鉴于新工艺中加热炉的排烟温度会有所提高,故将其直接引至联合循环的余热锅炉中,与燃气轮机尾气混合用以发生蒸汽,随后经余热锅炉烟囱排空,对应原加热炉烟囱关停。集成新工艺的热力学益处是:1)以燃气轮机尾气少产中压蒸汽为代价,等热值减少了工艺加热炉的燃料消耗,实现了燃气轮机尾气余热的升级利用。2)加热炉烟气自压送邻近余热锅炉产汽,实现了烟气废热升级利用。它流量较小,或送余热锅炉蒸发段,或送其过热段,只需保证接近点温差和节点温差在合理范围即可。3)部分燃气轮机尾气因用作加热炉助燃剂,其高温、富氧化学能得到了利用,有助于进一步减少工艺加热炉的燃料消耗。同时,本文针对新工艺和传统工艺作了进一步研究:1)基于?分析得到了集成工艺与传统独立工艺的Ω-H图,证明集成工艺的?损低于独立工艺。2)在MATLAB建立了包括空气压缩机、燃烧室、膨胀透平、工艺换热器、工艺加热炉(含辐射室、对流室和空气预热器)、余热锅炉(含过热器、蒸发器、省煤器和给水预热器)、汽轮机、除氧器等全部操作单元在内的详细集成工艺机理模型。3)基于模型提出了以加热炉燃料量(m)、加热炉所需空气量(m)、工艺物料出新增换热器温度(T)、加热炉耗燃机尾气量(m)、余热锅炉节点温差(△T)和接近点温差(△T)为设计变量,以新增燃料发电效率为目标的集成工艺优化设计方法,并运用遗传算法求解。4)某12Mt/年原油蒸馏装置工艺加热炉和某240MW燃气-蒸汽联合循环集成工艺优化设计表明,集成工艺新增燃料发电效率为51.56%,较独立工艺的发电效率提升了1.54%;总?损为62912.6kW,较独立工艺减少了19.04%;虽然总发电量减少了15.92MW,但因工艺加热炉燃料消耗节省了3821.6kg/h,系统综合增效3211.82万元/年。