IGCC中燃氣輪機系統的選取和其各參數的計算
在整個 IGCC 系統中，燃氣側系統是影響 IGCC 整個系統性能指標的主要因素，燃氣輪機性能的提高是發展 IGCC 的前提。本文選取了三菱公司生產的 M701 型燃氣輪機為研究對象，其設計參數見下圖：
M701 型燃氣輪機設計參數
M701F 燃氣輪機主要流程為:空氣從壓氣機進口進入,經過壓氣機壓縮后增壓,升溫；在假定冷卻空氣全部由壓氣機出口抽出的情況下,壓氣機排氣分成兩部分:約為 83%送入燃燒室與同時送入燃燒室的燃料混合燃燒,產生高溫高壓的燃氣,從燃燒室排出,之后送入透平膨脹做功;另一部分約17%,從壓氣機出口抽出后通過冷卻器冷卻、加壓,作為冷卻空氣在透平入口與燃燒室排氣混合后送入透平。最后燃氣經過降溫,降壓后與冷卻空氣一起
排出燃氣透平。
以上流程通過應用軟件 Aspen Plus 模擬出來,其中模塊 COMP 模擬壓氣機;模塊TURBIN 模擬燃氣透平;模塊 Burner 模擬燃燒室;模塊 COOLER 模擬冷卻器;將透平所做的功 TURBWK 和壓氣機所消耗的功 COMPWK 進行運算輸出燃氣輪機的凈功率NETWORK。通過定義入口到出口的壓力變化進行區分,對壓氣機即為壓比，透平則為膨脹比；另外假設冷卻空氣全部從壓氣機的出口抽出,并且全部從透平入口進入。
應用Aspen Plus軟件需要輸入入口物流(空氣AIR和燃料FUEL)的流量、溫度、壓力、成分;對于壓氣機和透平模塊需要輸入壓比和等熵效率,燃燒室模塊只需要輸入排氣壓力和熱量損失LOSSHEAT。因此文中的計算就按照該軟件運算所需要的物流參數和模塊的性能參數設計。燃氣輪機在標況下工作,大氣參數為:溫度為 15℃,壓力為 101325Pa,相對濕度為60%。
完成 Aspen Plus 軟件所建立的熱力計算模型所需要的壓氣機進口空氣流量已由上面的參數表給出,因此需要計算的只有燃料流量和進入燃燒室的燃燒空氣量。
(1)設定燃燒室效率ηｒ=0 99,已知設計工況下的凈功率Ｗ、效率η和凈煤氣的燃料低位熱值Ｑｄ時,計算凈煤氣的燃料流量: Gf=W/ηηｒＱd
(2)據燃料流量可計算燃燒所需要的空氣流量: Ｇｋ=αＬ0Ｇｆ
式中:α 為余氣系數；Ｌ0 為相對于1kg 進口空氣而言 1kg 燃料的理論燃燒空氣量；Ｇｆ為燃氣流量；
由上面我們來進行M701 型燃氣輪機性能計算：
燃氣輪機的性能主要是壓氣機、透平和燃燒室的性能。從表中的數據中可知壓氣機的壓比πｃ和效率ηｃ,因此只需計算透平和燃燒室的性能。
(1)燃氣透平的性能計算燃氣透平的壓比: πｔ=πｃ/ｖ
式中:設總壓恢復系數ｖ由(11)式計算得到。假設ｋｒ=1 33,根據表中給定的熱平衡計算溫度Ｔ3 和排氣溫度Ｔ4,在公式的基礎上經過反復計算和運用軟件模擬確定燃氣的絕熱指數ｋｒ和透平的等熵效率ηｔ。
ηｔ=(1-T4/T3)/(1-βｒEXP(（ｋｒ-1）/ｋｒ) )
(2)燃燒室性能計算[7]設定燃燒室效率ηｒ=0 99,從而計算燃燒室的熱量損失為：Ｑｌｏｓｓ=ＧｆＱｄ(1-ηｒ)
(3)壓力損失系數，設壓氣機的進氣壓力損失系數為ｖ1=1 0101;燃燒室的壓力損失系數為ｖ2=1 0204;排氣道的壓力損失系數ｖ3=1 0101;則總壓力損失系數為：
ｖ=ｖ1*ｖ2*ｖ3=1.0411
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