IGCC中燃气轮机系统的选取和其各参数的计算
在整个 IGCC 系统中，燃气侧系统是影响 IGCC 整个系统性能指标的主要因素，燃气轮机性能的提高是发展 IGCC 的前提。本文选取了三菱公司生产的 M701 型燃气轮机为研究对象，其设计参数见下图：
M701 型燃气轮机设计参数
M701F 燃气轮机主要流程为:空气从压气机进口进入,经过压气机压缩后增压,升温；在假定冷却空气全部由压气机出口抽出的情况下,压气机排气分成两部分:约为 83%送入燃烧室与同时送入燃烧室的燃料混合燃烧,产生高温高压的燃气,从燃烧室排出,之后送入透平膨胀做功;另一部分约17%,从压气机出口抽出后通过冷却器冷却、加压,作为冷却空气在透平入口与燃烧室排气混合后送入透平。最后燃气经过降温,降压后与冷却空气一起
排出燃气透平。
以上流程通过应用软件 Aspen Plus 模拟出来,其中模块 COMP 模拟压气机;模块TURBIN 模拟燃气透平;模块 Burner 模拟燃烧室;模块 COOLER 模拟冷却器;将透平所做的功 TURBWK 和压气机所消耗的功 COMPWK 进行运算输出燃气轮机的净功率NETWORK。通过定义入口到出口的压力变化进行区分,对压气机即为压比，透平则为膨胀比；另外假设冷却空气全部从压气机的出口抽出,并且全部从透平入口进入。
应用Aspen Plus软件需要输入入口物流(空气AIR和燃料FUEL)的流量、温度、压力、成分;对于压气机和透平模块需要输入压比和等熵效率,燃烧室模块只需要输入排气压力和热量损失LOSSHEAT。因此文中的计算就按照该软件运算所需要的物流参数和模块的性能参数设计。燃气轮机在标况下工作,大气参数为:温度为 15℃,压力为 101325Pa,相对湿度为60%。
完成 Aspen Plus 软件所建立的热力计算模型所需要的压气机进口空气流量已由上面的参数表给出,因此需要计算的只有燃料流量和进入燃烧室的燃烧空气量。
(1)设定燃烧室效率ηｒ=0 99,已知设计工况下的净功率Ｗ、效率η和净煤气的燃料低位热值Ｑｄ时,计算净煤气的燃料流量: Gf=W/ηηｒＱd
(2)据燃料流量可计算燃烧所需要的空气流量: Ｇｋ=αＬ0Ｇｆ
式中:α 为余气系数；Ｌ0 为相对于1kg 进口空气而言 1kg 燃料的理论燃烧空气量；Ｇｆ为燃气流量；
由上面我们来进行M701 型燃气轮机性能计算：
燃气轮机的性能主要是压气机、透平和燃烧室的性能。从表中的数据中可知压气机的压比πｃ和效率ηｃ,因此只需计算透平和燃烧室的性能。
(1)燃气透平的性能计算燃气透平的压比: πｔ=πｃ/ｖ
式中:设总压恢复系数ｖ由(11)式计算得到。假设ｋｒ=1 33,根据表中给定的热平衡计算温度Ｔ3 和排气温度Ｔ4,在公式的基础上经过反复计算和运用软件模拟确定燃气的绝热指数ｋｒ和透平的等熵效率ηｔ。
ηｔ=(1-T4/T3)/(1-βｒEXP(（ｋｒ-1）/ｋｒ) )
(2)燃烧室性能计算[7]设定燃烧室效率ηｒ=0 99,从而计算燃烧室的热量损失为：Ｑｌｏｓｓ=ＧｆＱｄ(1-ηｒ)
(3)压力损失系数，设压气机的进气压力损失系数为ｖ1=1 0101;燃烧室的压力损失系数为ｖ2=1 0204;排气道的压力损失系数ｖ3=1 0101;则总压力损失系数为：
ｖ=ｖ1*ｖ2*ｖ3=1.0411
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