Page 102 - 电力与能源2024年第一期

96 周宇凡，等：湿空气循环分轴燃气轮机的热电联供性能研究

［7］
于引入了经济器这一换热器组件，循环自身已经 如图 1 所示 。分轴燃气轮机系统采用了通过高
具备了进行余热回收并提供热水的装置。这一设 压涡轮驱动压气机、动力涡轮带动负载的形式，使
计可以极大地降低热电联供改装的成本，只需从 压气机转速与负载转速解耦。这一设计可以有效
经济器引出部分热水并调整机组运行工况即可实 防止喘振，同时使系统变工况性能更优秀，更易于
现热电联供功能。 启动且具有较高的经济性。在 HAT 化改装中，由

文献［2-3］比较分析了注水循环、HAT 循环、 于 该 系 统 具 备 较 宽 的 运 行 范 围 ，因 此 可 以 避 免
回热 HAT 循环、后冷回热 HAT 循环等不同循环 HAT 循环存在的部件特性不匹配等问题。在图 1
构成的性能以及用作热电联供系统的性能差异， 中，该燃气轮机采用了分轴结构，并且加入了回热
结果显示后冷回热 HAT 循环具备较好的功率输 器和经济器。经压气机压缩的高压空气在饱和器
出能力，而回热 HAT 循环具备较好的循环效率。 中加湿后，进入回热器与尾气进行换热，之后进入

文献［4］通过计算对比分析了 HAT 循环、注蒸汽 燃烧室，最终通过高压涡轮和动力涡轮完成功的
循环以及联合循环的压比-效率，压比-比功率关 输出。水路方面，饱和器内的水通过水泵进行循
系，结论为 HAT 循环具有最高的循环效率，但在 环，饱和器出水与补水混合后进入经济器与尾气
低压比下比功率较低，在高压比下具有最高比功。 进行换热，热水再进入饱和器对空气进行加湿。
文献［5］建立了 HAT 燃气轮机的变工况模型，研 通过回热器和经济器对涡轮排气的余热进行回
究了环境温度和部分负荷对 HAT 循环性能的影 收，可以有效降低排气温度，提高循环效率，同时
响，发现 HAT 循环对于环境温度的变化相比简单 省去了额外加垫湿化器补水的装置。

间冷循环更不敏感，具有良好的变工况性能。文
献［6］研究了 10 MW 级 HAT 单轴燃气轮机的配
置并计算了其热力性能，结果显示燃机进行 HAT
改装后，循环发电效率可提高 4.6%，发电功率可
增 加 34%。 目 前 ，航 空 燃 气 轮 机 等 常 用 分 轴 结

构，这类燃气轮机常常进行各类改装以实现从航
空用途到分布式供电等功能。因此，本研究也可 图 1 HAT 循环流程示意
以为航改燃气轮机的 HAT 化改造及热电联供改 在此基础上进行 HAT 循环的热电联供改造，
造提供参考。 其系统组成如图 2 所示。在湿化器和经济器出口
目前，对于 HAT 单轴燃气轮机的循环特性以 处分别处加入了分流装置实现循环外供水。经济
及热力性能等已有较多研究 ［7-8］ ，通过仿真计算等方 器出口水通过分流对外供热水，供热回水与饱和
法对其循环性能以及动态性能等参数进行了研究， 器出口水混合后进入经济器再次加热，实现水循

对其热电联供性能亦有一定的研究，但上述研究的 环。通过回热器入口处的分流比来控制热电比，
对象主要围绕单轴燃气轮机的 HAT 化改装，而对 在回热器冷端进气处加装分流阀，通过对这部分
于分轴燃气轮机的 HAT 循环试验研究较少。本研 空气进行分流，理论上可以降低湿空气在回热器
究以现有的 HAT 分轴燃气轮机为研究对象，采用 内吸收的热量，进而提高回热器出口（经济器入
模块化的建模方法建立热力模型，以此研究其热力 口）的烟气温度，从而提高经济器内的换热量，实

性能。在此基础上进行热电联供热力性能的研究， 现对外供热；通过控制饱和器出口分流比以及燃
分析供热参数对于热电联供系统性能的影响。 料流量等参数，可以控制热电比和对外供热量。

1 系统描述 2 HAT 循环热力学建模

上海交通大学搭建的 HAT 分轴循环试验台 根据实际系统组成，将分轴湿化燃气轮机循