Page 105 - 电力与能源2024年第一期

周宇凡，等：湿空气循环分轴燃气轮机的热电联供性能研究 99

轮的能量守恒方程构建方程。由于研究对象机组 供热工况供热热水温度为 373 K，回水温度为 333 K
上高压涡轮通过分轴与压气机相连并提供压缩空 并根据实际外供热水流量计算得到供热功率。
气耗功，因此可以认为高压涡轮的输出功与压气
3 HAT 循环模型校验
机的实际耗功相等，由此建立方程，通过迭代的方
法解上述方程得到高压涡轮的压比，从而计算出 基于前述模型搭建 HAT 燃气轮机模型，选取

口压力。 一变工况试验数据，将进气参数、转速等条件控制
2.6 动力涡轮模块 与试验工况一致，并给定回热器冷端出口温度、回
动力涡轮模块的涡轮性能计算与高压涡轮一 热度以及经济器加湿条件，将计算结果与试验结
致，采用弗吕盖尔公式以及式（13）、式（14）计算得 果进行比较。
到，其膨胀比由高压涡轮的出口压力与回热器热 分轴 HAT 循环计算结果如表 2 所示。由表 2
端背压计算得到。 可见，核算的主要性能参数与试验测得的实际工

在计算中，考虑发电负荷由动力涡轮带动，在 况数据小于 2%，由于未考虑散热等热损失问题，
负载方面采用恒速负载的形式，固定动力涡轮转 部分性能参数误差介于 2%～5%。这表明本研
速。计算过程中涉及的由焓值计算温度方法与前 究 建 立 的 HAT 循 环 热 力 学 模 型 可 以 用 于 研 究
述湿化燃烧室一致，采用基于水蒸气分压与平均 100 kW 级 分 轴 HAT 燃 气 轮 机 的 性 能 计 算 与
焓值的迭代求解方法进行计算。 研究。
2.7 回热器模块
4 HAT 分轴燃气轮机热电联供性能研究
实际机组采用了管壳式换热器，在建模中在

换热器前加入了分流模块，根据设定分流比分配 在微型燃气轮机的应用中，通常用作为分布
回热器的流量与分流流量。 式能源供应，并需要满足热电联供需求。在本研
回热器换热计算方面根据试验结果设定回热 究中，考虑对经济器进行改造，以扩大经济器的换
器的冷端出口温度，采用迭代法逼近预设回热度。 热性能，同时加装分流装置，将分流热水用作供
得到换热计算结果后进行冷热湿空气掺混计算， 热。这一部分的热水出口温度根据设计的运行情

将分流后的冷湿空气与经过换热的热湿空气掺 况为 373 K。用作供热情况下热水温度降至 60 ℃
混，计算得到燃烧室入口湿空气温度、压力参数。 （333 K）后重新回到循环，运行上采取保持燃气初
经济器则通过预设供水温度计算尾气-水换热，从 温不变的策略，通过调整燃料流量和经过回热器
而计算得到各个供热工况下的热水流量。 的湿空气量来调节热电比，以满足不同的热/电
2.8 供热模块 需求。
为实现湿空气燃气轮机的供热，在湿化器出 在计算方面，燃气轮机的热力学模型不变，选
口加入湿空气分流装置，在经济器出口处加入热 取一个试验工况，并在此基础上进行变工况计算。

水分流装置实现循环外供水。在供热工况下将部 在仅供电的工况下，计算模型与前述模型一致；在
分进入回热器的湿空气进行分流，从而提高进入 计算供热工况时，引入回热器分流比（不进入回热
经济器进行换热的尾气的总焓值，增加加热水的 器的湿空气占比）这一参数，将进入回热器的部分
潜力。 湿空气分流，减少回热器冷端的湿空气流量，从而
在 计 算 中 ，这 一 模 块 包 含 湿 空 气 的 分 流 比 提高回热器热端出口温度，在保持经济器回热度

（SR）以及包含分流器的经济器模型。通过分流 不变的情况下增加经济器部分的换热量，提高热
比这一系数调整计算中进入回热器的湿空气量， 水供应能力。计算中改变分流比这一参数并保持
计算换热后将冷湿空气与热湿空气进行掺混，计 燃气初温不变，进行迭代求解以得到消耗的燃料
算得到最终进入燃烧室的湿空气状态参数。设定 量，从而为热电联供系统的控制提供参考。