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1、 毕业设计(论文)外文资料翻译系 ： 能源与动力工程 专 业： 热能与动力工程 姓 名： 张凤 学 号： (用外文写)外文出处： Energy Conversionand Management 附 件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。 指导教师评语： 签名： 年 月 日附件1 关于联合循环燃气轮机发电厂的热蒸汽回收发生 器在变工况下的热经济学优化文章信息文章历史：2010年2月1日收到日期：2010年10月29日同意：2010年11月7日网上提供：2011年1月6日摘要： 热力学模型的实际用途之一是找到在某电厂的设计效率和成本之间的权衡。通常情况下，热经济分析涉及了电厂的经济模式，治理与
2、评估费用的热力学模型。联和循环燃气轮机发电厂，通常的热力学模型计算性能和能源电厂在设计条件下的平衡。然而，如今，经过几年CCGTs操作经验的年度经营数据可以发现这在一定程度上与设计条件是不同的。本文展示了一种方法来实现考虑到频繁的设计工厂的运作的联合循环发电电厂的热经济优化。因此，工作的目的是为了提高电厂热设计考虑一个更现实的年度操作方案。此外，该方法应用到优化能源生产的不同的情况下经营的几个联合循环配置。优化结果进行比较，根据设计条件下的性能，以获得与通常的热经济模型。关键字：联合循环；热经济优化；部分负荷运行；非设计；热回收蒸汽发生器绪论 热经济学模型的一个实际的用途是在电厂的设计中发现成
3、本和效率之间的交换，通常，热经济学分析包括电厂的热力学模型和经济模型分析，热经济学分析致力于评估成本。在燃气轮机联合循环电厂里，热力学模型通常计算电厂在设计条件下的性能和能量的平衡。然而，如今，经过了几年的燃气轮机联合循环的操作经验后，可以发现每年的运行数据在一定程度上不同于设计条件下的数据。 本文展示了一个方法，它是实现燃气轮机联合循环电厂在频繁的变工况运行条件下的热经济学优化的方法。因此，这项工作的目的是为了改善电厂的热力经济学的设计通过考虑一个更实际的年度经营情况的方法。此外，这个方法还适用于不同的能源生产的情景下优化不同的配置操作的CCGT。优化的结果相比于那些通过基于设计工况下的常用
4、的热力学模型具有更好的性能。1、 介绍在技术文献中，关于CCGT电厂的大量的热力学分析是可以被找到的。1-3是这些分析做出的最近的贡献。这些工作主要是集中在设计上，电厂的分析或者优化也是集中在设计上。然而，CCGT电厂因其相对快速地反应经常遭受负荷的改变，并且，有时候他们的安装是为了调节峰值和周期性负荷。如今，大量的CCGT电厂被建成，并且其中的一些电厂已经安全的运行了一段非常长的时间。经过这些年后，年度运行的数据可以被发现。因此，年度运行的数据可以验证CCGT电厂在设计工况的前提下的工作是否是合适的。事实上，在基于设计工况下的热力学优化结果是可以满足的，如果CCGT电厂全年在设计工况下运行。
5、否则，如果CCGT电厂运行在非设计工况下非常长一段时间，这个电厂有可能稍微的超负荷运行，会造成相应的成本的处罚。预见问题的作者和验证这个问题的作者都是采用的经济学的方法。5-7就是其中的一个例子。尽管每一个贡献的具体的目标不同，在这些工作中，在设计工况下的电能乘以荷载因子被用来计算每年的电能产量。这些方法的主要缺点是他们不能考虑到电厂由于非设计工况运行下造成的效率的降低。效率的下降对CCGT4-8在热力学性能下有不稳定的影响。因此，热力学优化模型应该被改进。 反之，其他的一些作者用他们的经济学研究方法来研究电厂在部分负荷运行下的效率。依据9式计算电厂每年平均生产成本，假设了一个每年的平均效率。
6、El-Sayed10和Lazzaretto和Carraretto11优化了知道能源需求的电厂的燃料消耗。他们分别运用之间的相互联系来计算电厂的效率和用一个仿真模型来调整实际运行数据。Unver 和Kilic 12基于真实数据对土耳其CCGT电厂做了一个经济分析，评估了部分负荷运行下的影响和环境温度对成本的影响。最后，Shi et al. 13 分析了是否一个具体的CCGT设计在经济上是有利可图的，并且使用一个模拟模型来预测电厂的部分负荷性能。然而，这些工作并不是专门执行CCGT设计的热经济学优化。命名法符号 每年的摊销成本（元/年） 低热值（KJ/Kg） 每年的总燃料成本（元/年） 总功率（K
7、W） 每千瓦时的燃料成本（元/KWh） 年平均总功率（KW） 发电成本(元/KWh) 平均发电成本 （元/KWh） 联合循环效率 每年的运营和维护成本（元/KWh） 工厂每年的工作时间（h） 设计点 负荷率 平均负荷率 这项工作的目的是建立一个热经济学优化模型，这个模型要考虑到CCGT电厂的频繁的变工况运行并且伴随有相应的效率下降的情况，解决这种问题的办法在技术文献中还没有发现。这个模型是由 14,15而来的，它成为了热经济学设计中的一个更精确的步骤。除了之前的在14中形成的热经济学优化工具，一个用来模拟在变工况条件下的CCGT的代码已经被使用，实际的CCGT电厂的年度电能产量和运行时间的信息
8、已经从17获得，17是西班牙的一个具体情况。此外，这个优化模型被应用于工作在不通电能生产情景下的不同的CCGT配置的电厂。优化的结果可以与那些之前被公认的热经济学模型相比2.方法论 为了实现之前描述的的目标，四个步骤是必须得。第一个步骤在于对将要进行优化的CCGT配置进行挑选。如今选择的配置最主要集中在西班牙，这一问题在第三部分有详细讨论。 CCGT电厂运行的估计模式应当适合能源生产的合理的情形。因此，第二个步骤是关于与每个选定的配置的能源生产的这些情形的定义。这些情形被定义作为一套电力需求和相应的运作时间。 第三步骤会在第五部分介绍，它将会对热经济学模型进行重新定义。年度平均生产成本被选做为
9、经济的标准必须被减少。在14,15中形成的热经济学模型经过修正后以至于它能够评估在估计情况中得燃料成本。 优化的过程是一个迭代的过程，它包括递归计算，递归计算作为被优化的参数是多种多样的。此外，如果这种已经定义的情况考虑到部分负荷运行下的不同情况，优化过程将会变得非常的缓慢。因此，作为提出的方法中的最后一个步骤，每一个CCGT配置的部分负荷的行为被研究的目的是找到一个简化计算的方法和使优化更快。这些分析以及它们的结果会在第六部分中描述。3.CCGT配置的选择 到目前为止，在西班牙有超过45个CCGT电厂已经安装，其中的大部分位于伊比利亚半岛，它们代表着超过20千瓦的装机功率。表格1概述了那些电
10、厂的主要数据。 表格1中得大多数的CCGT是基本负荷发电厂。它们主要是400MW或者800MW的电厂。这些400MW的电厂（总共35家）由11的配置包括一个燃汽轮机、一个带有再热功能的三级压力水平的热蒸汽回收发生器和一个汽轮机组成。这些800MW的电厂（总共9家）由21的配置包括两台燃气轮机、两台带有再热功能的三级压力级别的热蒸汽回收发生器、一台汽轮机组成。另一方面，有一个具体的发电厂Escatrn Peaker 是由一个调峰厂和两个21组组成，大约100MW一个。 因此，基本负荷电厂的代表性的配置是一个400MW、一个带有再热功能的三级压力水平的HRSG。这种配置的示意图如图1。这种配置中使
11、用的燃气轮机能产生281MW，而汽轮机能产生大约120MW。这种情形下使用的燃气轮机的主要参数显示在表2中。这些燃气轮机的功率的级别被审查之后，如果这些燃气轮机的规格是可用的，那些参数将被选作为代表性的参数。 在这些岛上的例子中，电厂的功率都比较低（大约240MW），它们是21配置包括Granadilla电厂（加纳利群岛）、Barranco de Tirajana电厂（加纳利群岛）和 Cas Tresorer电厂（巴利阿里群岛）或者31配置包括Son Reus 电厂（巴利阿里群岛）。这些伴随有多个燃气轮机的配置的电厂在变化的电力需求的情形下呈现出了优势，特别是在电力需求随季节变化的情形下，正如
12、群岛的例子。在这两种配置的例子中，不带再热装置的双压力级别的HRSGs正在被使用。 考虑到先前的描述，在群岛的例子中，两个代表性的配置已经被选定：一个21的配置和一个31的配置。它们的示意图显示在图2中。在21配置的例子中，每个燃气轮机产生83MW，然而在31配置的情况中，每个燃气轮机产生55MW。燃气轮机的主要参数显示在表3中。在这种情况下，它们都是基于真实燃气轮机的相似功率范围的规格下被选中的4.运作的情形 表1显示了在伊比利亚半岛各电厂的年度能源生产和年度运作时间（2008年的数据）。每个电厂的平均负荷因子可以用计算公式（1）来计算。这样计算的平均负荷因子也是显示在表1中。表1 2008
13、年联合循环电厂在伊比利亚半岛的运营17发电厂 总功率 电能生产 操作 平均 平均负 （MW） （GWh） 时间 （h） 效率(KW) 载因子 (%) 4.1 400MW-11配置 关于每年的运作时间，表1中数据分析的结果显示大约是平均7000小时。这个平均值是在考虑了那些年运作时间超过5000小时的基本负荷电厂但没有考虑那些在不同季节短时间工作的电厂的情况下得到的。因此，这个平均值是热经济学优化中的典型数据，可以被视为这些CCGT配置的代表性数据。关于平均负荷因子，考虑到相同电厂相比于以前的论点，73%的平均负荷因子的结果来自这些数据。 代替使用上述平均值作为电厂每年总的运作时间和平均负荷因子，一个更实际情形已经被定义。这个方案考虑了电厂一整年的运作模型。4.2 250MW-21和31配置这类电厂的特点是可能在小负荷下运行并且效率会下降甚至会关闭一个或者两个燃气轮机。尽管
