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《清华大学》 2003年
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IGCC电站空分系统的研究与建模

邢翼腾  
【摘要】: 空分系统的选择,特别是空分系统与燃气轮机的配置关系,对IGCC电站的供电效率、功率输出及净发电成本都有很大的影响;而这些影响,集中表现在空分系统的能耗之上,因此研究空分系统配置与能耗的关系以及空分系统的能耗规律及其影响因素至关重要。 另外,空分系统的动态特性对IGCC电站的动态特性也有很大的影响,其启动时间长,工况调整时间也很长,在很大程度上影响了整个电站的运行灵活性和可靠性。因此IGCC空分系统动态特性的研究对于IGCC全电站动态特性和控制系统的研究也有很重要的意义。 本文以IGCC电站的空分系统为研究对象,依靠理论研究和仿真建模相结合为手段,对空分系统的能耗规律、能耗影响因素及其动态响应都做了较为深入的研究。 具体来说,本文首先通过对空分系统与燃气轮机配置方案的深入研究和对比,从理论上说明了EP-ASU与LP-ASU相比能耗更低、投资更省、效率更高;并进一步得出空分压比和空分系统的主冷温差是影响空分系统能耗的关键性因素。其次,本文以荷兰Buggenum电站的空分系统为原型,基于Matlab建立了空分系统精馏塔的半图形化动、静态数学模型,并通过模拟,得出了一些有价值的结论:当空分系统的压力变化时,氧气产品浓度的响应时间常数为两小时左右,说明空分系统是IGCC电站最大延迟环节;而且虽然氧气浓度最后会稳定在IGCC电站所要求的范围之内,但在过渡过程中会超出限制,这些都为IGCC电站的安全运行及控制系统设计提供了有价值的信息。最后,本文针对“逐板法”空分精馏塔模型计算速度慢、仿真效率低的特点,使用分段模型法建立了IGCC空分系统精馏塔的简化数学模型,大大缩短了仿真时间。这为进一步实现IGCC电站空分系统的动、静态建模,以及计算机在线控制奠定了良好的基础。
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