《燃气—蒸汽联合循环机组蒸汽参数对经济性影响分析》
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摘 要 节能降耗已经成为全社会的一种共识,特别是天然气作为相对清洁的宝贵资源,合理利用天然气资源,对全厂热效率进行优化,具有显著的环保效益、较好的经济性及节能减排效益.本文以9F级燃机为例通过对装机方案影响联合循环性能的各个因素分别进行分析优化和论述,寻找最佳的联合循环底循环的设计参数,优化热平衡计算,提高全厂热效率.
关键词 联合循环;蒸汽参数;系统优化;经济性分析
1燃气循环
燃机是联合循环机组中最为重要的主机,它的性能的好坏除了影响自身的出力外,还影响下游的设备的性能.因此燃机的合理选型至关重要,是对全厂经济性影响最大的环节之一.
燃机的自身的性能主要是体现在发电效率上,影响燃机发电效率的因素有很多,比如压气机压缩比、燃烧温度、燃烧效率、压气机效率、涡轮机效率、机械效率等等.虽然以上各因素都是燃机的重要特性,对发电效率的影响较大,但各家燃机的不同型号对于上述数据已经进行优化,形成了成型的产品.目前,作为购买方,只能從不同的产品里面选用适宜的燃机.
目前,世界上有大型燃机运行业绩或供货业绩的厂商主要有：美国GE公司、德国西门子公司、日本三菱重工和意大利安萨尔多公司,国内联合体有：东方电气-MHI联合体、哈尔滨动力-GE联合体、上海电气-Ansaldo联合体、华电重工-西门子联合体.
2 蒸汽循环优化
燃气轮机确定以后,排烟参数便已确定,通过合理选取过热器出口端差及节点温差等确定锅炉汽水参数.此方面已经有一定的理论研究[1-2],蒸汽参数的选择应结合余热锅炉参数与汽机厂的制造能力及成熟的产品系列等综合选取,本文利用GT-PRO工具,结合具体的9F级燃机,对不同参数下的工况进行建模计算,通过分析汽机汽水参数的变化对联合循环性能的影响趋势,对全厂热效率进行优化设计.
2.1 高压蒸汽压力优化
当燃机排烟参数及余热锅炉高压主蒸汽温度确定以后,提高汽轮机高压主蒸汽进汽压力会导致高压汽包的压力增加,从而提高了高压蒸汽的饱和温度,而高压部分的节点温度不变,导致高压汽包后的烟气温度升高,经过中压蒸发段及过热段的烟气温差增大.由温差的变化导致高压主蒸汽流量降低,中压蒸汽流量增加.综合因素的影响导致低压蒸汽流量的增加.从图2中可以看出,中低压流量的增加只能抵消高压蒸汽流量的部分减小,因此随着高压蒸汽压力升高,汽机的输出功率增加.
但是,随着高压蒸汽压力升高,余热锅炉高压产汽质量流量减少、高压蒸汽比容降低,这都会使高压蒸汽体积流量明显减少.这将要求高压叶片长度变短,对通流效率有不利影响.
对于余热锅炉,随着高压主蒸汽进汽压力的增加,余热锅炉设计强度增加,换热器的壁厚增加,换热系数减小,换热面积增加.因此,对余热锅炉的投资有不利影响.
因此,综合比较各方面的因素,主蒸汽进汽压力取13.5～16.5MPa（a）是比较合理的.
2.2 再热蒸汽压力优化
当燃机排烟参数及余热锅炉的其他参数确定以后,提高汽轮机再热蒸汽压力会导致中压汽包的压力增加,从而提高了中压蒸汽的饱和温度,而中压部分的节点温度不变,导致中压汽包后的烟气温度升高,经过低压蒸发段及过热段的烟气温差增大.温差的变化导致中压补汽流量降低,再热蒸汽流量降低,而低压蒸汽流量增加.
从图3中可以看出,随着再热蒸汽压力的不断升高,汽轮机出力呈先增大后减小的趋势.对三压再热联合循环系统,存在最佳的再热蒸汽压力值,但再热系统对汽机功率和联合循环总体性能影响不大.综合比较各方面的因素,推荐最佳再热蒸汽压力范围取2.9～3.2MPa·a.
2.3 低压补汽压力优化
当燃机排烟参数及余热锅炉其他参数确定以后,低压过热器入口的烟气温度便已确定,并且不随低压蒸汽压力变化而变化,而低压换热区烟气出口温度则由低压汽包压力和低压汽包的节点温差确定.此时,提高汽轮机低压补汽压力会导致低压汽包的压力增加,从而提高了余热锅炉低压蒸汽的饱和温度,而低压部分的节点温度不变,导致低压汽包后的烟气温度升高.温差的变化导致余热锅炉低压蒸汽流量降低,余热锅炉排烟温度升高.
关于低压补汽压力对汽机出力的影响需综合考虑,当压力较低时,虽然低压补汽流量增大,但汽机中低压缸的分缸压力降低,低压缸内工质的做功能力下降,汽机出力反而较低.从图4中可以看出,随着低压补汽压力升高,汽轮机出力呈先增大后减小的趋势.对于典型9F级一拖一机组,汽机低压蒸汽压力通常取0.42-0.55MPa.
2.4 高压/再热蒸汽温度优化
当燃机排烟参数及余热锅炉高压/再热蒸汽压力确定以后,节点温度不变,汽包的饱和温度不变,则通过蒸发器出口的烟温一定,而高压/再热蒸汽温度上升引起热端温差减小.因此,高压/再热段总吸热量增加.因此,随着高压/再热蒸汽进汽温度的增加,汽机功率增加.
但是,由于燃机排烟温度和热端温差的要求,余热锅炉出口温度不可能无限制增加.因此,汽轮机进口温度也不可能无限制增加,一般要求热端温差大于25℃.综合各方面的影响因素,高压/再热蒸汽汽机进口温度一般采用566℃.
3结束语
本文通过利用GT-PRO软件建模对9F级燃气—蒸汽联合循环机组进行仿真模拟,形成了不同参数下的经济性数据,通过分析对比,结合锅炉和汽机的实际情况,确定了蒸汽循环最佳的参数,为同类型燃机的蒸汽参数设计提供了参考.
参考文献
[1] 段立强,杨勇平,林汝谋,等.联合循环中蒸汽底循环系统设计优化研究[J].华北电力大学学报,2004,31（6）：37-39.
[2] 杨爱丽,徐传海.联合循环电站中余热锅炉主要参数的计算与选择[J].燃气轮机技术,2003,16（2）：48-51.
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燃气-蒸汽联合循环引用文献:
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