简析燃气-蒸汽联合循环电厂天然气调压站设计论文_王剑君

简析燃气-蒸汽联合循环电厂天然气调压站设计论文_王剑君

摘 要:本文主要在结合工程实际的基础上对燃气-蒸汽联合循环电厂天然气调压站工作流程进行科学分析,其中主要包括超声波流量计已累以及旋风分离器等。文章不仅在设计中对常见的问题进行说明,同时结合实际情况提出合理建议。这对循环电厂的顺利运行有极大的促进作用。

关键词:燃气-蒸汽联合循环电厂;天然气调压站;过滤器;增压机

热效率高、环保性能好以及周期短是燃气-蒸汽联合循环发电的显著优势与特征,这可以说是一种全新的能源综合利用技术,主要在能源资源方面使用。在重型燃气轮机技术可靠性不断提高的趋势与背景之下燃气-蒸汽联合循环发电已经逐渐实现在世界范围内的广泛应用。天然气以及液体染料是燃气-蒸汽联合循环发电厂的主要染料,其中主要包括天然气调压站以及燃气轮机天然气模块的两部分。我们必须在结合实际情况的基础上对去进行合理应用。

一、概述

对天然气中的固体颗粒杂质进行彻底清除就是天然气调压站的主要功能与实质,液滴普遍存在于天然气中无法避免,为实现对液滴的清除必须结合实际情况对天然气调压站进行利用。为在真正意义上对上游所输送的天然气进行保障,必须实现对天然气调压站的使用,最终促使其可在任何工况下实现正常运行。在实际进行上述工作时要注意对其压力、温度以及流量等因素进行充分考虑。在燃气配气管道中进行连续输入就可实现燃气轮机的有效燃烧。

在实际对天然气的调压站进行设计时注意将气源状况作为主要依据,燃气轮机进气要求以及当地环境条件也会对天然气调压站设计工作造成直接影响,因此也需要对其进行充分考虑。计量、排污以及电气监控是天然气调压站的重要组成部分,同时需要注意的是安全监测、压力调节以及数据通信装置也在上述范围涵盖之内。

二、天然气调压站系统及设备

1.入口单元

绝缘接头以及紧急切断阀共同构成完整的入口单元,入口绝缘头可帮助调压站将静电隔离在外,这可在一定程度上促使调压站的运行安全得到保障。紧急切断阀对整个调压站都有控制作用,燃机系统的供气连通与关断都需要得到紧急切断阀的支持。在遇到特殊情况时还可实现对天然气的及时切断,供气系统以及电厂的安全都可在这一过程中实现保障。

球阀是紧急切断阀的阀门形式,其驱动依靠气动方式进行,上游取气管与执行机构之间存在相互联通的关系,天然气在紧急切断阀中作为动力气源存在。正常的工作情况下阀门应是始终处于开启状态,紧急状况发生后可从控制室断开螺线管电路,机构内的气体可在这一过程中实现泄压。在执行机构起跳的基础上关闭球阀。逆时针旋转阀杠可利用人工的方式对阀门进行人工开启。

2.计量单元

天然气流量较大是大型联合循环电厂设计的主要特征,中大口径是在实际进行管道选择时首先应该满足的条件,在业主要求不断提高的背景下可结合实际情况选择超升波流量计。准确度高以及坚固耐用是其显著特征,其准确程度最高可维持在上下浮动不超过5的范围之内,流量的准确程度可达到1%,固体颗粒杂质主要存在于介质中,这对超声波流量计的影响很小,在分离单元以及过滤单元之前都可对计量单元进行设置。

涡轮流量计现阶段已经逐渐实现在国内工程设计中的广泛应用,涡轮流量计相对于超声波流量计来说具有精度高以及价格便宜等优势,在实际进行安装工作时也不存在较高要求。流量计在实际工作中可能会遇到被大流量颗粒损坏的现象,在过滤单元下游对其进行布置可实现对上述现象的有效避免。

3.分离/过滤单元

天然气中含有大量的固体颗粒,同时也会存在少量的水以及重烃,这对燃气轮机的燃烧室有直接影响,在这种情况下燃烧室的正常工作会受到阻碍。只有利用科学的手段以及技术去除杂质才能保障机组的正常运行,并在一定程度上延长其使用寿命。旋风分离器以及挡板分离/过滤单元的重要组成,因此在实际工作中必须实现对上述因素的充分考虑。

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(1)旋风分离器

对天然气中的大颗粒以及液滴进行清除就是旋风分离器的主要工作内容,对于直径为10纳米以上的颗粒可实现100%的清除。结构简单以及故障率低是旋风分离器的显著优势与特征,首先旋风分离器不存在任何运动部件,其次可在短时家内利用过滤装置将其取代。通过对实际工程进行调查后发现,天然气门站是电厂气源的主要来源,不仅可实现对工程成本的有效降低,同时也可实现对旋风分离器的完全取代,并保持清洁的状态。

(2)双联过滤器

旋风分离器下游的过滤器为挡板/凝聚式,是两段过滤分离器,其下半段为挡板分离器,上半段为装有凝聚式滤芯的过滤器,其作用是清除旋风分离器未能去除的天然气中细小液滴和固体颗粒。在天然气温度<15℃、滤芯阻力<2500Pa情况下,对5μm以上的颗粒清除效率可达100%,对0.5~5μm的颗粒,除尘效率可达99.99%。过滤器对于保证天然气品质起着重要作用,因此通常设置2×100%,一用一备。

4.压力调节单元

(1)燃气轮机对天然气压力的要求

天然气调压站的功能之一是保证输出的天然气压力能够满足燃机的要求。不同等级、不同厂家的燃机所要求的燃气压力不同。同时,燃气压力还和天然气组分有关。现就常见机型所需天然气压力范围,根据实际工程经验进行了总结,实际工程中,厂外所供天然气压力波动范围通常较大。经过过滤单元的天然气,根据其压力情况,会被切换至不同的支路。

(2)露点加热单元+调压单元

当来气压力较高需要减压时,天然气进入露点加热器+调压单元(减压阀组)支路。进入调压单元前,对天然气加热的目的有:

①防止在天然气调压降温后产生凝析水或可能产生的水化物。天然气经节流降压后会产生降温冷却,即焦尔-汤姆逊效应。根据工程经验,天然气加热后的温度,应保证调压降温后仍高于露点温度20℃以上,同时还应考虑燃机对天然气温度的要求。

②避免管道外壁大量结冰。露点加热器一般选用水套加热锅炉,即水浴炉。调压单元下游的天然气通过减压支路,直接供给水浴炉作燃料在水浴炉内燃烧,以加热壳侧水。而被加热的天然气则走管侧,与热水换热。水浴炉出口的天然气温度通常不超过60℃,如有特殊要求,需要更高的燃气温度,则可选用带压水浴炉,或将加热介质换成硅油即油浴炉。

5.调压单元

调压阀组作为保证燃气压力稳定的重要单元,宜按每台机组设置1条调压支路,并需考虑备用。当电厂规模较大,机组较多时,也可按2~3台机组设1条支路。各调压支路设安全切断阀(SSV)、监控调压阀和工作调压控制阀,以保证天然气调压、稳压、连续输出。安全切断阀(SSV)是安全保护装置。正常运行时,SSV处于开启状态,一旦系统压力高于或低于设定值,该阀会自动关闭切断天然气供应。监控调压阀和工作调压控制阀串联设置,工作调压阀在上游,监控调压阀在下游。正常运行时,监控调节阀处于全开状态,当工作调压阀发生故障,监控调压阀则进入工作状态。

三、结语

在天然气调压站的设计中,加热单元及调压单元(包括减压阀组和增压机)为设计重点。首先,天然气的温度和压力直接影响到燃气轮机的性能。其次,提高或降低天然气压力关系到增压机电耗。增压机作为耗电较大的设备,对全厂厂用电率有着较大影响。最后,性能加热器所用热源为来自余热锅炉的热水,提高或降低燃气温度影响所需热水量,进而影响联合循环汽轮机侧性能。因此,天然气温度和压力的确定,需在燃气轮机要求值的基础上,充分考虑各部分的温降、压降准确计算。

参考文献:

[1] 高岩,蔡微微.燃气电厂天然气调压站配置及优化[J].建筑工程技术与设计,2015(30).

[2] 高春艳,徐光宇.燃气电厂天然气调压站系统的优化设计[J].商品与质量,2016(18).

论文作者:王剑君

论文发表刊物:《科技中国》2017年9期

论文发表时间:2018/2/9

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