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摘要：燃气-蒸汽联合循环机组启停机过程或者运行时达到高、低压旁路投入过程中，很大一部分高参数蒸汽排到凝汽器中，这必将带来一定的热损失，并且增加了凝汽器的负荷，真空度下降。为了优化机组启停、回收工质热损失，本文以9E燃气-蒸汽联合循环机组为例研究了采用蒸汽喷射式热泵将高、低压旁路排汽回收到轴封加热器对制水系统进行加热方案，从而有效地利用高、低压旁路排汽及其所携带的余热。
关键词：9E燃气-蒸汽联合循环机组；高、低压旁路排汽；低压加热器；轴封加热器；蒸汽喷射式热泵
1 前言
燃气-蒸汽联合循环机组的设备众多、工作机理复杂，包括燃气轮机、余热锅炉和汽轮机等。其节能潜力很大，尤其是9E燃气-蒸汽联合循环机组，其燃气轮机启停自动化程度较高，但其余热锅炉与汽轮机启停过程复杂，并且启停过程中伴随大量热能损失，因此9E燃气-蒸汽联合循环机组在启、停机优化以及节能降耗改造方面尚有很大空间。
本文以某电厂9E燃气-蒸汽联合循环机组为例，其采用GE公司生产的PG9171E燃气轮机，无补燃、三压、立式、强制循环余热锅炉，双压、单轴、单缸、冲动、凝气式汽轮机，燃气轮机与汽轮机分轴运行。在机组启停过程中或者达到高、低压旁路启动条件时，高、低压旁路投入，大量高参数蒸汽排至凝汽器，这将带来三方面负作用：一是高、低压旁路排汽的热能未能得到有效利用；与此同时，为保证高、低压旁路不超温，需投入减温水，这必将增加除盐水制水成本；三是启机过程中随着高、低压旁路逐渐拉大，蒸汽直接排至凝汽器汽空间之中，增加了凝汽器的热负荷，并使其真空值不稳定，影响真空的建立，从而影响启机效率。
为了回收高、低压旁路排汽的热量以及保证机组稳定启停，最近发展起来的蒸汽喷射式热泵技术在高、低压旁路排汽回收方面具有比较好的效果，将高压旁路排汽作为驱动蒸汽，低压旁路排汽作为低压抽汽，经过蒸汽喷射式热泵充分混合即可得到出口压力较稳定的中温中压蒸汽，既可用于厂用辅助蒸汽，也可用于工业用汽。本文是将高、低压旁路排汽通过蒸汽喷射式热泵直接回收到轴封加热器中，系统简单可靠、易于维修管理。以某电厂9E燃气-蒸汽联合循环机组为例展开研究，以期为燃气-蒸汽联合循环机组的节能降耗、高低压旁路排汽高效再利用以及启、停机优化提供科学依据。
2 高、低压旁路排汽回收系统
2.1 蒸汽喷射式热泵工作原理及结构
蒸汽喷射式热泵，即蒸汽喷射压缩器如图1所示，是一种以高压蒸汽为动力，不消耗机械能或者电能，提高低压蒸汽参数和质量，将低品位热能转化为高品位热能，从而使低压蒸汽回收和再次利用的节能设备。它由喷嘴、接受室、混合室和扩压室四部分组成。驱动蒸汽以很高的速度从喷嘴喷出，进入接受室把低压吸入蒸汽吸走，驱动蒸汽的一部分动能传给低压吸入蒸汽，携同低压吸入蒸汽进入混合室进行充分混合，混合蒸汽进入扩压室，压力将升高，到达扩压室出口形成一定压力的压缩蒸汽，出口蒸汽压力较为稳定[1]。
图1 蒸汽喷射式热泵结构简图
2.2 蒸汽喷射式热泵工作优点
高低旁路排汽回收系统选择蒸汽喷射式热泵进行回收排汽热量有如下有优点：
（1）蒸汽喷射式热泵结构简单、无转动部件，因而寿命长、运行可靠；
（2）操作方便、维修容易，可以自动调节，保证出口压力稳定；
（3）蒸汽喷射式热泵不消耗电能、机械能，节能效果显著；
（4）安装方便，可水平安装或垂直安装，与管路连接均为法兰连接，拆卸方便；
（5）液位控制稳定，大大缓解了管道内汽蚀和振动现象。
2.3 蒸汽喷射式热泵主要性能指标及参数
蒸汽喷射式热泵性能指标是引射系数，引射系数μ=吸入蒸汽流量/驱动蒸汽流量（高压旁路蒸汽流量），引射系数的数值与蒸汽喷射式热泵的主要参数有关[2-3]。蒸汽喷射式热泵的主要参数有膨胀比=pp/ ph；压缩比=pc/ ph。其中，pp—驱动蒸汽压力；ph—吸入蒸汽压力；pc—混合蒸汽压力。蒸汽喷射式热泵的结构尺寸需根据驱动蒸汽、吸入蒸汽、混合蒸汽的参数单独进行设计制造。
2.4 高、低压旁路排汽回收系统
9E燃气-蒸汽联合循环热力系统高、低压旁排汽回收系统工艺流程如图2所示，主蒸汽以及排汽参数见表1。高、低压旁排汽回收系统主要由蒸汽喷射式热泵、自动放空装置、回收蒸汽压力自动控制装置、热泵驱动蒸汽调节阀、测温装置、压力变送器、流量测量装置等组成。
蒸汽喷射式热泵、自动放空装置、压力自动控制装置、热泵驱动蒸汽调节阀、测温装置、压力变送器、流量测量装置等组成。
图2 热力系统集成工艺流程图
3.高、低压旁路排汽回收系统效益分析
对于调峰要求的两套9E燃气-蒸汽联合循环机组来说，平均每周需启停一次，启动过程中高、低压旁路排汽被排到凝汽器中，浪费了大量的热能。经改造后，每套机组每次启停可回收约50t、3MPa、300℃的高压旁路蒸汽，每年将回收2400t高参数蒸汽，按天然气价格3.28元/立方米及平均热值39.5MJ/Nm3进行计算，节省天然气181975Nm3，每年节约用气成本约59.7万元，因此对高、低压旁路排汽的回收再利用节能潜力很大，同时给发电企业带来一定的经济效益。
4结论
本文实施蒸汽式热泵将高、低压旁路排汽直接回收到轴封加热器中技改方案，这给调峰要求较高、启停频繁的燃气-蒸汽联合循环机组带来一定的节能与经济效益，这不仅提高工质回收率与热能利用率，减少制水成本，而且还可以减小凝汽器的热负荷以及厂用电率，但与此同时，对于余热回收利用系统的严密程度提出了很大要求。
参考文献：
[1]俞利锋，蔡军. 除氧器排汽余热回收装置的应用[J].能源研究与利用，2008（3）：46-47.
[2]崔修强.电站除氧器余汽回收技术方案及效益[J].电站辅机，2007，100（1）：4-7.
[3]陈海平，于鑫玮，鲁光武等. 基于蒸汽喷射式热泵的火电厂除氧器乏汽回收系统热经济性分析[J].动力工程学报，2013，33（5）：394-395.
论文作者:杨家菊,于鑫玮
论文发表刊物:《基层建设》2015年26期供稿
论文发表时间:2016/3/21
标签：蒸汽论文; 喷射式论文; 旁路论文; 低压论文; 热泵论文; 机组论文; 凝汽器论文; 《基层建设》2015年26期供稿论文;