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摘要：余热锅炉是联合循环机组运行中的一个关键部件, 它的热力特性要受到燃气轮机的影响, 主要影响因素包括燃机排气温度、排气成分和排气流量的限制, 余热锅炉的蒸汽流量、蒸汽参数以及汽轮机的相对内效率等参数又决定着蒸汽循环的做功量,合理选择余热锅炉的汽水参数具有重要意义。本文研究了燃气发电厂锅炉经济运行内容。
关键词：燃气发电厂；锅炉；经济运行
燃气轮机发电有效率高、占地少、调峰性能好、建设周期短、耗水少、启停方便、运行可靠等一系列优点, 因此, 应用天然气的燃气轮机发电越来越受到各国的重视。近20 年来发达国家新增发电量中高效燃气循环发电已占较大份额, 在一些国家天然气发电已经占据主导地位。
一、影响因素分析
1.节点温差和接近点温差。节点温差是蒸发器出口部位烟气侧温度与工质饱和温度的差值, 通常是整个余热锅炉中烟气侧与工质侧温差的最小点。节点温差的选择对蒸发量的影响较大, 它反映了余热锅炉的热能利用程度。节点温差越小, 排烟温度就越小, 烟气余热回收量就越大, 即余热锅炉的效率越高。对于节点温差, 国外先进的制造技术一般选为10℃, 随着燃气轮机向大容量、高参数方向的发展, 这一参数有进一步减小的趋势, 节点温差减小以后, 平均传热温差也随之减小,致使总的换热面积增加, 成本上升。需要特别注意的是,两者之间并非线性的变化关系, 在节点温差较低时, 回收相同热量的传热面积急剧增加。因此, 对于节点温差的选择, 应综合考虑余热锅炉效率和受热面积这两个因素, 使两者达到最佳平衡。接近点温差是蒸发器饱和温度和省煤器出口水温间的温差, 合理设计接近点温差可以防止燃机变工况时,省煤器中发生汽化，高压接近点温差8.8℃。
2.烟气的压力损失。在其他条件不变的情况下, 为提高对流传热系数, 减少换热面积, 就要提高烟气流速, 这就会使其烟气压力损失加大。燃气轮机背压升高导致其输出功率和效率的减少, 联合发电设备整体效率也降低, 当采用减少节点温差和多压系统时, 由于换热面积的增加, 也会导致烟气侧流动阻力增大和燃气轮机功率减少。一般来说燃气轮机的背压每提高1%, 机组的功率会下降0.5%左右。所以烟气压力损失要根据系统整体的经济性来确定。
3.余热锅炉入口的烟气温度与排烟温度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆 在特定的蒸汽参数条件下, 余热锅炉的入口温度越高, 余热锅炉中单位烟气质量的蒸汽产量越多, 此时的排烟温度也越低。反之,入口烟温越低, 排烟温度越高。余热锅炉的排烟温度越低, 其效率就越高, 但会因此扩大换热面积从而增加设备费用。同时烟气中含有硫分时会产生硫腐蚀, 也限制了余热锅炉出口的烟气温度。当燃用不含硫分的气体燃料时, 余热锅炉出口烟气温度可以限制在100℃以下, 如果使用含硫分的气体或油燃料时, 则根据气体中SOx浓度不同, 出口的烟气温度一般定为150 ～ 200℃。此外,如前所述, 排烟温度也不是独立的参数变量, 当汽水系统的一些参数, 如饱和蒸汽压力和节点温差已定时, 它才被确定下来。
4.烟气成分。燃气轮机排气由燃气轮机内燃料与空气接近完全燃烧后的烟气和大量的燃烧冷却空气混合而成。烟气成分根据燃料成分的不同而不同, 燃气轮机中燃料及水的喷射量不同也会影响烟气的成分。相同温度时, 不同烟气成分的焓值不同,特别是水与其他成分的差别较大。设计计算时, 一定温度下烟气的比焓是采用各烟气成分在对应温度下的比焓和其百分含量的代数平均值的方法进行计算。
5.蒸汽参数。如果产生蒸汽温度较高, 蒸汽产量就会减少, 但是汽轮机的输出功率则会增加, 机组效率提高。而提高蒸汽温度, 就要增加过热器的换热面积, 也增加对材料的要求。此外, 燃气轮机的排气温度会随蒸汽轮机负荷、环境温度和大气压力的改变而改变, 产生的蒸汽温度也会随之变化。在其他条件相同时, 提高蒸汽压力, 产生的蒸汽量将减少, HRSG所吸收的热量也将减少, 从而导致余热锅炉的效率降低。但是对汽轮机而言, 提高蒸汽参数, 会使单位蒸汽的做功增加。因此存在蒸汽压力的合适选取问题。
二、燃气发电厂锅炉经济运行对策
1.先进冷却技术。燃机使用了闭路蒸汽冷却技术, 使联合循环的效率达60%。与空气相比, 过热蒸汽有更高的比热和更好的导热系数, 因此对叶片有更好的冷却效果。燃气蒸汽联合循环系统中, 由于蒸汽的良好冷却性能, 可以使用闭路蒸汽冷却系统。冷却蒸汽从蒸汽轮机高压缸中抽出, 冷却叶片后再跟再热蒸汽混合在蒸汽轮机的低压缸中继续作功。在有效利用能量的同时, 还可避免抽取从压气机出来的高压空气, 并且在涡轮中没有掺混损失,对烟气的温度影响也较低, 因此可以显著提高燃机及整个系统的效率。
2.蒸汽参数的稳定性。在燃气轮机变工况运行时, 要保证蒸汽参数不随之
发生大的波动而影响到汽轮机的安全有效运行, 使HRSG热力参数处于合理范围和不超出工程和热力上的限制值。一般采用滑压运行是合理的, 即主进汽门一直在常开状态, 不随负荷波动而变化。这不但对汽轮机变工况运行有利, 同时也可提高联合循环设计工况和部分负荷时的效率。
3.热惯性与热应力。系统要具有较低的热惯性, 以便余热锅炉能够适应燃气轮机快速启动、快速加减负荷的动态特性, 缩短整个联合循环系统的启动时间。在变工况运行, 特别是在启动时, 要突然承受燃气轮机排气的较大的热量冲击, 各部件还要考虑承受反复交变的热应力的影响。在机组启动初期, 燃气轮机点火后, 会进行一分钟的暖机, 余热锅炉内部受热模块均匀缓慢受热升温, 有效防止了温度突升而产生较大热应力造成对余热锅炉模块的损伤。在停运期间采用辅助蒸汽暖炉, 关闭烟气挡板隔绝烟气流通, 实现保温作用。
4.当过热蒸汽压力升高时, 蒸发器的饱和压力及其对应的饱和温度升高。在节点温差和接近点温差不变的条件下, 蒸发器出口部位对应的烟气侧的温度也相应上升。过热蒸汽的产量减少, 相应的排烟比焓和排烟温度升高, 从而导致燃机排气中的热能回收量减少。相反, 当过热蒸汽压力降低时, 余热锅炉的蒸汽产量增加, 排烟温度降低。当然也并不是余热锅炉的排烟温度越低越好, 一方面排烟温度受到烟气露点、水蒸汽露点和酸露点的限制, 排烟温度不能低于露点温度(通常要求保持高于10℃以上);另一方面, 从联合循环蒸汽循环的做功来看, 存在过热蒸汽合适参数的优化选择问题。较低的蒸汽压力(此时对应的余热锅炉排烟温度也较低)不一定使蒸汽循环的做功最大。应投运余热锅炉内置的热水锅炉，并使热水锅炉的负荷尽可能达到额定负荷，同时使得中压蒸发器和低压蒸发器尽可能达到额定负荷，充分吸收余热，以提高燃气余热锅炉的运行效率。
发电厂中锅炉是非常重要的生产设备，确保锅炉的正常运行与燃料的高效燃烧是电力持续供应的保障。既要保证进入锅炉合适的烟气温度与流量，又要考虑锅炉的热效率; 降低锅炉排烟温度时，除了考虑通过余热回收可提高的锅炉效率外，还要考虑投资成本和回收期等因素。
参考文献：
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[2]王吉升.火力发电厂锅炉安装工艺及技术措施探讨[J].机电信息，2015.
[3]田玉强.刍议提升火力发电厂锅炉经济运行的方法[J].山东工业技术，2016.
论文作者:杨珺
论文发表刊物:《电力设备》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/28
标签：蒸汽论文; 烟气论文; 锅炉论文; 余热论文; 温度论文; 燃气轮机论文; 温差论文; 《电力设备》2017年第35期论文;