（浙江浙能电力股份有限公司萧山发电厂 萧山 311251）
摘要：天然气性能加热器作为表面式（管壳式）热交换器，用高温的水将进入燃烧室的天然气加热至125℃左右，从而可以减少达到所期望燃烧温度的燃料量，提高燃烧效率的同时，对燃烧室ACC及NOx生成量产生一定的影响。另一方面，加热天然气的工质为中压给水，加热天然气后再次回到凝结水加热器进口，增加了凝结水加热器的换热量，降低了余热锅炉排烟温度，提高了电站效率。
关键词：性能加热器 天然气温度 ACC值 NOx排放量 电站效率
一、性能加热器的工作流程和控制原理
天然气性能加热器布置在前置模块天然气进口隔离阀后（以萧山发电厂5号机组为例），作为管壳式热交换器，采用气水逆向流动方式。加热用水来自于中压省煤器前的余热锅炉中压给水管道（运行压力6MPa、温度 130℃左右），在流经性能加热器对气侧天然气进行加热后，此给水回到主凝结水管道，与主凝结水混合后进入凝结水加热器。
性能加热器出口处设有回水调节阀，用来调节燃气温度保持在要求的给定值（接近125℃ ，工作允许范围50－130℃），并且起到限制性能加热器进口水温与性能加热器出口天然气温度50K以内。性能加热器进口处设有进口调节阀，用来控制进入性能加热器的水压力不大于5.8 MPa。性能加热器出口处设有一个安全阀，整定压力6MPa，防止性能加热器超压。此外为了方便性能加热器的维修和控制，在其进水、回水管道分别设有手动隔离阀。
在性能加热器的给水再循环管路，通过给水再循环泵和再循环调节阀的调节，确保在任何工况下通过性能加热器的最小质量流量≥（10kg/s）。在天然气性能加热器上装有一套泄漏检测系统，可以同时检测天然气性能加热器气侧和水侧的泄漏，一旦此压力超过设定值（0.25MPa），则说明出现了泄漏，天然气性能加热器将会自动切断。性能加热器还设有温度、流量和压力测量器用以显示和控制。
二、性能加热器的投退操作
考虑到性能加热器投入对性能加热器系统压力、水温与天然气温度差、燃烧室ACC稳定性、中压汽包水位和热井水位等参数均有一定的影响，存在诸多不确定因素。萧山发电厂5号机组性能加热器模块设有“选择性能加热器顺控投入”SLC，一旦选择该模块SLC，性能加热器SGC将不受联合循环顺控SGC控制。在性能加热器投退过程中，运行人员为了加强对各参数的控制，通常不投入“选择性能加热器顺控投入”SLC，采取手动投运性能加热器的方式。
在机组启动过程中，机组进入联合循环后开始投运性能加热器，在联合循环负荷至200MW之前完全投入，控制性能加热器出口天然气温度125℃左右。投运性能加热器的主要操作包括以下步骤：1、向性能加热器系统内注水。若性能加热器回水调节阀在关闭位置，微开回水调节阀反向往性能加热器系统注水，开启性能加热器放气阀手动排气至有水均匀流出。2、系统冲水结束后，微开性能加热器进水调节阀，打开再循环泵出口阀，启再循环泵以保证最小流量。3、逐渐调整性能加热器进、回水调节阀开度，控制性能加热器回水母管压力，且提高天然气出口温度至接近125℃。
在机组停运过程中，当联合循环负荷降至200MW后，开始退出性能加热器运行。退出性能加热器的主要操作包括以下步骤：1、根据负荷变化情况，缓慢关小性能加热器出口调节阀至20%左右开度。2、缓慢关闭性能加热器进口调节阀。3、待性能加热器流量至零，关闭性能加热器进口电动阀。
三、性能加热器的投运对机组运行参数及经济性的影响
性能加热器投入运行后，进入燃烧室的天然气温度升高，减少达到所期望燃烧温度的燃料量，天然气预混阀和值班阀开度会略微减少，值班气流量相应减小。由于值班气进入燃烧室后采用扩散燃烧方式。由于扩散燃烧在着火前需要依靠紊流扰动与空气混合，而混合过程比燃烧过程缓慢得多，因此它的火焰要比预混燃烧的长。如图1所示，火焰面上的α=1，其燃烧区温度甚高，通常为理论燃烧温度，可以达到2100℃，它总是高于空气中N2和O2产生化学反应时生成NOx的起始温度1650度，所以燃烧过程必然会产生数量较多的“热NOx”污染物。因此，值班气的流量对NOx生产量产生至关重要的影响。
图1 西门子公司的混合型DLN燃烧器在扩散火焰和预混火焰状态下，不同空气/燃料的过量空气系统α时的反应区范围
区域1：α＜1.0；区域2：1.0＜α＜1.6；区域3：α＞1.6
α=1时的理论燃烧温度为2100℃，α=2.1时的平均温度为1390℃
表1数据取自萧电发电厂5号机组2016年7月31日，通过分析，在机组联合循环负荷和天然气热值不变的前提下，随着性能加热器投入，进入燃烧室的天然气温度升高，天然气值班气流量减少，ACC值趋于稳定，NOx排放量明显减少。
此外，根据西门子测算，机组在ISO工况下，性能加热器投运后，天然气流量降低100g/s（折算值0.36 t/h），ISO工况下机组天然气流量为51.177 t/h。因此，天然气性能加热器投入运行可提高0.7%的效率，该效率值虽然与性能加热器说明书中提升效率1-2%的数值具有一定的差距，但经济效益依然很可观。假设机组（额定功率421MW）年利用小时为1000小时，约使用天然气8250万方，性能加热器投运可节约天然气约58万方，折合人民币138万元。天然气性能加热器的投资约90万欧元，5年就可以回收成本。
四、性能加热器操作运行的注意事项
1、机组联合循环运行中，保证性能加热器正常运行。从表1数据可以看出，机组联合循环负荷250MW时，若性能加热器未及时投入运行，NOx超标排放。为确保机组的环保运行，要求联合循环负荷在200MW以上时，性能加热器完全投入运行，控制性能加热器出口天然气温度125℃左右。
2、关注ACC参数。在负荷不变的情况下，投入性能加热器后，预混阀和值班阀开度会略微减小，并非值班气流量越小ACC值越稳定。由于预混和值班天然气流量变化引起燃烧室燃空比存在波动，导致ACC存在波动。因此，性能加热器投运过程中，时刻关注ACC变化趋势，必要时采取保持天然气温度稳定或者改变机组负荷的方式寻求ACC稳定点运行。
3、关注中压汽包水位。在投入性能加热器的过程中，不断开大性能加热器进水调节阀及回水调节阀，进入性能加热器的中压给水流量增大。而此时中压汽包水位已由三冲量来控制，给水流量和蒸发量的偏差加大，可能会对水位控制带来影响。
4、关注性能加热器回水压力不超过5.8MPa。随着余热锅炉蒸发量的增加，中压给水压力会有所上升，此时，应加强对性能加热器回水压力的监视，及时调整性能加热器进水调节阀，防止超压。性能加热器出口处安全阀的整定压力为6MPa，当性能加热器回水压力＞5.8MPa，触发保护关闭性能加热器进水电动阀。为确保系统安全，运行人员控制性能加热器回水压力在5 MPa以下。
5、在性能加热器投运过程中，控制天然气温度上升速度，不宜过快。关注性能加热器进、出口水温及天然气进出口温度，保证性能加热器进口水温和出口天然气温度差在50K以内。
6、在性能加热器退出运行后，运行人员应关闭性能加热器进水电动阀及调节阀，保持性能加热器回水调节阀保持一定的开度，防止系统超压。
7、由于性能加热器对机组安全、经济、环保运行起到至关重要的作用，运行监盘人员应关注性能加热器及相关系统参数变化，巡检人员加强对系统的巡检力度，一旦发现设备缺陷及时联系检修消缺，确保性能加热器稳定运行。
参考文献
[1]萧山发电厂编，《SIEMENS-1S.V94.3A联合循环发电机组培训资料》（1～12册），2005
[2]萧山发电厂编，《#5联合循环机组集控运行规程》，2012
[3]卢广法，《西门子F级燃气-蒸汽联合循环发电机组培训教材》，杭州：浙江大学出版社，2014
[4]卢广法，《西门子F级燃气轮机技术问答》，杭州：浙江大学出版社，2015
论文作者:金云翔
论文发表刊物:《电力设备》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/1
标签：加热器论文; 性能论文; 天然气论文; 机组论文; 回水论文; 温度论文; 调节阀论文; 《电力设备》2017年第11期论文;