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大型天然气联合循环电厂对余热锅炉蒸汽系统的选择解析

徐仁杰

哈尔滨电气国际工程有限责任公司,黑龙江哈尔滨,150000

摘要: 余热锅炉蒸汽系统整体运行会对电厂运行质量产生的直接影响,是天然气联合循环电厂关注重点内容,科学对于热锅炉蒸汽系统进行选择,能够保证热效率以及整体投产效益,需要进行科学分析。文章将通过对烟气阻力选择以及蒸汽参数等内容选择方式的详细阐述,对大型天然气联合循环电厂对于余热锅炉蒸汽系统选择方式展开深度探讨,希望能够帮助电厂选择出最优余热锅炉蒸汽系统,保证电厂的整体运行质量与效率。
关键词: 烟气阻力;蒸汽参数;余热锅炉;蒸汽系统;大型天然气联合循环电厂
DOI:10.12721/ccn.2024.157030
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天然气的大规模使用,使得大型联合循环电厂建设数量呈现出明显增加的趋势。为保证电厂建设以及运行效率,确保在投产之后能够获得可观收益,需要通过对余热锅炉蒸汽系统以及其他内容进行合理选择与设计的方式,保证整体电厂运行的整体质量。其中,在对余热锅炉蒸汽系统进行选择过程中,需要对烟气阻力以及再热等各项内容进行详细分析,按照系统的具体运行要求,合理展开各项细节研究,确定详细参数要求,以便选择出最佳的蒸汽系统。

一、蒸汽压力级数选择

(一)节点温差与接近点温差选取方式

在没有进行补燃的联合循环过程中,蒸汽温度和烟气温度最接近点,是从烟气到蒸发器离去的位置,此点烟气温度和进入蒸发器饱和水温度之间的差,被称为节点温度差。科学对节点温度差进行设计,能够保证后续余热锅炉的整体设计质量。因为节点温度差,与蒸汽参数以及蒸汽吸热量有着密切关联,会因为温度差的减小,而出现蒸汽吸热量以及蒸汽参数提升的情况。平均传热温度差的不断减小,需要不断提高受热整体面积,会直接增加整体投入成本,而节点温度差增加时会出现相反的情况。根据联合循环设备采购标准要求,单压余热锅炉节点温度差、双压以及三压的节点温度差,需要分别控制在15摄氏度、10摄氏度以及10摄氏度。接近点温差是省煤器出口水温和相应压力饱和水温之间的差异,会通过对省煤器内部进行给水汽化处理的方式,保证省煤器出口水温能够永远略低于相应压力状态下饱和水温,确保设备能够正常运行。按照标按照国际标准要求,一般会这样接近点温差控制在5摄氏度左右。

(二)单压、双压、三压系统选择

单压蒸汽系统中省煤器对于热量的需求,会因为锅炉高温段所产生气量而受到相应限制,低温段烟气热量无法得到充分性应用,所以不能将排烟温度控制在合理范围内,比较适用于烧重油调峰联合循环电厂。一方面是因为中有重燃料油的整体成本相对较低,存在带调峰负荷,所以对于效率没有过多要求;另一方面是因为单压余热锅炉系统结构较为简单,整体设备投资成本相对较小,重燃料油含硫量相对较高,能够有效避免锅炉尾部受热面出现低温腐蚀问题,所以烧重燃料油联合循环泵采用的主要以单压蒸汽系统为主。

在对不含硫天然气进行应用过程中,因为燃料整体成本相对较高,需要对排烟温度进行有效控制,所以会通过对燃气余热的充分性应用,保证锅炉的整体运行效率。此时在进行锅炉设计时,会将三压或者双压蒸汽系统作为首选。在对双压系统进行应用时,会因为设置低压蒸汽系统的方式,使得更多热量得以回收,烟囱排烟温度也得到了有效控制。而在对三压系统进行应用过程中,可以实现对排烟温度的进一步控制,整体运行效率会比双压系统高出0.6%左右,但汽轮机设备费用以及汽水管道等费用的投入成本相对较高。

二、余热锅炉蒸汽参数与再热系统选择

(一)蒸汽温度选择

蒸汽温度容易受到燃气轮机排烟温度的影响,在对燃气轮机设备类型进行确定之后,需要通过对其排气温度的测试,对高压蒸汽温度进行选择。一般过热器出口高压蒸汽温度和燃气轮机排气温度之间的差异,需要按照国际标准控制在25摄氏度左右。同时,因为蒸汽温度和过热器、汽轮机高压部件材料选择等有密切关联,所以要保证整体材料选择以及设备选择的经济性和合理性。因为低压蒸汽温度存在较高过热度,所以需要通过对汽轮机排汽湿度进行控制的方式,保证末级叶片腐蚀问题能够得到有效控制,需要通过安装低压过热器的方式,保证锅炉的正常运行。在对低压蒸汽温度进行确定之后,需要对中压蒸汽膨胀之后做工以及补入低压蒸汽混合时温度差等进行充分考量,避免出现汽轮机内部热应力过大问题。

(二)锅炉和汽轮机参数匹配

为确保锅炉能够与汽轮机保持匹配状态,需要保证锅炉出口主蒸汽压力,能够比汽轮机主汽门前压力高出一定数值,主蒸汽温度也能够高出相应数值。需要保证锅炉出口再热蒸汽压力能够低于汽轮机高压缸排汽压力13%左右,同时,因为锅炉出口再热蒸汽需要送到汽轮机中压主蒸汽门前位置,所以需要对其压力进行适当降低处理。

(三)再热系统选择

因为早期燃汽机排气温度相对较小,所设置的蒸汽循环方案并不适用于再热方案,所以需要按照单压或者双压等循环方式进行操作。由于大型燃气轮机的应用变得更加广泛,能够为锅炉提供足够高温热量,所以双压以及三压的再热循环模式开始得到应用。通过实际运行分析发现,三压再热系统需要锅炉换热面积比三压无再热面积要小,主要是因为再热系统使得汽质量流量以及高压蒸发器中水变小所造成的。而循环中凝结水流量的不断减小,也会使锅炉冷端换热面积出现较小趋势。

(四)给水加热

与常规燃煤电厂蒸汽循环相比,联合循环电厂中的给水加热方式并不相同。其并不会通过进行汽轮机多级抽汽加热给水的方式,保证给水温度能够达到标准要求,而是会通过对燃气轮机排气余热进行充分应用的方式,在余热锅炉中展开给水加热处理。为确保余热锅炉排烟温度能够得到有效控制,需要保证送往余热锅炉中的给水温度能够控制在较低水平。

三、整体选择分析

为确保蒸汽系统选择能够有序展开,最终所选择的方案能够符合各方面要求,需要做好各项选择内容的综合分析,按照最终分析结果确定最佳方案。在具体进行余热锅炉蒸汽系统的选择过程中,需要对余热锅炉排烟温度进行控制,确保锅炉运行效率能够得到切实提升。合理进行节点温差以及接近点温差的选择,在燃用几乎不含硫天然气过程中,由于整体燃料成本相对较高,需要通过对排烟温度进行有效控制的方式,通过对三压蒸汽系统的合理使用,保证温度能够降至允许范围之内。在进行联合循环设计过程中,需要对锅炉燃气侧阻力进行充分分析,按照天然气价格,对三压再热蒸汽循环进行应用,保证整体系统运行经济性。在对给水除氧方案进行选择时,会将独立真空除氧器以及具有除氧功能的凝汽器作为首选,确保最终的除氧效果能够达到设计要求。需要保证最终方案选择与实际情况的相符程度,通过充分调查的方式,为方案选择提供数据依据。

结束语:

由于余热锅炉蒸汽系统所涉及的内容相对较多,在进行系统选择过程中,不仅要对上文所述各项参数以及内容进行科学选择,同时还要做好锅炉炉型以及其他内容的选择工作,以便保证整体系统的选择合理性以及实际应用质量。确保最终所选择的蒸汽系统能够符合整体余热锅炉的具体运行需求,能够将锅炉应用优势在电厂运行中更好地发挥出来,进而为联合循环电厂的高质量运行奠定扎实基础。

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