联合循环余热锅炉的性能优化与设计-2 联合循环与余热锅炉
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补充2004年5月4日,摘自焦树建《燃气-蒸汽联合循环》1.余热锅炉设计时节点温差和接近点温差的选择节点温差的选择关系到余热功率的效率和投资费用,要加以权衡。
减小节点温差,锅炉效率提高,可以更多的回收热量。
但是,投资费用增加,并且锅炉换热面积的增加还会使燃气轮机排气阻力增加,减少燃气轮机的功率,这就会导致联合循环效率有下降的趋势。
因此,必须从整个联合循环的效率和经济性两方面加以全面考虑。
当进入余热锅炉的燃气温度随燃气轮机负荷的减少而降低时,接近点温差将随之减少。
如果在设计时接近点温差取得过小或未加考虑,则在部分负荷工况下,省煤器内就会发生部分水的汽化,这将导致省煤器管壁过热和故障。
另外,接近点温差的选择也关系到省煤器和蒸发器换热面积的设计。
这样,必然存在合理的选择接近点温差的问题。
图12.4和12.5给出了当接近点温差选定后,随着节点温差的变化,余热锅炉相对总换热面积、相对排气温度、相对蒸汽产量、相对总投资和相对单位热回收费用的变化规律。
这些相对值都是以节点温差选为10℃时的数值作为比较标准。
图12.6给出了余热锅炉的相对总换热面积随接近点温差的变化关系。
图12.7给出了“单压的汽水发生系统”的余热锅炉的当量热效率与节点温差以及相对总换热面积之间的变化关系。
图12.4 的关系 图12.5 相对总投资费用和相对单位 热回收费用随节点温差的变化关系不言而喻,倘若有意识地增大余热锅炉内燃气侧的流动速度,必然可以因换热效应的强化而使总换热面积有所减小,但是,这个措施却会导致燃气侧流阻损失的增大。
图12.8中给出了相对燃气流阻与相对总换热面积之间的变化关系。
通过对上述图12.4至图12.8的分析,我们可以得到以下一些有益的结论:(1)由图12.4可知:当节点温差减小时,余热锅炉的排气温度会下降,燃气的放热量将加大,蒸汽产量会增加,而总的换热面积要增大。
计算表明:传热系数基本上是不变的,但省煤器与蒸发器的对数平均温差将大幅度地减小,致使余热锅炉的总换热面积会增大。
关于联合循环余热锅炉性能保证试验的说明与建议
王震华;刘晓东
【期刊名称】《余热锅炉》
【年(卷),期】1999(000)004
【总页数】2页(P21-22)
【作者】王震华;刘晓东
【作者单位】南京燃气轮机研究所;如皋市锅炉压力容器检验所
【正文语种】中文
【中图分类】TK229.929
【相关文献】
1.联合循环超临界直流余热锅炉的试验研究 [J], 王震华;刘晓东
2.卧式余热锅炉和立式余热锅炉在联合循环发电厂中的应用 [J], 王小平
3.论余热锅炉型联合循环中双压再热式余热锅炉的特性与汽轮机特性的优化匹配问题 [J], 武庆岭
4.联合循环机组性能考核试验中余热锅炉出力的修正计算分析 [J], 梁天琪;史跃岗
5.燃气-蒸汽联合循环机组整体性能保证方式探讨 [J], 徐清
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联合循环热力系统优化研究何宏;于兰兰;张栋芳【摘要】基于某F级燃机组成的燃气-蒸汽联合循环热力系统,分析了三压再热汽轮机各段主蒸汽压力对联合循环性能的影响,找到配合该F级燃气轮机的最优的各段主蒸汽压力,为联合循环汽轮机的优化设计提供参考.【期刊名称】《热力透平》【年(卷),期】2013(042)004【总页数】5页(P236-239,301)【关键词】联合循环;余热锅炉;热力性能【作者】何宏;于兰兰;张栋芳【作者单位】上海电气电站设备有限公司汽轮机厂,上海200240;上海电气电站设备有限公司汽轮机厂,上海200240;上海电气电站设备有限公司汽轮机厂,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TK472机组发电效率是联合循环热力系统的一个重要评价指标,提高发电效率,不仅减少天然气消耗量,缓解日益严峻的环境压力,而且降低业主的运行成本。
因此,这对制造厂来说,意味着在市场竞争中处于更加有利的地位,所以追求循环高效率是发电领域各方的共同目标。
本文针对某F级联合循环机组,研究汽轮机各段蒸汽压力选择对联合循环性能的影响,为联合循环热力系统的设计提供参考。
1 联合循环系统总体热力性能对于整个联合循环系统来说,其发电出力包括燃气轮机出力和汽轮机出力两部分,而汽轮机出力则一方面反映了余热锅炉对燃气轮机余热的利用程度,另一方面也反映了汽轮机效率,故联合循环发电效率的数学关系式可以表达为:式中:ηCC为联合循环发电效率;ηGT为燃气轮机效率;ηST为汽轮机循环效率;ηR为燃机燃烧室效率;ηM为燃机机械效率;ηG为发电机效率;ηH为余热锅炉当量效率。
从上式可以清楚地看出,对于整个联合循环系统,假设在机械效率、燃烧效率和发电机效率不变的情况下,欲使联合循环的发电效率达到最大,可以从增大燃气轮机效率ηGT、余热锅炉当量效率ηH和汽轮机效率ηST入手,其中余热锅炉当量效率和汽轮机效率的乘积(ηHηST)即表现为汽轮机出力,故本文将主要在蒸汽参数如何改善汽轮机出力方面进行研究。
燃气—蒸汽联合循环余热锅炉的发展和应用探讨作者:何浩祥来源:《数字化用户》2013年第16期【摘要】本文主要介绍了国内外燃气-蒸汽联合循环余热锅炉的发展现状,并简单介绍了余热锅炉的结构组成、分类,以及部分种类的余热锅炉在联合循环系统中应用,最后介绍了余热锅炉的自身特点。
【关键词】余热锅炉发展分类特点随着经济的快速发展,我国的能源消耗正在加速上升。
电力工业作为经济发展的强力后盾,是一个国家经济发展水平的重要标志。
现阶段我国的电力供应主要以燃煤电站为主。
但是随着发电效率和环境要求的提高,许多新的发电技术方式正在逐渐被应用。
特别是随着我国西气东输工程的落成以及LNG项目的发展,燃气-蒸汽联合循环发电机组正越来越受到人们的重视。
一、余热锅炉的发展余热锅炉是联合循环系统中的三大主要设备之一,它利用上级燃气轮机排放的烟气作为热源加热工质,然后工质进入汽轮机做工,实现能量的梯级利用,提高能源利用率。
因此余热锅炉在系统中起着承上启下的作用,是联合循环中的一个关键设备。
(一)国内余热锅炉的发展当前我国面临的环境压力越来越大,因此对清洁发电的联合循环电站的需求也是越来越大,我国对余热锅炉的研究正处于快发发展时期,走的是边引进边消化边吸收的路子。
随着联合循环技术的进步,该技术正向着大容量、高参数的方向发展。
余热锅炉作为联合循环的重要部件,也从最初的结构简单、低参数的单压系统,逐渐发展到双压、双压再热,以至到目前的三压、三压再热系统。
在我国,燃气-蒸汽联合循环发电机组的使用时间不是很长,但是在20世纪70年代后期就开始研究此项技术。
最初由杭州锅炉厂先后研发出双锅筒自然循环、单锅筒强制循环和单锅筒自然循环的燃气轮机余热锅炉,参数也从最初的8t/h、2.75MPa发展到目前的65t/h、3.82MPa。
与此同时一批余热锅炉的研究所以及相应的科研设备如大型的传热风洞试验台也建立起来,上锅、东锅等国内厂家成功试制了螺旋翅片管等技术含量较高的部件,这些工作都为我国的余热锅炉的发展打下了坚实基础。
第六章 三压再热余热锅炉的方案设计6.1 余热锅炉设计的一般理念和要求作者于2000年9月和2002年11月分别到英国的Mitsui Babcock Energy Services Limited(英国三井巴布科克能源公司)和ALSTOM公司在澳大利亚的分公司接受余热锅炉技术的培训总结余热锅炉设计的一般理念和要求因此设计理念也有所不同需要着重考虑以满足联合循环机组发电效率最高的要求余热锅炉厂商予以性能保证因此要求余热锅炉具有较小的热惯性运行灵活和适应调峰运行的要求以减少汽轮机的瞬时应力(4) 余热锅炉应有合适的烟气侧压降(5) 可根据业主的要求选用自然循环(6) 应考虑在最低的环境温度下的最大烟气流量流量的不均匀性根据燃机燃料和排气成分的不同低温腐蚀等情况(8) 汽包容量应足够大当给水泵出现故障时维持余热锅炉正常运行而不引起停机以便在余热锅炉停运时能够继续维持锅炉内的温度(10) 应提供在线或停炉时的清洗措施余热锅炉内部应密封良好对燃烧天然气联合循环的余热锅炉可不布置在线吹灰系统应能承受燃气轮机排气所超成的温度快速变化要求烟道的保温可采用内保温或外保温的设计并且考虑必要的腐蚀余量弯曲和其它可接受原因而造成负偏差的因素应在燃气轮机所有运行工况下材料的选取要考虑干烧条件以便在机组启动和停运时能迅速排除蒸汽冷却形成的凝结水在过热器和再热器中的积聚严重时造成安全事故错列布置时对流换热系数较大但烟气阻力较高(15) 受热面一般采用螺旋翅片管通常开口螺旋翅片管能比不开口螺旋翅片管节约10%左右高度和厚度安传热的性能和烟气压降要求优化选择或管组和翅片的结构参数趣于一致制造和管理控制(16) 一般要采取低压省煤器再循环的措施防止低压省煤器的低温腐蚀应配备减温系统维持蒸汽参数的稳定性防止烟道和管束的振动和产生的噪音烟道和管束的振动通过定位板和在烟道内布置防振隔板予以抑制和消除除在烟道入口和出口布置消音器外(19) 根据给水品质的不同余热锅炉的除氧器分整体式除氧器和独立式除氧器两种类型模块化设计可缩短工地现场的安装时间6.2 三压再热余热锅炉的性能方案设计 本节选取配SIMENS V94.3A燃气轮机联合循环机组的三压再热余热锅炉为对象燃机的排气参数和条件就是本文第4章中三压再热系统的参数优化实例 6.2.1方案性能设计工况条件 环境温度80% 燃机排气参数排烟温度 烟气流量体积百分数N2 74.20% O2 12.51% CO2 3.76%H2O 8.61%A r 0.90%6.2.2 优化的性能参数表6-1 优化的性能参数再热项目单位高压冷端热端中压低压蒸汽温度7 7 7 接近点温差93.3锅炉效率% 86.86给水泵功耗MW 1.784底循环净功率MW 130.998联合循环效率% 58.086(假定燃机循环效率39.0%)6.2.3 余热锅炉的布置和系统 设计方案为联合循环机组是一台燃气轮机配一台余热锅炉和一台汽轮机的单轴布置余热锅炉的方案设计为无补燃立式布置的控制循环余热锅炉受热面管束水平布置从下向上依次将重量传递到顶部钢梁上高压低压锅筒 汽水系统包括高压汽水系统低压和凝水加热系统等部分再热低压汽水系统分别见图6-31Ò»¼¶¹ýÈÈÆ÷Õô·¢Æ÷ÔÚÒ»¼¶¹ýÈÈÆ÷ºÍ¶þ¼¶¹ýÈÈÆ÷Ö®¼äÉèÓÐÅçË®¼õÎÂÆ÷½øÈë¸ßѹ¹øÍ²Ñ¹Á¦ÌáÉýºóËÍÈëÕô·¢Æ÷ÆûË®»ìºÏÎï¾-¹ýÐý·ç·ÖÀëÆ÷±»·ÖÀë³öµÄË®¼ÌÐø½øÈëÕô·¢Æ÷ϵͳÑ-»·Ò»¼¶¹ýÈÈÆ÷³öÀ´µÄÕôÆû¾-¹ýÅçË®¼õÎÂÆ÷½øÈë¶þ¼¶¹ýÈÈÆ÷¼õÎÂË®´ÓʡúÆ÷³ö¿ÚÒý³ö2ÓëÖÐѹ¶þ¼¶¹ýÈÈÆ÷ºÏ¶þΪһÖÐѹһ¼¶¹ýÈÈÆ÷Õô·¢Æ÷ÔÚÒ»¼¶¹ýÈÈÆ÷ºÍ¶þ¼¶¹ýÈÈÆ÷Ö®¼äÉèÓÐÅçË®¼õÎÂÆ÷图6-1 三压再热联合循环系统 Fig.6-1. Combined cycle with Triple-pressure HRSG凝水加热器LP蒸发器HP & IP 省煤器IP蒸发器LP 过热器HP省煤器IP过热器HP 蒸发器HP 一级过热器再热器和HP 二级过热器图6-2 配三压再热强制循环HRS总体布置 Fig.6-2. General layout of a Triple-pressure HRSG中压给水泵将低压锅筒中的水送入中压系统省煤器后循环泵将水从锅筒底部吸入水在蒸发器中吸热变成汽水混合物后引回至高压锅筒干燥器等锅筒内部装置进行分离被分离出来的蒸汽进入中压一级过热器减温水从给水泵的出口的给水管道上引出达到额定温度的蒸汽进入蒸汽轮机的中压缸膨胀作功3µÍѹ¹øÍ²Ñ-»·±ÃºÍÄý½áˮԤ¼ÓÈÈÆ÷µÈ×é³ÉÄý½áË®±Ã½øÈëµÍѹ¹øÍ²Ñ¹Á¦ÌáÉýºóËÍÈëÕô·¢Æ÷ÆûË®»ìºÏÎï¾-¹ýÐý·ç·ÖÀëÆ÷±»·ÖÀë³öµÄË®¼ÌÐø½øÈëÕô·¢Æ÷ϵͳÑ-»·¹ýÈÈÆ÷³öÀ´µÄÕôÆû½øÈëÕôÆûÂÖ»úµÄµÍѹ¸×ÅòÕÍ×÷¹¦4¿É½øÐÐÓÐÅÔͨÑ̴ѺÍÎÞÅÔͨÑÌ´ÑÉè¼ÆÓÐÅÔͨÑ̵ÀÉè¼ÆÊ±烟气从燃气轮机水平排出后然后经过一个90°转弯依次经过高压二级过热器高压一级过热器中压过热器中压蒸发器中压省煤器和高压一级省煤器的并联段低压省煤器再进入烟囱后排向大气根据所处区域的烟温水平进口烟道的保温层中根据需要可设有隔音板以达到降低噪音的要求承受燃气轮机的不同载荷冲击6.2.4 锅炉主要部件介绍( 1 ) 高压二级过热器高压二级过热器受热面为余热锅炉入口的第一高温受热面逆流管子规格为∅38.1×4.6mm翅片管的材料为SA240-409ÿֻ³ö¿Ú¼¯ÏäÉÏÉèÓÐÊèË®µã½ÓÖÁHRSG疏水容器的管道上配有手动隔绝阀和水位控制阀须排去凝结水( 2 )再热器再热器位于高压一级过热器与高压二级过热器之间逆流管子规格为∅44.5×2.7mm低温段为T11再热器出口管道设有疏水点其上配有疏水阀须排去凝结水( 3 ) 高压一级过热器高压一级过热器受热面管束为锯齿型螺旋翅片结构错列布置材料为T11每只出口集箱上设有疏水点在机组启动阶段排去空气蒸发器受热面管子为锯齿型螺旋翅片结构错列布置材料为SA-210A循环泵设计方案为双泵配置( 5 )高压锅筒锅筒材质为SA299¸ÉÔïÆ÷µÈ×é³ÉͬÑùËùÒÔѡȡµÄ¹øÍ²ÈÝ»ý×ã¹»´ó2个双色水位计和2个电极式水位计用于水位测量和控制加药管的布置使得汽水混合物离开锅筒之前得以充分混合目的是为了排去固态浓缩物和加药产生的泡沫锅筒上还配有安全阀充氮接口等可以打开降低锅筒水位用的控制阀( 6 )中压一级过热器中压一级过热器受热面管子为锯齿型螺旋翅片结构错列布置材料为SA-210AÆä³ö¿Ú¹ÜµÀÉÏÉèÓÐÊèË®µãµç¶¯¸ô¾ø·§ºÍÖ¹»Ø·§µÈÐèÅÅÈ¥Äý½áË®( 7 )高压二级省煤器高压三级省煤器受热面位于中压过热器和高压蒸发器之间逆流管子规格为∅38.1×3.5mm翅片材料为碳钢8Õô·¢Æ÷ÊÜÈÈÃæ¹Ü×ÓΪ¾â³ÝÐÍÂÝÐý³áƬ½á¹¹´íÁв¼ÖÃ材料为SA-210AÑ-»·±ÃÉè¼Æ·½°¸ÎªË«±ÃÅäÖÃ中压锅筒中压锅筒材质为SA516-70Cr¸ÉÔïÆ÷µÈ×é³ÉͬÑùËùÒÔѡȡµÄ¹øÍ²ÈÝ»ý×ã¹»´ó2个双色水位计和2个电极式水位计用于水位测量和控制加药管的布置使得汽水混合物离开锅筒之前得以充分混合目的是为了排去固态浓缩物和加药产生的泡沫锅筒上还配有安全阀充氮接口等可以打开降低锅筒水位用的控制阀低压过热器低压过热器受热面管子为锯齿型螺旋翅片结构顺列布置材料为SA-210AÆä½ø¿Ú¼¯ÏäÉÏÉèÓÐÊèË®µãÊèË®µãÔÚ»ú×éÆô¶¯½×¶ÎÅÅÈ¥¿ÕÆø11¸ßѹһ¼¶Ê¡ÃºÆ÷中压二级省煤器和高压二级省煤器并列布置于低压过热器和中压蒸发器之间逆流管子规格为∅38.1×2.7mm翅片的材料为碳钢12Õô·¢Æ÷ÊÜÈÈÃæÎª¾â³ÝÐÍÂÝÐý³áƬ¹Ü˳Áв¼ÖÃ材料为SA-210A低压锅筒锅筒材质为SA516-70Cr¸ÉÔïÆ÷µÈ×é³ÉËùÒÔѡȡµÄ¹øÍ²ÈÝ»ý×ã¹»´ó2个双色水位计和2个电极式水位计用于水位测量和控制加药管的布置使得汽水混合物离开锅筒之前得以充分混合目的是为了排去固态浓缩物和加药产生的泡沫锅筒上还配有安全阀充氮接口等可以打开降低锅筒水位用的控制阀凝水加热器凝水加热器为余热锅炉的最后一级受热面逆流管子规格为∅38.1×2.7mm翅片材料碳钢将加热后的热水引回一部分到加热器的入口防止低温腐蚀15ÒÔ¼°ÖÐѹһ¼¶¹ýÈÈÆ÷ºÍÔÙÈÈÆ÷Ö®¼äµÄÁ¬½Ó¹ÜµÀÉ϶¼ÉèÓÐÅçË®¼õÎÂÆ÷²ÉÓÃÅçË®¼õη½Ê½ÖÐѹ¼õÎÂË®Òý×ÔÖÐѹ¸øË®±ÃµÄ³ö¿Ú¼õÎÂÆ÷ÒÔ¼°¼õÎÂÆ÷¼¯Ë®¹ÜÅçË®¸ô¾ø·§ÄæÖ¹·§ºÍÅçË®¿ØÖÆ·§·Àֹˮ³å»÷µ½ÕôÆû¹ÜµÀÉÏѹÁ¦±äËÍÆ÷¼¯Ë®¹ÜÉÏÅäÓÐˮλ¿ª¹ØÍ¬Ê±Ò»¼¶¸ßѹ¹ýÈÈÆ÷µÄÊèˮҲÒýÖÁ¼¯Ë®¹Ü疏水与排污系统HRSG的疏水系统应根据用户的具体要求和不同的现场条件进行设计中压再热系统以及低压系统的疏水和排污高压减温器出口的疏水蒸汽母管的疏水省煤器出口集箱的疏水水压试验的疏水和炉水循环泵的疏水等中压系统排污包括锅筒降低水位的排水和连续或定期排污过热器进口的疏水省煤器出口集箱的疏水和循环泵的疏水等烟气通道及烟囱进口烟道的两端配有两只非金属膨胀节通过合适倾角的低部转向烟道将燃气轮机排气由水平方向流动改为垂直向上流动烟道和护板上均设有保温材料每一级受热面的进出口烟道上均设有压力和温度测点有旁通烟囱设计时通常位于燃机与余热锅炉之间出口烟囱位于余热锅炉本体的上方当机组停运时使得HRSG处于热态/温态本章以上仅就余热锅炉的总体布置和系统进行描述×ܽáÓàÈȹøÂ¯Éè¼ÆµÄÒ»°ãÀíÄîºÍÒªÇó¶ÔÒ»ÅäV94.3Aȼ»úµÄÈýѹÔÙÈÈÓàÈȹøÂ¯½øÐÐÁË·½°¸Éè¼Æ,·½°¸Éè¼ÆµÄÐÔÄܲÎÊýΪµÚ4章三压再热余热锅炉优化实例结果受热面错列布置。
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燃气-蒸汽联合循环双压、三压再热余热锅炉性能分析作者:***来源:《科技风》2020年第25期摘要:燃气-蒸汽联合循环机组热效率高、环保效果好,在全世界范围内得到了广泛应用。
余热锅炉作为联合循环系统中的重要设备,连接着燃气轮机和蒸汽轮机,起着承上启下的作用。
研究如何提高余热锅炉的热力性能,充分挖掘其回收余热的能力,是提高机组整体热效率的重要途径。
本文比较了某工程Siemens STG5-2000E机组,双压余热锅炉、三压再热余热锅炉热力参数、机组发电量、机组热耗、系统效率,得出机组最佳配置方案。
关键词:联合循环;双压余热锅炉;三压再热余热锅炉;机组性能Abstract:Because of the high efficiency,good environmental protection effect,the gas-steam turbine combined cycle power plant (CCPP) has been widely developed all over the world.The heat recovery steam generator (HRSG) is a major equipment in the CCPP unit.The research on how to improve the performance of the HRSG and recover the heat of the flue gas as much as possible is an important way to improve the thermal efficiency of the CCPP.The performance including plant output,heat rate,plant efficiency is compared and analyzed for a Siemens STG5-2000E CCPP project.Key words:Combined Cycle Power Plant;Dual Pressure HRSG;Triple pressure;single reheat HRSG;Plant Efficiency隨着燃气轮机单机功率和热效率的提高,燃气-蒸汽联合循环机组逐渐成熟,再加上世界范围内天然气能源的进一步开发,燃气-蒸汽联合循环在世界能源系统中的地位越来越重要,目前,联合循环的热效率已超过55%。