燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)gcc的優(yōu)勢(shì)

燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)gcc的優(yōu)勢(shì)

與效率低下的大型蒸汽發(fā)電裝置相比，聯(lián)合高效能源裝置（gtc）具有高度效率（系統(tǒng)清潔效率超過50%）、低污染、運(yùn)營靈活、施工周期長、投資低等優(yōu)點(diǎn)，在世界能源行業(yè)中得到了廣泛廣泛應(yīng)用。特別是在歐洲和美國的一些工業(yè)化國家，除了使用新裝置和勵(lì)磁聯(lián)合裝置外，還使用了聯(lián)合節(jié)能技術(shù)對(duì)舊裝置的容量和效率進(jìn)行了改善和改造。此外,由于燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行的可用率高達(dá)85%～95%,有利于在電力系統(tǒng)的調(diào)峰運(yùn)行,這對(duì)于解決我國現(xiàn)階段嚴(yán)峻的結(jié)構(gòu)性缺電問題,提高現(xiàn)有和新增機(jī)組的調(diào)峰能力,意義重大。因此在新一輪的電力建設(shè)高潮中,燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)電站將面臨重要的發(fā)展機(jī)遇。利用燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)改造燃煤電廠,主要的改造方案有:常規(guī)的不補(bǔ)燃余熱鍋爐型燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)方案、排氣再燃型燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)方案、并列動(dòng)力布置型燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)方案、給水加熱型燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)方案。本文主要研究常規(guī)不補(bǔ)燃型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)改造燃煤電廠的方案,并通過理論分析計(jì)算論證其在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的可行性。1不補(bǔ)燃余熱鍋爐型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)u3000燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)是將燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù)與蒸汽輪機(jī)發(fā)電技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來的一種新型發(fā)電技術(shù)。燃?xì)庋h(huán)系統(tǒng)由燃?xì)廨啓C(jī)組成,主要包括空氣進(jìn)氣系統(tǒng),多級(jí)軸流式壓氣機(jī)和燃燒系統(tǒng)、燃?xì)馔钙胶团艢馐?。蒸汽循環(huán)系統(tǒng)主要由余熱鍋爐和汽輪機(jī)組成。其中,燃?xì)庋h(huán)的過程是燃?xì)廨啓C(jī)從大氣中抽取大量的空氣經(jīng)過濾器過濾后,進(jìn)入壓氣機(jī)進(jìn)行壓縮,壓縮后的空氣進(jìn)入燃燒室與燃料混合燃燒,產(chǎn)生的高溫?zé)煔庠俳?jīng)燃?xì)馔钙脚蛎涀龉?從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。燃?xì)馔钙脚懦龅臒煔鉁囟冗€很高(一般溫度高達(dá)500～600℃),還有相當(dāng)大的熱量可以利用(占燃料總熱能的60%以上),對(duì)于常規(guī)不補(bǔ)燃余熱鍋爐型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng),就是將燃?xì)馔钙脚懦龅母邷責(zé)煔馑腿胗酂徨仩t加以利用,產(chǎn)生蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。由于利用聯(lián)合循環(huán)能夠?qū)崿F(xiàn)能源的梯級(jí)利用——即燃?xì)廨啓C(jī)的排煙所含能量被用于余熱鍋爐來產(chǎn)生蒸汽以驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)做功,從而提高了能源的綜合利用率,也使整個(gè)系統(tǒng)能夠達(dá)到很高的效率。對(duì)于常規(guī)不補(bǔ)燃余熱鍋爐型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)改造方案,需要在現(xiàn)有蒸汽輪機(jī)電站的基礎(chǔ)上,用一臺(tái)或多臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)和余熱鍋爐來取代原有的燃煤鍋爐。燃?xì)廨啓C(jī)的排氣進(jìn)入余熱鍋爐后不再補(bǔ)充其它燃料,因而稱為不補(bǔ)燃型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)。在改造單臺(tái)大功率的蒸汽輪機(jī)時(shí),宜采用多臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)和余熱鍋爐的組合方案,這將有利于提高電站部分負(fù)荷工況下的效率。圖1和圖2為典型的不補(bǔ)燃余熱鍋爐型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)原理示意圖及相應(yīng)的焓熵圖。熱力循環(huán)主要由燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐和蒸汽輪機(jī)完成。其中,燃?xì)廨啓C(jī)完成頂循環(huán),高溫排氣進(jìn)入余熱鍋爐,產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽,進(jìn)入汽輪機(jī)做功,完成底循環(huán)。目前,在常規(guī)不補(bǔ)燃聯(lián)合循環(huán)中,與燃?xì)廨啓C(jī)相配的蒸汽輪機(jī)參數(shù)一般都不超過超高壓參數(shù),即壓力最高為13.5MPa左右,因而只有對(duì)于超高壓參數(shù)及其以下的蒸汽輪機(jī)電站才有可能改造成為常規(guī)不補(bǔ)燃聯(lián)合循環(huán)方案。它能在燃機(jī)排氣參數(shù)較高的條件下用三壓再熱余熱鍋爐方案,使電站的供電效率很容易地增長到52%左右,即大約增加15%。2機(jī)組性能參數(shù)本文以某燃煤電廠采用常規(guī)余熱鍋爐型聯(lián)合循環(huán)改造方案進(jìn)行分析和計(jì)算,并得出改造成燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)后機(jī)組的主要性能參數(shù)。該電廠目前有6臺(tái)125MW的燃煤發(fā)電機(jī)組,鍋爐采用的是國產(chǎn)420t/h超高壓,中間再熱單汽包自然循環(huán)鍋爐,設(shè)計(jì)煤種為貧煤,主要性能參數(shù)如表1所示:汽機(jī)是國產(chǎn)的三缸再熱凝汽式汽輪機(jī),并帶有抽汽回?zé)嵯到y(tǒng),額定工況下的主要參數(shù)如表2所示。(1)發(fā)電機(jī)容量的確定在常規(guī)不補(bǔ)燃的余熱鍋爐型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)中,燃?xì)廨啓C(jī)的效率和排氣參數(shù)對(duì)聯(lián)合循環(huán)效率的影響最為重要,為了盡可能提高改造后聯(lián)合循環(huán)的效率和熱力性能,在選擇燃?xì)廨啓C(jī)時(shí),一方面要求燃?xì)廨啓C(jī)具有高的效率,另一方面,要求燃?xì)廨啓C(jī)排氣有足夠的余熱來產(chǎn)生底循環(huán)作功所需要的高參數(shù)過熱蒸汽。另外,還需要考慮燃?xì)廨啓C(jī)功率與蒸汽輪機(jī)功率的匹配,在實(shí)施改造時(shí),應(yīng)按照燃?xì)廨啓C(jī)功率與蒸汽輪機(jī)功率的比值為1.5～2.0比1的配比關(guān)系來選擇燃?xì)廨啓C(jī)的容量?；谝陨显瓌t,本方案選用美國GE公司的PG9351FA型燃?xì)廨啓C(jī),蒸汽循環(huán)系統(tǒng)采用三壓再熱方式,該燃?xì)廨啓C(jī)簡(jiǎn)單循環(huán)性能參數(shù)及排煙煙氣成分如表3、4所示:(2)方案3:熱平衡方程燃?xì)廨啓C(jī)選定后,頂循環(huán)效率和排氣溫度以及排氣流量等參數(shù)就定了。接下來需要根據(jù)燃機(jī)的排氣溫度和質(zhì)量流量確定底循環(huán)蒸汽系統(tǒng)的一些主要參數(shù)以及選擇汽水循環(huán)的型式。因?yàn)橛酂徨仩t的排氣溫度高達(dá)609℃,因此為了更有效地利用排氣中的余熱,決定選擇三壓再熱式的余熱鍋爐,三壓再熱余熱鍋爐的汽水系統(tǒng)和蒸汽循環(huán)的典型布置如圖3所示。高壓缸的排汽與中壓過熱蒸汽混合后進(jìn)入再熱器加熱,再進(jìn)入中壓缸作功,然后再與低壓蒸汽一起在低壓缸內(nèi)膨脹作功。余熱鍋爐中各段換熱量Q與燃?xì)夂推疁囟萾關(guān)系如圖4所示,整個(gè)換熱區(qū)域分為4個(gè)溫區(qū),在確定蒸洗系統(tǒng)主要參數(shù)時(shí)逐次按這4個(gè)溫區(qū)進(jìn)行計(jì)算,各溫區(qū)的熱平衡方程為:溫區(qū)1:G(h1-h2)?=mHΔhH,SH-EVAP+mRΔhR,RH式中,mR=(1-a)mH+mI,a為高壓缸的漏汽系統(tǒng)溫區(qū)2:G(h2-h3)?=mHΔhH,ECON1+mIΔhI,SH-EVAP溫區(qū)3:溫區(qū)4:G(h4-h5)?=(mH+mI+mL)ΔhCOND以上式子中,G為進(jìn)入余熱鍋爐的燃?xì)廨啓C(jī)排氣質(zhì)量流量;h為蒸汽工質(zhì)的比焓;Δh為蒸汽工質(zhì)的焓差;?為余熱鍋爐的保溫系數(shù);下標(biāo)SH表示過熱器,EVAP表示蒸發(fā)器,ECON表示省煤器,COND表示凝水加熱器,H、I、L分別表示高、中、低壓;R表示再熱。計(jì)算的主要依據(jù)為四個(gè)溫區(qū)的熱平衡方程以及水蒸汽和煙氣的熱力性質(zhì)參數(shù),部分參數(shù)由初始設(shè)定。燃?xì)廨啓C(jī)燃用西氣東輸進(jìn)入上海的天然氣,其低位熱值為48686.3kJ/kg。根據(jù)上面的計(jì)算步驟和初始條件,經(jīng)計(jì)算可得改造后余熱鍋爐和蒸汽輪機(jī)的主要性能參數(shù)值,表1、2對(duì)改造后余熱鍋爐和汽機(jī)的性能參數(shù)與改造前機(jī)組的參數(shù)進(jìn)行了比較。通過比較發(fā)現(xiàn),改造后高壓缸和中壓缸的蒸汽流量均比改造前要少,一方面主要是因?yàn)楦脑烨叭济哄仩t所產(chǎn)生的主蒸汽全部通過高壓缸作功,而三壓再熱式余熱鍋爐中的中壓和低壓蒸汽都不通過高壓缸而直接進(jìn)入中壓缸和低壓缸作功,進(jìn)入高壓缸作功的只有高壓蒸汽;另一方面,余熱鍋爐的產(chǎn)汽量也較改造前燃煤鍋爐的產(chǎn)汽量低。因此改造后高壓缸的工質(zhì)流量會(huì)少于改造前,中壓缸的工質(zhì)流量也會(huì)小于改造前。改造后低壓缸進(jìn)汽流量比改造前的大,總作功量也有所增加。這是由于在改造后,主要是利用燃?xì)廨啓C(jī)排氣來加熱給水,提供蒸汽,抽汽量大大減少,因此改造前被抽去用于加熱給水的蒸汽就能進(jìn)入低壓缸作功。(3)余熱鍋爐與原電廠的聯(lián)合循環(huán)原電廠經(jīng)過改造后,一臺(tái)PG93511FA燃?xì)廨啓C(jī)和一臺(tái)三壓再熱式余熱鍋爐與原電廠的蒸汽輪機(jī)組成不補(bǔ)燃的常規(guī)余熱鍋