温州300MW燃气—蒸汽联合循环发电机组参数讨论.doc

温州300MW燃气蒸汽联合循环发电机组参数讨论浙江电力1999年第6期1概述温州300MW燃气一蒸汽联合循环发电机组参数讨论浙江省电力设计院屠进钱海平(310007)温州300MW燃气蒸汽联合循环发电机组(简称温州燃机)选用两台美国通用电气公司(GE)PG9171E型燃机,两台比利时CM1的余热锅炉及1台GE的100MW级的汽轮机,其中燃机燃用原油.整套联合循环发电机组系统如图1所示.c一压气机HRSG一余热锅炉B一燃烧室GT一燕汽轮机GT一憾气轮机c一发电机图1温州燃机电厂热力系统示意图2联合循环的发电效率燃气蒸汽联合循环装置将燃气轮机的高温排气送人蒸汽发电系统,即把燃气轮机的勃菜敦(Brayton)循环与蒸汽轮机的朗肯(Ranklne)循环结合起来.联合循环发电效率(毛效率)为:cccr+(1-GT)HR式中一燃气轮发电机组发电效率(毛效率);一余热锅炉效率;一汽轮发电机组发电效率(毛效率).双压联合循环的-qcc可达42%52%,三压联合循环的可达50%58%.温州燃机电厂为双压联合循环,在环境空气温度为23,相对湿度为81%时cc为48.39%(热耗率7441kJ/kw?h).文献对国内已投入运行的燃机单机容量为100MW联合循环机组的q进行了比较,见表1(大部份燃用重油).表1国内已运行的100MW级燃机电厂联台循环经济指标电厂名称温州镇梅佛山顺德喂台循环热耗率ld/kW?h74415448.34983491cc%48.3947.72432043.2q由此可见,温州燃机电厂首次超过1999年第6期浙江电力2l48%,位于国内前列,与国外最先进的指标(如三压联合循环)相比,虽有差距,但大体上相当于国外80年代末期水平.因叩cc由mm及叩盯组成,下面将分别加以讨论.3燃气轮发电机组发电效率GT根据热力学第二定律,对任何一种热机循环工质的加热温度越高,放热温度越低,热效率就越高.提高cT的主要手段是提高燃机人口燃气温度,此温度受到燃气轮机叶片材料冷却条件的限制,目前,只能达到10001250.国外有个别达到1430的实例.温州燃机电厂燃机是近年来国内采用较多的MS9000系列机组,属于GE公司开发的较成熟的大型高效机组,环境空气温度23,热耗率(用重油)为10960kJ/kw?h,1为32.85%.4余热锅炉效率叼及窄点(PinchPoint)温差4.1余热锅炉效率余热锅炉效率也即是余热锅炉的余热利用率,其定义如下】:=100%丽两i面j一可按下式计算一()100%式中c.,c:余热锅炉燃气进,出口定压比热,kJ/l?);1;2余热锅炉燃气进,出I:I温度,;c环境空气定压比热,kJ/(kg?);环境空气温度,;考虑余热锅炉散热的保热系数,可取为0.9931.温州燃机电厂设计值中,环境空气温度f为23,当燃机满负荷运行时:,=531.7,.2=171.2.可以计算得HR=71.17%.由于该电厂余热锅炉汽水循环采用双压系统,其比单压系统约提高3个百分点,从而使大于70%.如进一步降低排烟温度就意味着排烟热损失减少,即提高但排烟温度降低受到很多因素制约,首先不能使换热面最低壁温小于酸露点,以避免低温腐蚀,使用低硫燃料时可降低f该电厂z.与国内大部分同功率(100MW级)燃用重油燃机电厂相同,为170左右(171.2C),不选用过低数值,从而可以使应用不同含硫量燃料油的适应性更大.4.2窄点温差余热锅炉中蒸发器烟气出口处,烟气和饱和蒸汽温度之间温差称之为窄点温差lf屈一个重要的参数,如烟气温度已给定,减小时,蒸汽参数及汽轮机输出功率增加,但平均传热温差也随之减小,致使总的传热面积增加,成本增加;.增加时,情况相反.权衡各种因素,在余热设计中进行优化选择,血取8加oC41.温州燃机电厂选用比利时CMI余热锅炉为双压汽水系统,其tQ图见图2,此时环境空气温度为23,相对湿度为81%,燃机为满负荷运行,在高压蒸发器烟气出口处其山.为12.9oC,在最佳值8一加的范围内.蒸汽参数也由此确定,共两台余热锅炉,每台蒸汽量53】749242795274.71452】403VLP一低压蒸发器EHP一高压省堞嚣VHP一高压蒸发器SHP一高压过热器图2余热锅炉tO图浙江电力1999年第6期为175t/h,蒸汽压力6.3MPa(a).蒸汽温度492.4.余热锅炉进口处烟气温度比过热蒸汽出口提高393.c(531.74924),在通常设计范围305O.c之内.28%.如要采用三压有再热系统,预期可达35%,但系统复杂,投资增加.6各种变工况因素的影响5汽轮发电机组的效率,盯6(性能的影响这里的定义为盯xlo0%由下列各效率组成s-ilo,Jd式中管道效率;r/.朗肯循环效率;r/.汽轮机相对内效率;j汽轮机机械效率;r/发电机效率.这些效率中对起主要作用的是r/.及r/它们取决于蒸汽初,终参数及热力系统,温州燃机电厂的蒸汽系统采用双压,无再热循环,也没有给水回热加热系统,只有给水除氧系统.GE公司保证,在汽轮机人口蒸汽压力为5.81MPa(a),蒸汽温度为487.2,蒸汽流量为348t/h,背压为5kPa时汽轮发电机组发电功率为103763kW.可以计算得到汽轮发电机组效率r/=32.52%.双压系统比单压系统时的有较大提高,单压系统时的r/小于设计环境空气温度为23,相对湿度为81%,最高环境空气温度39.4(103oF),最低环境空气温度一4.4(24.F).燃机是属于定容积的动力设备,无论环境条件如何,进入燃机的空气容积是一定的,当环境空气温度很高时,其密度下降,进入燃机空气质量流量因而下降,从而燃机出力下降.温度降低时.燃机出力上升.燃气轮发电机组的输出功率主要受环境空气温度的影响,几乎不受空气湿度的影响.当环境空气温度为23时燃机功率为100%,为32.85%.按GE公司提供的图表:在环境空气温度为一4.4.c时,功率可增加为118.5%,当环境温度为39.4,功率减少为88.9%.也随环境温度而变,在一4.4时为34.19%,在39.4时为32.22%.(2)环境温度对汽轮发电机组的影响由于环境温度对余热锅炉烟气流量及人口温度带来影响,从而也影响了进入汽轮机的蒸汽流量及蒸汽温度,在两台燃机(GT)满负荷下随环境温度而变的蒸汽参数见表2.表2不同环境空气温度下的蕉汽参数环境空气温度o:燕汽总量t/h压力kPa温度o:(ISO)152176436330485.4232175036330492.44.42lS1.46646O475.239.42171446220503.7由表2可见,环境温度由一4.4.c上升至39.4.余热锅炉蒸汽产量由于燃机烟气质量流量下降而减少,从181.6t/h变为171.44t/h.虽然过热蒸汽温度随燃机排烟温度上升而从475.2变为503.7,仍将导致汽轮机出力有所下降,sc也相应下降,但变化幅度不大.1999年第6期浙江电力236.2负荷变化的影响不同的燃机负荷将直接影响烟气出口参数,从而影响蒸汽轮机系统出力与效率,出口参数包括烟气质量流量及温度.当负荷降低时如不调整压气机进口可转导叶,烟气质量流量基本不变,烟气温度下降,从而下降;调节可转导叶开度,可维持较高排烟温度及相应的值.表3表示在70%燃机负荷时调整导叶,50%及25/0负荷时不再调整导叶时的参数.6.3燃料种类的影响表3大气温度39.4时不同GT负荷下的参数GT负荷%1007O5025每台GT排烟量kg/s366743067630638加6.13排烟温度545560462378改换燃料种料也将直接影响烟气出口参数,重油或原油改为轻油,由于雾化完全,燃机烟气出口温度可提高2030qc,但烟气量基本不变.7结论(1)温州燃机电厂参数选择是合理的,发电效率在设计条件下(环境空气温度23qc,相对湿度81%)如下:32.85%HR71.17%H32.52%cc48.39%它们是基于使用成熟技术,能保证安全可靠运行,同时又是先进的.(2)各变工况因素对燃机电厂性能有很大影响,在运行中要加以注意.参考文献l左鸿恕,陈卫星闸北燃机电厂联合循环参数讨论中国电力.1998,31(8):63652烟道式余热锅炉热工试验方法,GB10863893V.Gematm.thy.ImprovingHRSGPerformancePowerEngneeting.1996,(7):18一l94黄文披,林汝谋等.联合循环中余热锅炉及其热力特性分析.燃气轮机技术1996,9(4):2130(收辅日期:I9990723)?封面广告产品介绍?浙江省嘉善里泽水泥电杆厂浙江省嘉善里泽水泥电杆厂位于320国道里泽段北道,地理位置优越,水陆交通便利,企业占地面积砷余亩,拥有职工300余名,有3个生产主车问,主要生产615gift预应力水泥电杆和1115/11非预应力水泥电杆,企业具有年生产17万支水泥电杆的能力,产量较同行业之首.我厂刨始于1980