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燃气轮机余热锅炉技术

发布日期 : 2012-05-08 00:00:00 作者 : 沪晨热能设备 来源 : www.shhuchen.com

经过近三十年的研究和不断改进,联合循环发电不仅在效率上超过蒸汽发电效率(后者<=42%),而且在众多方面均体现出明显的优势。它己成为全世界公认的具有发电效率高,调峰能力强,单位功率投资少,建设周期短。占地面积小,污染程度低的新一代发电设备。

1.1原理及应用

燃气一蒸汽联合循环发电系统是由燃气轮机发电系统和锅炉蒸汽轮机发电系统所组成。众所周知,锅炉一蒸汽轮机发电是利用高中压过热蒸汽(通常参数为3.82~16.7MPa,450~550℃)在汽轮机中作功转换成机械能,完成朗肯循环过程;燃气轮机发电系统是燃气在燃气涡轮机中经绝热膨胀作功的过程,这种热力循环又称布雷顿循环,它是由压气机将空气加压进入燃烧室,燃料燃烧后燃气在透平中膨胀作功,燃机将高温高压燃气的能量(通常参数约0.5~1Mpa1000~1300℃)转换成机械能。在烟气温度降至500℃左右时排放,人们充分利用这两种热力循环的特点,把它们结合在一起,组成"联合循环",使其具有较高的吸热平均温度和较低的放热平均温度,为提高电站热效率开辟了一条新途径,这是人类发电事业上继发明蒸汽轮机发电后技术上的又一突破。

目前燃气轮机发电在世界上已广为应用,其发电容量占世界总发电容量的11%。近些年来,世界上发达国家常规联合循环发电得到快速发展;每年新增的联合循环机组总装机容量约占火电总新增容量的的40%~50%。据报道,1981~1990年,世界各燃机制造公司共售出1661台燃机,总容量为54900MW,其中用于联合循环的占37.9%,1992年,这个比例上升为44.7%。美国在1992~1996年中,新增火力发电厂总装机容量的38.5%是采用燃机联合循环的。当今世界上单台燃机最大功率己达250MM,联合循环总功率达350MW。能生产300MW等级联合循环厂家有GE、SIEMENS、ABB和ALSTOM等著名公司,联合循环电站效率高达58%以上。现在燃气轮机正向着大功率、高燃烧温度发展。联合循环采用三压再热循环机组,具有更高的机组效率和可*性。燃气一蒸汽联合循环已经成为世界上火电建设的重要组成部分。

我国早在六十年代就己开始关注这项技术的发展,由于工业技术、经济能力及能源政策等诸多因素的影响,这种高难度的大型设备在我国一直停留在研究状态。近些年来,特别是改革开放以来,随着国民经济的发展和电力供应的需要。燃气轮机发电机组在我国己开始投入使用并获得快速发展。我国己陆续引进了几十套燃气轮机发电机组和联合循环系统,到1998年6月,20MW以上的燃气轮机发电机组及联合循环电站总装机容量为6268.9MW,占国内火电机组总容量的3.5%。为联合循环发电设备在我国的推广应用建立了良好的条件。

1.2杭州锅炉厂开发燃机余热锅炉概况

1.2.1基础工作

杭州锅炉厂长期致力于燃机余热锅炉的研究和产品开发,早在七十年代中,就被原机械工业部定点作为我国余热锅炉的研究开发和制造基地。并于1977年批准成立杭州余热锅炉研究所。七十年代后期,我厂成功研制了燃机余热锅炉的高效换热元件及其关键非标绕制设备;八十年代初建成大型传热风洞试验台,进行了国产螺旋鳍片管的热力和阻力特性研究,获得了可普遍应用的热力和阻力计算准则方程式及其它研究结果,并通过了专家鉴定,为燃机余热锅炉产品开发创造了条件。

1.2.2产品开发概况

发展我国燃气一蒸汽联合循环发电技术,开发燃气轮机余热锅炉机组一直是国内动力行业梦寐以求的愿望,杭州锅炉厂在立足自我开发的基础上积极开展与国外著名公司的技术交往,分别与美国GE、法国ALST0M、英国R.R、荷兰NEM、比利时CMI、日本MHI等著名公司开展考察、交流、监造等活动。

八十年代中期,我厂在国家的支持下,通过技贸结合的方式与英国约翰·布朗(J.B)公司、荷兰斯坦特·法索(S.F.L.)公司建立了电力伙伴集团,合作为辽河、胜利、中原等油田及重庆江北电厂制造燃气轮机余热锅炉。通过消化、吸收、创新,杭州锅炉厂具备了独立设计制造多种各类新型燃气轮机余热锅炉的能力。迄今为止。我厂自行开发的燃机余热锅炉己有13台(套),其中7台(套)己投入商业运行,包括配FT8双联轻型燃机的三压余热锅炉和配PG6551B型(Ms6000系列)的燃重油燃机立式余热锅炉。如果计入与国外合作生产的己达24台(套),它们分别安装在广东的广州、深圳,江苏的无锡、苏州、常州,浙江的金华、瑞安、余姚、镇海,广西的柳州及天津等地。与荷兰NEM公司合作生产的配PG9171E型燃重油立式余热锅炉也己于1998年投入联合循环试运行。

近十年来,杭州锅炉厂燃机余热锅炉技术开发能力得到迅速提高。

1990年,为广东汕头燃机电厂修复了法国斯坦因(stein)公司36MW燃气轮机余热锅炉并更换了大部分受压元件。1991年,为深圳金岗电厂设计制造了我国首台23MW燃气轮机余热锅炉,开创我国独立设计制造联合循环机组余热锅炉的业绩,该锅炉一次投运获得成功,为用户创造了极好的经济效益。1993年深圳金岗电厂向深圳市和国家有关部门申请建设国产50MW联合循环发电工程,并获国家经贸委批准立项。我厂承担了其中配36MW燃机余热锅炉的研制工作。该锅炉与国产pG6531B型燃气轮机相匹配,利用燃机排出的543℃烟气热能,产生压力为3.82Mpa、温度为450℃的过热蒸汽用于发电,锅炉蒸发量达65t/h。这也是当时我国自行设计制造单台容量最大的燃机余热锅炉。该锅炉于1995年1月投入运行,同年3月经浙江省机械工业锅炉产品热工测试中心测试。结果表明设备性能达到了设计要求。从1995年1月到1996年6月的一年半实际运行结果表明,余热锅炉累计工作近5000小时,发电5700万kW,启停363次,所带最大负荷15.2MW。锅炉的主要技术性能和安全可*性均达到国际先进水平。机组的发电成功,实现了联合循环高效发电设备的国产化目标。1996年7月。国家经贸委、机械部、电力部在深圳召开了国产首台36MW燃机余热锅炉产品鉴定会,得到了各级领导和有关专家的肯定和赞扬。1994年,我厂为无锡爱依斯一凯瑞克电厂设计制造了配美国TPM公司的FT8双联燃机的三压余热锅炉,它由中压和低压及除氧三部分组成。该锅炉的试制成功,在技术上实现了从单压到三压的飞跃,并进入燃机余热利用的国际先进行列。与此同时,我厂先后为余姚、苏州等地电厂设计制造了36MW的双压燃机余热锅炉。1996年。我厂与荷兰NEM公司合作。为镇海燃机电厂300MW燃气一蒸汽联合循环电站制造了余热锅炉,该锅炉单件管箱最大重量达190吨,它的制造成功,为我厂研制开发更大容量的燃机余热锅炉打下了扎实的基础。1996年,杭州锅炉厂在成功开发配燃天然气、轻柴油燃机的单压、双压、三压自然循环(卧式)余热锅炉后,为适应配各类燃重油燃机的需求,研制和开发了强制循环(立式)燃机余热锅炉,强制循环燃机余热锅炉的开发又为我厂燃机余热锅炉家族增添了一个新系列。

1.2.3产品特点

我厂对产品的系列化和扩大燃机燃料的适用范围方面,进行了大量的研制开发工作,归纳起来主要有以下几个方面;

(1)锅炉压力等级

完成了从单压余热锅炉向双压、三压发展,锅炉自带除氧蒸发器。实现锅炉压力的多级化,可提高能源的利用率;

(2)锅炉水循环方式

在自然循环卧式锅炉的基础上又开发了强制循环立式燃机余热锅炉,以满足不同用户的需求;

(3)燃料适用范围

燃机的燃料随着其来源和地域的不同而变化。本厂己开发了适应燃轻油、天然气、重油、原油等燃料的燃机余热锅炉,以适应形势和满足用户的需求;

(4)燃机容量适应范围

从最初研制的8t/h,2.75Mpa余热锅炉,到配MS5000,MS6000系列及WH251B11型燃机的中压、次高压余热锅炉,并于1996年与荷兰NEM合作生产了MS9000型燃机余热锅炉。

杭州锅炉厂生产的燃机余热锅炉主要特点:

(1)采用优化系列设计。标准单元模块结构,布置合理,性能先进,以实现高效节能;

(2)锅炉能适应不同燃料的燃机,能满足不同余热利用需求,在配不同燃料燃机的锅炉运行实践中,均达到了安全可*,操作方便;

(3)锅炉能够适应燃机频繁启停要求。调峰能力强,启动快捷:

(4)锅炉受热面采用本厂制造的高效换热元件一螺旋鳍片管,适应小温差、大流量、低[阻力的传热方式。实践证明,本厂生产的该高效传热元件己达到国际同类产品水平,可替代进口。

(5)锅炉采用良好绝热保温结构,设置多层护板,严密性强,外形美观。

(6)锅炉组装出厂,安装方便,周期短。

杭州锅炉厂现己具备设计制造各种压力等级、不同容量的燃气轮机余热锅炉的能力,成为目前国内唯一一家有经验的能够设计制造各类燃机余热锅炉及成套供应厂家。本厂供货范围:从燃机出口到主烟囱为止,包括烟道系统,管路系统和各受压部件,辅机配件等。

杭州锅炉厂生产的36MW燃机余热锅炉产品受到国家和地方政府的高度重视,先后被国家科委列入1997年国家级火炬推广项目,并获得了杭州市科技进步一等奖和浙江省科技进步一等奖。

随着电力事业的不断进步,燃机正向着大容量,高效率方向发展,这将对余热锅炉提出更高的技术要求,任重而道远。我们将继续走自主开发和引进技术相结合的道路,发展大容章,高参数,配各类燃机的余热锅炉,继续拓宽国产化的道路,适应燃气一蒸汽联合循环乃至更复杂的动力系统技术发展形势,为我国电力事业的发展作出新的贡献。

2.联合循环余热锅炉的炉型

2.1自然循环余热锅炉

本厂生产的自然循环型燃机余热锅炉整体布置及各部件关键结构参照1987年通过合作生产方式引进的英国JohnBrownEngineer荷兰StandardFaselentjes同类产品(该公司引进美国Vogt公司技术)模式。锅炉结构合理。能适应燃机负荷变化,运行操作方便,维修方便,性能稳定,适宜与燃用天然气、轻柴油燃机相配套,满足快速后停的要求,可确保联合循环发电机组长期安全、可*、高效、经济运行。

自然循环余热锅炉多为卧式布置。

锅炉烟气流程为:烟气从燃气轮机排出,经进口烟道或转弯烟道进入三通烟道,当机组单循环时,烟气经上部调节门由旁通烟囱排空;当需要联合循环时,烟气从三通烟道经调节门和过渡烟道进入锅炉本体,依次水平横向冲刷两级高压过热器,高压蒸发器,高压省煤器和低压蒸发器,最后经出口烟道及主烟囱排空。烟气流向和流量由与三通相联的调节门控制,过程可在主控室遥控,也可在调节门就地手动调节。锅炉汽水流程为:给水由高压省煤器人口集箱进入省煤器管屏加热后流入高压锅筒个通过锅筒下部的集中下降管进入高压蒸发器管屏。吸热后上升进入锅筒进行汽水分离。分离后饱和水再进入集中下降管,而饱和蒸汽从锅筒上部引至高压过热器,经过热管屏吸热后由出日集箱引出锅炉。在两级过热器之间布置喷水减温装置,从而可有效地保证出日过热蒸汽温度。双压余热锅炉的另一路给水直接进入低压锅筒,由下降管引入低压蒸发器管屏,蒸发吸热后上升进入低压锅筒进行汽水分离,分离后饱和水回下降管,低压蒸汽由低压锅筒上部引出、经减压后进入除氧器用于除氧。

自然循环余热锅炉采用标准单元模块结构,由垂直布置的错列螺旋鳍片管和上下两集箱组成管屏,各级受热面管屏尺寸基本相似。该结构适应能力强,便于布置受热面,检修方便,烟气压降小,能彻底疏排水。

2.2强制循环余热锅炉

本厂设计制造的强制循环燃机余热锅炉吸取了国外进口产品优点,露天布置,采用国际上流行的塔式悬吊结构。该类型锅炉结构先进合理。适于与燃用天然气、轻油及劣质重油的燃气轮机相配套,特别适应于快速启停。对燃机负荷适应性强,占地面积小,运行性能稳定,操作方便,可确保联合循环发电机组的长期安全、可*、高效、经济运行。

强制循环余热锅炉多为立式布置。

锅炉的烟气流程:烟气经人口烟道、三通烟道和过渡烟道进入受热面管箱后自下而上,先后依次冲刷高低温过热器、高压蒸发器、高压省煤器和低压蒸发器。最后经主烟囱直接排空。

锅炉的汽水流程也类似于自然循环,但高、低压下降管均设有两套强制循环泵(一用一备)。高低压蒸发器内本循环动力由强制循环泵提供,确保水循环安全可*。这类炉型的低压锅筒也可兼作除氧水箱,并安置于锅炉钢架上,可简化管路系统,减少占地面积。

强制循环余热锅炉受热面按部件制成管箱形式出厂,管箱由穿过数块管板的水平错列布置的螺旋鳍片管及进出口集箱组成,在厂内组装成大型箱体,现场整体安装。

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