文档介绍：2005年热机专业技术交流
9E机组联合循环热平衡优化及
机炉参数匹配研究
浙江省电力设计院
2005 年 11月
目录
1 概述 1
联合循环简介 1
影响燃机联合循环性能的主要外部条件 2
2 主机各参数与热平衡的关系 3
燃气轮机 3
余热锅炉 4
蒸汽轮机 7
3主要原则及方法 7
4 热平衡优化及参数匹配研究分析 8
余热锅炉窄点温差对机组性能的影响 8
汽轮机高压主蒸汽进汽压力对机组性能的影响 13
汽轮机高压主蒸汽进汽温度对机组性能的影响 14
其它参数对机组性能的影响 15
5 优化结果 15
6 结论 23
1 概述
联合循环简介
由于燃气-蒸汽联合循环发电装置具有高效、低耗、环境污染小、启动快、调峰性能好、投资省、建设周期短,以及适合老电厂的扩容改造等优点,因而受到广泛重视和快速发展。-l所示,燃气-蒸汽联合循环发电机组的主要设备有:燃气轮机(压气机、燃烧室、涡轮机)、余热锅炉、汽轮机、发电机、凝汽器等。当燃气轮机工作时,压气机从外界大气中吸入空气并把它压缩到某一压力,同时空气温度也相应提高,然后将空气送入燃烧室与喷入的燃料混合燃烧产生高温高压的燃气,进入燃气轮机中膨胀做功,直接带动发电机发电。燃气轮机的排气再进入余热锅炉,用以产生高温高压蒸汽驱动汽轮机带动发电机发电。汽轮机排汽再进入凝汽器中放热,凝结水又送入余热锅炉,形成蒸汽动力循环。这样既增加了总输出功率,又利用了燃气轮机和汽轮机各自的优点,使整个循环的热效率提高。
-1 燃气-蒸汽联合循环机组示意图
一套联合循环机组按组合方式可分为单轴式和多轴式。单轴联合循环发电机组是由1台燃气轮机、1台蒸汽轮机、1台余热锅炉和1台发电机组成,燃气轮机和蒸汽轮机同轴(或靠变速齿轮联结)驱动发电机工作。根据发电机在整个轴系所处的位置不同,又分发电机中间布置和末端布置。多轴联合循环机组由多台燃气轮机、多台余热锅炉、一台汽轮机和多台发电机组成。通常多轴式联合循环机组是由两台燃气轮机、两台余热锅炉、一台汽轮机和三台发电机共同组成,即两台燃气轮机各自驱动一台发电机,其相应两台余热锅炉产生的蒸汽共同驱动一台汽轮机,汽轮机驱动另一台发电机。
燃气-蒸汽联合循环是由燃气的布莱登循环与蒸汽的朗肯循环组成的联合装置,对于其各自的简单循环来说,不同的装置都有其各自的最佳设计点,在该点下装置的经济性最佳,联合循环热力系统的三大部件――燃汽轮机、余热锅炉和汽轮机都分别存在着各自独立的最佳设计状态,而当它们联合在一起共同工作的时候,由于物质和能量传递上的相互影响,它们所组成的整个热力系统的最佳运行状态已经不再是各个部件的最佳状态的简单叠加,而是发生了变化。联合运行时的新的最佳运行点需要通过深入细致地分析三大部件的外特性、分析它们之间的相互影响并必要时要进行合理的折中来寻找。联合循环中最影响性能的设备是燃气轮机,它的性能相对独立并且要得到保证,但是,蒸汽系统在系统上却存在着复杂性和多样性,汽轮机、余热锅炉、蒸汽流程结构、汽水分配等存在着相当大的活动余地,有着很大的自由度,需要重点加以考虑。在实际运行中,联合循环机组性能表现的主要影响因素有环境条件、燃气轮机空气进口压损及余热锅炉烟气阻力、燃料类型、蒸汽循环方式、循环水温度、余热锅炉的窄点等。
GE公司的PG9171E燃机及联合循环配套的余热锅炉、汽轮机均已国产化。机组生产周期短,电厂的建设周期也短。同时其联合循环的效率也不低。所以,随着西气东输、川气东送、东海气、南海气的上岸、LNG的引进过程中,为缓解局部地区的用电紧张,采用9E机组也越来越多地成为中小型电厂的选择。
影响燃机联合循环性能的主要外部条件
影响燃机联合循环性能的主要外部条件有大气温度、大气压、空气相对湿度、循环冷却水温度、燃料特性等。
•自然条件
我国燃用天然气的电厂中,大多位于中低纬度区,本文暂以某亚热带湿润季风气候地区为例,进行9E机组联合循环热平衡优化及机炉参数匹配研究。
各气象要素暂定如下:℃, hpa、%,℃。
•燃料条件
天然气气质资料暂定如下:
-1 天然气成分及参数
C1
%
C2
%
C3
%
C4
%
CO2
%
H2O
-
N2
%
H2S
£20mg/Nm3
密度
温度
15±5℃
相对密度
低位发热量
高位发热量
/