余热锅炉资料要点分析.docVIP

配联合循环的余热锅炉性能特点 概述 在燃气一蒸汽联合循环中，余热锅炉是回收燃气轮机排气中的余热，产生蒸汽，推动蒸汽轮机发电的换热设备。余热锅炉的英文名称为 Heat Recovery Steam Generator，意为热回收蒸汽发生器，常用缩写HRSG来表示。我国习惯上称为“余热锅炉”。在燃气轮机内做功后排出的燃气，仍具有比较高的温度，一般在500℃一600℃左右，随着透平进口温度的不断提高，排气温度也越来越高。通过余热锅炉有效利用这部分气体的热能，可以大大提高整个装置的热效率。表1列出了一些发电用燃气轮机的排气温度及简单循环和联合循环的效率比较。 表1 一些发电用燃气轮机的排气温度及简单循环和联合循环的效率 型号 进气温度 ℃ 排气温度 ℃ 简单循环 功率MW 简单循环 效率％ 联合循环 功率MW 联合循环 效率％ GE-5PA 953 487 26.3 28.47 40.2 44.2 GE-6B 1104 539 38.34 31.66 59.8 48.7 GE-9E 1124 538 123.4 33.77 198.2 52.0 GE-9FA 1327 609 267 37.0 390.8 56.7 V94.2 1105 540 159 34.2 238 52.1 V94.3A 1290 567 258 38.38 354 57.2 GT13E2 524 185.1 35.73 242.6 53.5 GT26 1235 640 241 38.2 378 57.0 701F 1349 586 270 36.77 397.7 57.0 由表中数据可以看出，对简单循环的燃气轮机发电装置，加装余热锅炉和蒸汽轮机组成余热锅炉型的联合循环发电装置后，其总发电能力和净效率都大幅度提高。这是因为余热锅炉回收了燃气轮机排气的热量产生蒸汽，并在蒸汽轮机中作功发电，在不需要增加燃料量的情况下，使发电能力和净效率提高大约 50％。图1给出了一台F级燃气一蒸汽联合循环发电机组的热平衡示意图。 随着近几年燃气轮机透平进口温度的高温化和大容量化等形成的高效率化，余热利用式联合循环已成为联合循环发电的主流。在燃气轮机的排气中补加燃料燃烧的排气补燃式，在透平进口温度比较低的情况下（如800℃），排气的氧浓度高，可以比较容易的进行补充燃料燃烧。因此，可以使温度比较低的燃气轮机的排气提高到比较容易进行热回收的温度区域，以提高热效率。但是，近几年的燃气轮机为提高效率，减少冷却用的空气量，透平进口温度不断提高，所以，减少了排气中的残留氧浓度（氧浓度约为13％－15％）。由于燃气轮机单体热效率的提高和排气温度的上升，排气补燃式中燃料补充燃烧造成的热效率提高的效果减弱了。另外，增压流化床燃烧方式由于炉子成为压力容器，是一种耐压构造，所以，控制系统也比较复杂。给水加热式存在燃气轮机容量和汽轮机容量平衡的问题。总之，由于近几年燃气轮机入口温度的高温化使燃气轮机单独的热效率提高以及排气温度高温化等，在所有的联合循环发电方式中，余热利用式可以得到最高的热效率。而且，具有系统构成简单，运行性能好，建设费用低等许多优点，而成为近几年联合循环发电的主流。无补燃余热锅炉型的燃气一蒸汽联合循环主要优点是：①热功转换效率高。当燃用天然气并把燃气轮机的初温度提高到1200一1300℃后，联合循环很容易达到50％以上，目前最高已经超过58％，近期内有望达到60％；②结构简单，基本投资费用低，锅炉和厂房都比较小；③运行可靠性高；④起动快。 图1 燃气－蒸汽联合循环发电机组的热平衡示意图 2． 余热锅炉的工作过程 2.1 联合循环的温熵图 联合循环的实质是把燃气轮机的布莱登循环和蒸汽轮机的朗肯循环叠置在一起，组合成为一个总的循环系统。图2所示为无补燃余热锅炉型的燃气一蒸汽联合循环系统示意图。图3为燃气一蒸汽联合循环的温嫡图。图中的1－2－3－4－1表示燃气轮机的循环过程，6－7－8－9－10－6表示蒸汽轮机的循环过程。在无补燃的余热锅炉型方案中，由燃气轮机排气的冷却过程4－5释放出来的热能，被用来加热蒸气循环中的给水，从工况点6起始升温，经历过程6－11－7－8－9，变为具有一定压力的过热蒸气。燃气轮机的排气在余热锅炉中冷却到T5后，经由烟囱排出。在该方案中蒸气的初温T9必然受到燃气轮机排气温度T4的限制，即T9T4，而且蒸气量也是有限的，因而机组的总输出功率也是有一定限制的。一般来说，蒸气轮机的功率大约是燃气轮机功率的50％左右。 图2 无补燃余热锅炉型联合循环 图3 燃气－蒸汽联合循环温熵图 图3也同时表示了有补燃的余热锅炉型方案和增压锅炉型方案的工作过程。在有补燃的余热锅炉型方案中，温度为T4的燃气轮机排气在进入其后的锅炉后，经过喷入的燃