許 紅(青島鴻瑞電力工程咨詢有限公司,山東 青島 266100)
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燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)燃料切換緩沖系統(tǒng)設計計算方法
許 紅
(青島鴻瑞電力工程咨詢有限公司,山東 青島 266100)
摘 要:燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組熱效率高、環(huán)保效果好,在全世界范圍內(nèi)得到了廣泛應用。常規(guī)聯(lián)合循環(huán)機組以天然氣為主燃料,燃油為備用燃料,為滿足燃氣輪機燃料切換,需要設置燃料緩沖系統(tǒng)。本文通過某工程Alstom GT-26機組,詳細介紹了燃料切換緩沖系統(tǒng)的設計及計算方法。
關(guān)鍵詞:聯(lián)合循環(huán);燃料切換;緩沖系統(tǒng);計算方法
燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電與常規(guī)火力發(fā)電相比,具有熱效率高、自動化程度高、低污染、啟停速度快、調(diào)峰性能好、投資建設周期短、占地面積小等一系列優(yōu)點。天然氣燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)是理想的發(fā)電方式。隨著燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電優(yōu)勢的逐步體現(xiàn),世界各國燃氣輪機發(fā)電裝機容量逐步增長[1]。
常規(guī)聯(lián)合循環(huán)機組通常以天然氣作為主燃料,燃油作為備用燃料。機組運行過程中,當天然氣供應出現(xiàn)中斷時,需要切換到備用燃料運行。為了有效防止燃機負荷降低過快,保證機組安全運行,防止電網(wǎng)波動,為故障排除贏取時間,需要設置燃料緩沖系統(tǒng)。
某燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站配置為三臺阿爾斯通Alstom GT26燃氣輪機,三臺余熱鍋爐,兩臺阿爾斯通生產(chǎn)的300MW級汽輪機。機組燃料為天然氣,備用燃料為輕油。因電站地處中東地區(qū),環(huán)境干球溫度較高,為了提高機組出力,燃機設置了蒸發(fā)冷卻和高壓噴霧相結(jié)合的進氣冷卻系統(tǒng),余熱鍋爐設置了補燃系統(tǒng)。因阿爾斯通Alstom GT26燃機燃料切換時間較長,設置了燃料切換緩沖系統(tǒng),流程見圖1。
燃機燃燒天然氣正常運行時,增壓機前后隔離閥打開,緩沖系統(tǒng)增壓機工作,把來自供氣母管的天然氣增壓縮到設定壓力。當緩沖系統(tǒng)高壓管束達到整定壓力時,高壓管束前隔離閥關(guān)閉,增壓機停止運行,緩沖系統(tǒng)儲氣完畢。當天然氣供應中斷需要進行燃料切換時,高壓管束后隔離閥打開,天然氣經(jīng)減壓閥減壓到燃機入口壓力要求,繼續(xù)為燃機提供天然氣供應,直至燃機完全切換到燃油工況運行。燃料切換緩沖系統(tǒng)可保證燃機在燃料切換時平穩(wěn)運行,保證機組安全運行,防止電網(wǎng)波動。
圖1 燃料切換緩沖系統(tǒng)流程圖
Alstom GT26燃氣輪機典型燃料切換過程見圖2。
圖2 Alstom GT26燃氣輪機典型燃料切換過程
Alstom GT26燃氣輪機典型燃料切換過程如下:
(1) 燃機在天然氣運行工況下降負荷,由滿負荷運行降到60%-95%負荷之間運行;
(2)啟動燃油推進泵,燃油注水系統(tǒng),切換至備用燃料輕油,天然氣流量逐漸減小,燃油流量逐漸增加;
(3) 燃機在燃油運行工況下升負荷至滿負荷運行。
圖3 本項目實際燃料切換過程
由于本項目燃機設置了蒸發(fā)冷卻、高壓噴霧系統(tǒng),余熱鍋爐設置了補燃系統(tǒng),燃料切換過程更為復雜,具體切換過程見圖3。
本項目具體燃料切換過程如下:
(1) 燃機在滿負荷工況下運行,燃機蒸發(fā)冷卻、高壓噴霧系統(tǒng),余熱鍋爐補燃系統(tǒng)全開,燃料切換開始時,首先關(guān)閉余熱鍋爐補燃系統(tǒng);
(2) 關(guān)閉燃機燃機蒸發(fā)冷卻、高壓噴霧系統(tǒng);
(3)燃機在天然氣運行工況下降負荷,由滿負荷運行降到60%-95%負荷之間運行,由于業(yè)主要求燃料切換時全廠負荷不能低于600MW,燃機降負荷至80%;
(4)啟動燃油推進泵,燃油注水系統(tǒng),切換至備用燃料輕油,天然氣流量逐漸減小,燃油流量逐漸增加;
(5) 燃機由燃油80%運行負荷下升至滿負荷運行。
根據(jù)以上切換程序,各步驟的數(shù)據(jù)整理見表1。
表1 燃料切換過程數(shù)據(jù)
根據(jù)以上燃料切換數(shù)據(jù),整個燃料切換過程天然氣消耗量可以式1計算:
由于天然氣經(jīng)緩沖系統(tǒng)增壓后溫度會上升,增壓后的天然氣溫度設為T,則高壓管束容積可用式2計算:
式中:V—高壓緩沖管束容積(m3)
M—燃料切換過程天然氣消耗量(式1)
ρ—天然氣標準狀態(tài)密度(Kg/Nm3)
ΔP—ΔP=10?(P1-P2)
P1—高壓緩沖管束最大工作壓力(MPa)
P2—燃機進口需求壓力(Mpa)
T0—標準狀態(tài)溫度,T0=273K
T —高壓緩沖管束內(nèi)氣體溫度(K)根據(jù)以上計算結(jié)果,選擇高壓管束儲氣容量,選擇合適的管束直徑、長度及管束數(shù)量。
(1)本工程Alstom-GT26三拖二燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組設置了燃料切換緩沖系統(tǒng),可以有效防止機組快速甩負荷,燃料切換過程中機組出力不低于600MW,保證機組及電網(wǎng)平穩(wěn)安全運行。
(2)本文介紹了燃料切換緩沖系統(tǒng)的工作原理、系統(tǒng)流程及設備設置,在實際工程設計中具有廣泛應用價值。
(3)本文介紹了燃料切換緩沖系統(tǒng)的具體計算方法,為緩沖系統(tǒng)設備選型提供了良好的理論依據(jù)。
參考文獻:
[1]孫喜春.關(guān)于發(fā)展燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的探討[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2013,32(14).
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.040