摘 要：燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)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(yīng)用。余熱鍋爐作為聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)中的重要設(shè)備，連接著燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)，起著承上啟下的作用。研究如何提高余熱鍋爐的熱力性能，充分挖掘其回收余熱的能力，是提高機(jī)組整體熱效率的重要途徑。本文比較了某工程Siemens STG5-2000E機(jī)組，雙壓余熱鍋爐、三壓再熱余熱鍋爐熱力參數(shù)、機(jī)組發(fā)電量、機(jī)組熱耗、系統(tǒng)效率，得出機(jī)組最佳配置方案。

關(guān)鍵詞：聯(lián)合循環(huán);雙壓余熱鍋爐;三壓再熱余熱鍋爐;機(jī)組性能

Abstract：Because of the high efficiency，good environmental protection effect，the gas-steam turbine combined cycle power plant （CCPP） has been widely developed all over the world.The heat recovery steam generator （HRSG） is a major equipment in the CCPP unit.The research on how to improve the performance of the HRSG and recover the heat of the flue gas as much as possible is an important way to improve the thermal efficiency of the CCPP.The performance including plant output，heat rate，plant efficiency is compared and analyzed for a Siemens STG5-2000E CCPP project.

Key words：Combined Cycle Power Plant;Dual Pressure HRSG;Triple pressure;single reheat HRSG;Plant Efficiency

隨著燃?xì)廨啓C(jī)單機(jī)功率和熱效率的提高，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組逐漸成熟，再加上世界范圍內(nèi)天然氣能源的進(jìn)一步開發(fā)，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)在世界能源系統(tǒng)中的地位越來越重要，目前，聯(lián)合循環(huán)的熱效率已超過55%。另外，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組占地面積小，環(huán)保效果好，安裝周期短，運(yùn)行靈活可靠，具有廣泛的應(yīng)用前景。

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)對(duì)燃料的化學(xué)能實(shí)現(xiàn)了梯級(jí)利用，如何進(jìn)一步提高聯(lián)合循環(huán)效率是目前研究的焦點(diǎn)之一。余熱鍋爐作為聯(lián)合循環(huán)中的能量交換設(shè)備，同時(shí)連接著燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)，在系統(tǒng)中起著承上啟下的作用[1]，提高余熱鍋爐的熱力性能，最大程度的實(shí)現(xiàn)余熱回收是提高機(jī)組整體效率，提高能源利用率的有效方法。

1 機(jī)組配置

某燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組選用西門子Siemens STG5-2000E燃?xì)廨啓C(jī)，兩臺(tái)杭州鍋爐廠生產(chǎn)的余熱鍋爐，一臺(tái)西門子生產(chǎn)的150MW級(jí)汽輪機(jī)，機(jī)組燃料為天然氣。聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)配置如下：①壓氣機(jī);②燃燒室;③燃機(jī)透平;④燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī);⑤余熱鍋爐;⑥蒸汽輪機(jī);⑦蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)。

為了使燃?xì)廨啓C(jī)的排氣余熱能夠在余熱鍋爐中被充分利用，應(yīng)盡可能降低排氣離開余熱鍋爐的溫度值。當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)排氣流量大于120kg/s，以及進(jìn)入余熱鍋爐的燃?xì)鉁囟雀哂?10℃的時(shí)候，應(yīng)采用雙壓或三壓的汽水流程系統(tǒng)[2]。本工程燃?xì)廨啓C(jī)排氣參數(shù)如下：

根據(jù)文獻(xiàn)[2]及以往工程經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了雙壓余熱鍋爐、三壓再熱余熱鍋爐汽水系統(tǒng)兩種方案。

2 雙壓、三壓余熱鍋爐性能比較

2.1 雙壓余熱鍋爐的受熱面布置及熱力參數(shù)

雙壓余熱鍋爐為無再熱、無補(bǔ)燃、臥式、自然循環(huán)型式，受熱面布置如下：①低壓省煤器;②低壓蒸發(fā)器;③低壓過熱器;④一級(jí)高壓省煤器;⑤二級(jí)高壓省煤器;⑥高壓蒸發(fā)器;⑦一級(jí)高壓過熱器;⑧二級(jí)高壓過熱器;⑨除氧器。

雙壓余熱鍋爐受熱面沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向依次布置為：二級(jí)高壓過熱器、一級(jí)高壓過熱器、高壓蒸發(fā)器、二級(jí)高壓省煤器、一級(jí)高壓省煤器、低壓過熱器、低壓蒸發(fā)器、低壓省煤器。余熱鍋爐采用單排框架結(jié)構(gòu)、全懸吊型式，熱膨脹自由。

因本工程燃料為含硫量相對(duì)很低的天然氣，所以應(yīng)盡可能降低排煙溫度，盡可能利用燃?xì)庥酂?，提高鍋爐效率，本工程雙壓余熱鍋爐煙氣排煙溫度為120.1℃。

在不補(bǔ)燃的余熱鍋爐中，煙氣溫度與蒸汽或水的溫度最接近的地方是煙氣離開蒸發(fā)器的地方，這一點(diǎn)的煙氣溫度與進(jìn)入蒸發(fā)器的飽和水的溫度差稱為節(jié)點(diǎn)溫差，降低節(jié)點(diǎn)溫差可以提高蒸汽參數(shù)，降低排煙溫度，但隨著平均傳熱溫差的減小，受熱面面積增加，同時(shí)余熱鍋爐煙氣側(cè)阻力增加，相應(yīng)引起成本增加;接近點(diǎn)溫差是指省煤器出口水溫與相應(yīng)壓力下飽和水溫度的差值。余熱鍋爐接近點(diǎn)溫差通常取值為8～20℃，接近點(diǎn)溫差取值為5～20℃[3]。本工程雙壓余熱鍋爐節(jié)點(diǎn)溫差為15℃，接近點(diǎn)溫差為9℃。余熱鍋爐煙氣側(cè)壓降2800Pa。

提高余熱鍋爐的出口蒸汽參數(shù)可以提高機(jī)組的效率，但蒸汽壓力提高后，也提高了蒸汽飽和溫度，受節(jié)點(diǎn)溫差的影響，節(jié)點(diǎn)溫差點(diǎn)的煙氣溫度提高，將使主蒸汽蒸發(fā)量下降，余熱鍋爐排煙溫度升高，余熱利用率下降，所以蒸汽參數(shù)選擇要考慮多方面因素。

經(jīng)過優(yōu)化計(jì)算，雙壓余熱鍋爐方案蒸汽側(cè)參數(shù)如下：

2.2 三壓再熱余熱鍋爐的受熱面布置及熱力參數(shù)

雙壓余熱鍋爐為一次再熱、無補(bǔ)燃、臥式、自然循環(huán)型式，受熱面布置如下：

①低壓省煤器;②低壓蒸發(fā)器;③一級(jí)高壓省煤器;④中壓省煤器;⑤低壓過熱器;⑥中壓蒸發(fā)器;⑦二級(jí)高壓省煤器;⑧中壓過熱器;⑨高壓蒸發(fā)器;⑩一級(jí)高壓過熱器;B11一級(jí)再熱器;B12二級(jí)高壓過熱器;B13二級(jí)再熱器;B14三級(jí)高壓過熱器;B15除氧器。

三壓再熱余熱鍋爐受熱面沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向依次布置為：三級(jí)高壓過熱器、二級(jí)再熱器、二級(jí)高壓過熱器、一級(jí)再熱器、一級(jí)高壓過熱器、高壓蒸發(fā)器、中壓過熱器、二級(jí)高壓省煤器、中壓蒸發(fā)器、低壓過熱器、中壓省煤器、一級(jí)高壓省煤器、低壓蒸發(fā)器、低壓省煤器。余熱鍋爐采用單排框架結(jié)構(gòu)、全懸吊型式，熱膨脹自由。相較于雙壓余熱鍋爐，三壓再熱型余熱鍋爐增加了中壓、再熱受熱面，進(jìn)一步提高了煙氣的熱量回收率，降低了排煙參數(shù)，提高了機(jī)組性能。三壓再熱余熱鍋爐煙氣排煙溫度為108.2℃，節(jié)點(diǎn)溫差為13℃，接近點(diǎn)溫差為8℃。由于增加了受熱面布置，余熱鍋爐煙氣側(cè)壓降增加為3000Pa。相較于雙壓余熱鍋爐，三壓再熱余熱鍋爐增加了高壓過熱器的級(jí)數(shù)，同時(shí)減小了節(jié)點(diǎn)溫差和接近

點(diǎn)溫差，受熱面面積進(jìn)一步增加，造成余熱鍋爐初始投資增加。

經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后三壓再熱余熱鍋爐方案蒸汽側(cè)參數(shù)如下：

由雙壓余熱鍋爐和三壓再熱余熱鍋爐的蒸汽參數(shù)對(duì)比可知，三壓余熱鍋爐蒸汽溫度與雙壓余熱鍋爐相當(dāng)，總流量也相近，但高壓蒸汽壓力遠(yuǎn)高于雙壓余熱鍋爐，從而導(dǎo)致主蒸汽管道壁厚增加，同時(shí)增加了再熱系統(tǒng)，機(jī)組初始投資增加。

2.3 雙壓余熱鍋爐與三壓再熱余熱鍋爐熱力性能對(duì)比

在汽輪機(jī)排汽背壓、汽輪機(jī)效率相同的條件下，雙壓余熱鍋爐與三壓再熱余熱鍋爐熱力性能參數(shù)見下表：

三壓余熱鍋爐由于增加了中壓及再熱受熱面及過熱器級(jí)數(shù)，同時(shí)減小了節(jié)點(diǎn)溫差和接近點(diǎn)溫差，回收了更多的熱量，同時(shí)也把煙氣溫度降至更低。由上表可以看出，三壓再熱余熱鍋爐比雙壓再熱余熱鍋爐機(jī)組出力增加了11.3MW，機(jī)組熱耗降低了159KJ/kWh，機(jī)組效率提高了1.28%，機(jī)組整體性能明顯改善，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論

（1）本工程Siemens STG5-2000E二拖一燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組采用三壓再熱余熱鍋爐方案比雙壓余熱鍋爐方案可增加機(jī)組出力、降低熱耗、提高機(jī)組效率，可大幅提高機(jī)組性能。

（2）采用三壓再熱余熱鍋爐方案比雙壓余熱鍋爐方案余熱鍋爐等設(shè)備、汽水管道初始投資將增加。

（3）隨著設(shè)備制造技術(shù)的提高、材料成本的降低及現(xiàn)代電廠對(duì)高效率、節(jié)能降耗的要求提高，本工程采用三壓再熱余熱鍋爐熱力系統(tǒng)是經(jīng)濟(jì)合理的。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃文波，林汝謀.聯(lián)合循環(huán)中余熱鍋爐及其熱力特性分析.燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，1996，9.4.

[2]劉輝，郝紅艷，張紅蓮.汽輪機(jī)汽封系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2002，44（3）.

[3]李忠軍，張永恒，王雷.聯(lián)合循環(huán)中的余熱鍋爐及其設(shè)計(jì)參數(shù)選擇.潔凈煤燃燒與發(fā)電技術(shù)，2007（4）.

作者簡(jiǎn)介：劉傳成（1965—），男，漢族，吉林鎮(zhèn)賚人，本科，高級(jí)工程師，副總工程師，火力發(fā)電廠熱機(jī)專業(yè)設(shè)計(jì)。