190MW聯(lián)合循環(huán)機組熱經(jīng)濟性分析

摘要：結(jié)合馬來西亞沙巴RPII 190MW聯(lián)合循環(huán)電站機組實際運行數(shù)據(jù)，闡述聯(lián)合循環(huán)機組熱經(jīng)濟性分析的一般方法，從燃機熱力性能參數(shù)，壓氣機系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、渦輪系統(tǒng)部件的結(jié)構(gòu)性能：鍋爐漏風、汽輪機缸效率、閥門節(jié)流損失、工質(zhì)泄漏、疑汽器壓力以及機組負荷和運行方式等主要因素著手對機組.負荷和運行方式等主要目素著手時機組熱經(jīng)濟性進行分析，提出相應節(jié)能措施。

關(guān)鍵詞：聯(lián)合循環(huán) 190MW機組 熟經(jīng)濟性 節(jié)能降耗

中圖分類號TM611·3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2012)02(b)-0075-02

馬來西亞沙巴RPII 190MW聯(lián)合循環(huán)電站機組采用兩臺燃氣輪機、兩臺余熱鍋爐和一臺蒸汽輪機，即按照2：2：1的模式進行配置安裝。GE PG 6111FA或者等同級別的兩臺重型和先進設(shè)計的燃氣輪機組，每臺燃氣輪機上都配有一套燃氣輪機排氣系統(tǒng)，包括煙氣檔板、隔離擋板、旁路煙囪、主煙囪、消音器、膨脹波紋管、煙道、隔熱裝置和測量儀表等，兩臺雙壓、自然循環(huán)、非再熱和水平氣流型的余熱鍋爐，每臺燃氣輪機組配備一臺余熱鍋爐；一臺雙壓進汽的非再熱凝汽式軸向排汽型汽輪機組。以該機組為例，討論影響聯(lián)合循環(huán)機組熱經(jīng)濟性的因素。為正確、合理構(gòu)架熱力系統(tǒng)，指導熱力系統(tǒng)的正確運行和切換提供了依據(jù)。

1熱經(jīng)濟性分析

燃機熱力性能參數(shù)，壓氣機系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、渦輪系統(tǒng)部件的結(jié)構(gòu)和性能；鍋爐漏風、循環(huán)方式；汽輪機缸效率、閥門節(jié)流損失、工質(zhì)泄漏、凝汽器壓力以及機組負荷和運行方式等是影響機組實際運行熱耗率、經(jīng)濟性的主要因素。

燃機輪機的燃氣初溫可達1400C左右，排氣溫度也很高，一般為450～600C，大量余熱排人大氣，其效率僅為35％～40％。恰好汽輪機受設(shè)備材料限制，蒸汽初溫僅為550c：左右，排氣溫度可接近大氣溫度。將二者通過蒸汽鍋爐串聯(lián)起來，即組成燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)。燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)方式是巧妙的將采用不同循環(huán)原理的燃氣輪機和汽輪機結(jié)合起來的典范。這種聯(lián)合循環(huán)是兩種熱機的揚長避短的組合，當燃機的渦輪進口溫度很高時，其熱效率已超過50％。采用此種循環(huán)是目前及今后大型電站的主要趨勢。

按燃氣循環(huán)排氣熱量被蒸汽循環(huán)全部或部分利用的不同情況，根據(jù)蒸汽鍋爐結(jié)構(gòu)形式的特征，聯(lián)合循環(huán)可分為余熱鍋爐型、補燃余熱鍋爐型、排氣助燃鍋爐型、增壓鍋爐型、鍋爐并聯(lián)型以及加熱鍋爐給水型等6種。本項目為新建電廠，適用類型為余熱鍋爐型、補燃余熱鍋爐型以及增壓鍋爐型，本項目選用的余熱鍋爐型機組有著如下優(yōu)點：總功率為燃氣輪機功率的1.3～1.5倍；在燃氣輪機排汽側(cè)設(shè)旁路煙囪時，燃氣輪機可單獨運行；汽輪機按滑壓方式運行，聯(lián)合循環(huán)的熱效率已達56％-58％。

馬來西亞沙巴RPII 190MW聯(lián)合循環(huán)電站機組部分熱力試驗數(shù)據(jù)見表1。

1.1燃氣輪機

由于常規(guī)燃煤蒸汽輪機電廠污染嚴重，發(fā)電效率低，而天然氣供應量充裕，使燃機技術(shù)迅速發(fā)展。燃機的弱點：首先受高溫材料的限制，機組的熱效率不如往復式內(nèi)燃機和高參數(shù)的蒸汽輪機高，特別在部分負荷工況下，熱效率更低；其次要采用優(yōu)質(zhì)耐熱材料，且熱端部件的使用壽命較短，從而影響了它的經(jīng)濟性和可靠性。

采用的主要措施是：提高循環(huán)參數(shù)(主要是溫度、壓力)，改進部件效率(主要是通過氣動和結(jié)構(gòu)設(shè)計)，改進循環(huán)方式。

(1)由于燃氣輪機熱力循環(huán)的固有特點，其性能隨著循環(huán)參數(shù)，特別是透平進口溫度的上升而提高。因此，不斷提高熱力性能參數(shù)成為提高燃機性能的著力點。一般來說，渦輪前溫度沒增加40\"C，燃氣輪機輸出功率可增加10％，熱效率可提高1.5％。

(2)提高壓氣機系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、渦輪系統(tǒng)部件的結(jié)構(gòu)和性能，因為燃燒室的效率已經(jīng)很高(99％左右)，而且對整機性能影響不大，但壓氣機和透平的效率高低對整機性能影響程度大，所以主要針對壓氣機和蒸汽旁路，機組做功減少，未做功的軸封漏汽排至凝汽器，既造成能量損失又使得凝汽器熱負荷增大、背壓升高，導致熱耗率增加。

1.4熱力系統(tǒng)

1.4.1加熱器端差

熱力系統(tǒng)中加熱器上端差增大，某一號加熱器出口給水溫度降低，造成給水在上一號加熱器內(nèi)吸熱量增大，抽汽量增大，機組出力降低，熱經(jīng)濟性下降。

1.4.2熱力系統(tǒng)工質(zhì)泄漏

熱力發(fā)電廠在各種負荷工況下，熱力系統(tǒng)都有其正常的水、汽循環(huán)回路，實際運行中，這些循環(huán)回路中可能有水、汽等工質(zhì)從正常通道中漏出熱力系統(tǒng)(外漏)，這部分工質(zhì)所具有的能量完全損失。循環(huán)回路中也可能有工質(zhì)雖未漏出熱力系統(tǒng)，但未流經(jīng)其正常通道(內(nèi)漏)，其能量未得到利用(或被降級利用)，也將影響到機組的熱經(jīng)濟性。這些潛在的內(nèi)、外泄漏點分布范圍極廣，使得有大量的能量從熱力系統(tǒng)中泄漏而未得到利用。如：由于疏水閥門前、后差壓大，機組起、停后，閥門可能出現(xiàn)不同程度的內(nèi)漏。隨起、停次數(shù)增多，閥門泄漏點的數(shù)量和內(nèi)漏增大，甚至出現(xiàn)疏水管道彎頭破裂，疏水擴容器焊縫開裂等故障，既危及機組運行安全性，又嚴重影響經(jīng)濟性。

通過良好的熱力系統(tǒng)檢漏和堵漏，能夠回收很大一部分總能量損失。解決熱力系統(tǒng)泄漏的有效辦法是定期對熱力系統(tǒng)進行檢查，查明機組熱力系統(tǒng)中存在的泄漏位置，并根據(jù)情況安排維修處理。此外優(yōu)化熱力系統(tǒng)以減少不必要的泄漏點，降低閥門壓差增加截止閥，改進操作方式以減少閥門在高壓差情況下的開啟等措施。

1.4.3凝汽器壓力

凝汽器實際能達到的排汽壓力和排汽溫度與低壓缸排汽量、凝汽器冷卻水量、冷卻水溫、凝汽器工作狀況等因素有關(guān)。凝汽器壓力對機組出力和熱耗率影響較大。在排汽量和冷卻水溫一定時，增大冷卻水量可以降低凝汽器壓力，增大汽輪機輸出功率，降低熱耗率。但是，過份降低排汽壓力將引起汽輪機低壓部分蒸汽濕度增大、余速損失增大，導致汽輪機相對內(nèi)效率降低。此外，低負荷小容積流量時，低壓缸末幾級葉片易出現(xiàn)顫振，影響葉片使用壽命。因此，排汽壓力有一個最佳值，即最佳經(jīng)濟背渦輪部件采取技術(shù)措施從而提高效率。

(3)燃機熱效率在’簡單循環(huán)中僅為36％-40％，在聯(lián)合循環(huán)中為55％-58％，功率也相應增加.受益很大。

1.2余熱鍋爐

1.2.1因漏風引起的損失

因漏風引起的損失是指鍋爐出口與空氣預熱器煙氣入口位置之間的漏風。

1.2.2循環(huán)方式

燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)余熱鍋爐主要有自然循環(huán)和強制循環(huán)兩種方式。兩種循環(huán)方式對余熱鍋爐的可用率、水循環(huán)的自平衡性、安裝、基礎(chǔ)等方面均有不同的影響。相比之下，自然循環(huán)的主要有點有：無外部耗功，安裝所需設(shè)備較輕，運行及維護較為容易。

1.3汽輪機

1.3.1缸效率

汽輪機缸效率降低使相同的蒸汽流量下汽缸功率減少，導致機組熱耗率增大。高壓缸效率降低還會造成排汽焓增加，使再熱器吸熱量減少。高壓缸調(diào)節(jié)級經(jīng)常運行在變工況狀態(tài)下，與設(shè)計狀態(tài)偏差較大，導致流動效率降低。此外，調(diào)節(jié)級葉片位于主蒸汽進入汽輪機的第1級，易受蒸汽中攜帶雜質(zhì)的影響，造成噴嘴和動葉損傷，對調(diào)節(jié)級的通流效率和高壓缸效率影響較大。

1.3.2閥門節(jié)流損失

由于高壓缸效率包括了主汽閥和調(diào)節(jié)閥的節(jié)流損失，在相同蒸汽流量下，閥門的開度越小，節(jié)流損失越大，缸效率越低。通常當閥門開度大于40時，流量可達到閥門通流能力的95以上。當閥門開度小于40，流量減少較快，節(jié)流損失迅速增大。

1.3.3汽封及汽缸結(jié)合面漏汽

汽封包括通流部分的動、靜葉汽封及汽缸端部的軸封。由于汽缸變形，起、停過程中機組振動增大，、發(fā)生動、靜碰磨等原因，很容易造成汽封磨損，徑向間隙增大。此外，從汽輪機結(jié)構(gòu)上看，低壓缸前兩段抽汽腔室法蘭結(jié)合面較薄弱，若螺栓緊力不足，容易造成漏汽。汽封漏汽在本級不做功，且對下一級主汽流造成干擾，引起汽輪機級的漏汽損失。漏汽損失對級效率的影響較大，是很多機組通流效率降低的主要原因之一。

汽缸兩端軸封間隙增大，造成一部分壓.此時機組扣除循環(huán)水泵耗功后可獲得最大收益。

1.5機組軸類組合方式

聯(lián)合循環(huán)機組由燃氣輪機、余熱鍋爐、汽輪機和發(fā)電機共同組成。按機組軸系組合方式的不同可分為單軸式和多軸式，典型的聯(lián)合循環(huán)機組配置方式：單軸式、雙軸式、三軸式。

單軸式和多軸式聯(lián)合循環(huán)機組的比較見表2。

馬來西亞沙巴RPII 190MW聯(lián)合循環(huán)電站機組采用了三軸式，在發(fā)揮投資效益等方面均充分體現(xiàn)了多軸式機組的優(yōu)勢。

綜上所述，造成聯(lián)合循環(huán)電站機組運行經(jīng)濟性差的主要原因是燃氣輪機、余熱鍋爐和汽輪機組設(shè)備和熱力系統(tǒng)以及機組的運行方式不完善。針對造成熱耗率偏高的主要原因，馬來西亞沙巴RPII 190MW聯(lián)合循環(huán)對機組采取相應改造措施和改善機組運行方式，降低機組熱耗率，提高熱經(jīng)濟性。

2結(jié)論

對馬來西亞沙~RPII 190MW聯(lián)合循環(huán)電站機組運行狀況，分析了影響機組熱經(jīng)濟性的主要因素有：燃機熱力性能參數(shù).壓氣機系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、渦輪系統(tǒng)部件的結(jié)構(gòu)和性能；鍋爐漏風、循環(huán)方式，汽輪機缸效率、閥門節(jié)流損失、工質(zhì)泄漏、凝汽器壓力以及機組負荷和運行方式等，提出了相應的改造措施。本文的分析方法對于指導機組節(jié)能降耗具有一定的參考價值。

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