燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)燃料切換緩沖系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算方法

許紅

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。常規(guī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組以天然氣為主燃料，燃油為備用燃料，為滿足燃?xì)廨啓C(jī)燃料切換，需要設(shè)置燃料緩沖系統(tǒng)。本文通過(guò)某工程Alstom GT-26機(jī)組，詳細(xì)介紹了燃料切換緩沖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及計(jì)算方法。

關(guān)鍵詞：聯(lián)合循環(huán)；燃料切換；緩沖系統(tǒng)；計(jì)算方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.040

1 引言

燃?xì)?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(dòng)化程度高、低污染、啟停速度快、調(diào)峰性能好、投資建設(shè)周期短、占地面積小等一系列優(yōu)點(diǎn)。天然氣燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)是理想的發(fā)電方式。隨著燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電優(yōu)勢(shì)的逐步體現(xiàn)，世界各國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝機(jī)容量逐步增長(zhǎng)[1]。

常規(guī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組通常以天然氣作為主燃料，燃油作為備用燃料。機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)天然氣供應(yīng)出現(xiàn)中斷時(shí)，需要切換到備用燃料運(yùn)行。為了有效防止燃機(jī)負(fù)荷降低過(guò)快，保證機(jī)組安全運(yùn)行，防止電網(wǎng)波動(dòng)，為故障排除贏取時(shí)間，需要設(shè)置燃料緩沖系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

某燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站配置為三臺(tái)阿爾斯通Alstom GT26燃?xì)廨啓C(jī)，三臺(tái)余熱鍋爐，兩臺(tái)阿爾斯通生產(chǎn)的300MW級(jí)汽輪機(jī)。機(jī)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(jī)組出力，燃機(jī)設(shè)置了蒸發(fā)冷卻和高壓噴霧相結(jié)合的進(jìn)氣冷卻系統(tǒng)，余熱鍋爐設(shè)置了補(bǔ)燃系統(tǒng)。因阿爾斯通Alstom GT26燃機(jī)燃料切換時(shí)間較長(zhǎng)，設(shè)置了燃料切換緩沖系統(tǒng)，流程見(jiàn)圖1。

燃機(jī)燃燒天然氣正常運(yùn)行時(shí)，增壓機(jī)前后隔離閥打開(kāi)，緩沖系統(tǒng)增壓機(jī)工作，把來(lái)自供氣母管的天然氣增壓縮到設(shè)定壓力。當(dāng)緩沖系統(tǒng)高壓管束達(dá)到整定壓力時(shí)，高壓管束前隔離閥關(guān)閉，增壓機(jī)停止運(yùn)行，緩沖系統(tǒng)儲(chǔ)氣完畢。當(dāng)天然氣供應(yīng)中斷需要進(jìn)行燃料切換時(shí)，高壓管束后隔離閥打開(kāi)，天然氣經(jīng)減壓閥減壓到燃機(jī)入口壓力要求，繼續(xù)為燃機(jī)提供天然氣供應(yīng)，直至燃機(jī)完全切換到燃油工況運(yùn)行。燃料切換緩沖系統(tǒng)可保證燃機(jī)在燃料切換時(shí)平穩(wěn)運(yùn)行，保證機(jī)組安全運(yùn)行，防止電網(wǎng)波動(dòng)。

3 燃料切換曲線

Alstom GT26燃?xì)廨啓C(jī)典型燃料切換過(guò)程見(jiàn)圖2。

Alstom GT26燃?xì)廨啓C(jī)典型燃料切換過(guò)程如下：

（1） 燃機(jī)在天然氣運(yùn)行工況下降負(fù)荷，由滿負(fù)荷運(yùn)行降到60%-95%負(fù)荷之間運(yùn)行；

（2）啟動(dòng)燃油推進(jìn)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(jī)在燃油運(yùn)行工況下升負(fù)荷至滿負(fù)荷運(yùn)行。

由于本項(xiàng)目燃機(jī)設(shè)置了蒸發(fā)冷卻、高壓噴霧系統(tǒng)，余熱鍋爐設(shè)置了補(bǔ)燃系統(tǒng)，燃料切換過(guò)程更為復(fù)雜，具體切換過(guò)程見(jiàn)圖3。

本項(xiàng)目具體燃料切換過(guò)程如下：

（1） 燃機(jī)在滿負(fù)荷工況下運(yùn)行，燃機(jī)蒸發(fā)冷卻、高壓噴霧系統(tǒng)，余熱鍋爐補(bǔ)燃系統(tǒng)全開(kāi)，燃料切換開(kāi)始時(shí)，首先關(guān)閉余熱鍋爐補(bǔ)燃系統(tǒng)；

（2） 關(guān)閉燃機(jī)燃機(jī)蒸發(fā)冷卻、高壓噴霧系統(tǒng)；

（3）燃機(jī)在天然氣運(yùn)行工況下降負(fù)荷，由滿負(fù)荷運(yùn)行降到60%-95%負(fù)荷之間運(yùn)行，由于業(yè)主要求燃料切換時(shí)全廠負(fù)荷不能低于600MW，燃機(jī)降負(fù)荷至80%；

（4）啟動(dòng)燃油推進(jìn)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(jī)由燃油80%運(yùn)行負(fù)荷下升至滿負(fù)荷運(yùn)行。

4 緩沖系統(tǒng)計(jì)算

根據(jù)以上切換程序，各步驟的數(shù)據(jù)整理見(jiàn)表1。

根據(jù)以上燃料切換數(shù)據(jù)，整個(gè)燃料切換過(guò)程天然氣消耗量可以式1計(jì)算：

（式1）

由于天然氣經(jīng)緩沖系統(tǒng)增壓后溫度會(huì)上升，增壓后的天然氣溫度設(shè)為T(mén)，則高壓管束容積可用式2計(jì)算：

（式2）

式中：V—高壓緩沖管束容積（m3）

M—燃料切換過(guò)程天然氣消耗量（式1）

ρ—天然氣標(biāo)準(zhǔn)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(jī)進(jìn)口需求壓力（Mpa）

T0—標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算結(jié)果，選擇高壓管束儲(chǔ)氣容量，選擇合適的管束直徑、長(zhǎng)度及管束數(shù)量。

5 結(jié)論

（1）本工程Alstom-GT26三拖二燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組設(shè)置了燃料切換緩沖系統(tǒng)，可以有效防止機(jī)組快速甩負(fù)荷，燃料切換過(guò)程中機(jī)組出力不低于600MW，保證機(jī)組及電網(wǎng)平穩(wěn)安全運(yùn)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(shè)備設(shè)置，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中具有廣泛應(yīng)用價(jià)值。

（3）本文介紹了燃料切換緩沖系統(tǒng)的具體計(jì)算方法，為緩沖系統(tǒng)設(shè)備選型提供了良好的理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫喜春.關(guān)于發(fā)展燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的探討[J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)，2013，32（14）.