如何估价燃气轮机余热锅炉性能

如何估价燃气轮机余热锅炉性能

邢前进

浙江国华余姚燃气发电有限责任公司 浙江省 余姚市 315400

摘要：余热锅炉已广泛应用于燃气轮机联合循环电站，余热锅炉的性能对电站的热负荷起着显著的作用。因此，对余热锅炉制造厂和用户来说，最重要的是掌握锅炉性能在实际运行是如何变化的。

关键词：燃气轮机；余热锅炉；运行调整；变化；

前言

发电效率高以及环境污染小是燃气-蒸汽联合循环机组的明显优势与特征。近些年来我国不断投入中、小型燃气-蒸汽联合循环机组，注意国产机组也在上述范围涵盖之内，这种机组的综合优势可在这一过程中得到直观体现，其中还包括余热锅炉。现在我国科研人员不断提高对余热锅炉的重视程度，并在原有的基础上对其进行不断的深入研究促使其实现不断优化与完善与目标，进而促使余热锅炉的性质得以保障。

1. 余热锅炉的特点

从本质上来说余热锅炉就是一个热交换器。与常规锅炉相比较后我们可以发现无补燃的余热锅炉具有相对简化的系统，没有燃烧系统及伴随燃烧的辅助设备,没有辐射换热及辐射换热相应的结构要求是其系统较为简化的主要原因。

1. 余热锅炉的边界条件

余热锅炉具有相对较多的边界条件，因此与常规锅炉相比在实际进行设计工作时需要受到更多条件的限制，这对优化设计工作的顺利开展带来一定难度。燃气轮机余热锅炉热源的主要来源，燃气轮机和蒸汽轮机所具备的共同特征就是定型以及标准。烟气参数的输出是燃气轮机不可避免的一部分内容，注意这一参数具备一定的确定性。温度T,流量VG和压力PG都可对其进行直观体现，烟气特点是余热锅炉所必须适应的一部分内容。需要注意的是余热锅炉的蒸汽参数也由蒸汽轮机来接受，其中主要包括温度t,流量D和压力P，这对余热锅炉有一定的制约作用。所以我们说在实际对余热锅炉进行设计工作时两端边界条件都会对其造成一定的限制。

2.余热锅炉在低温烟气下工作

燃机的型号及容量会对燃气轮机排出烟气的温度造成直接影响，其温度一般会维持在500-550°C范围之内。温差工作环境远远超过余热锅炉的传热。这对余热锅炉传热结构的特殊性提出一定要求。

3.高烟气余热利用率和工质循环的高效率

余热锅炉设计中,既要求余热锅炉烟气余热利用的高效率,又要求余热锅炉工质循环的高效率。余热锅炉中,没有空气预热器;而常规锅炉通常包括空气预热器,空气预热器加热空气的功能除了提高炉膛温度和燃烧效率外,还能调整锅炉的排烟温度,使锅炉有较高的给水温度和较低的排烟温度。线段ecfc表示了空气预热器吸热量,以降低排烟热损失。空气预热器是常规锅炉获得较高效率和锅炉与汽轮机系统工质循环热效率的不可缺少部件。余热锅炉中则没有这样的部件来调节总体性能,但却要求达到余热利用效率和工质循环效率的优化。这既是余热锅炉的特点,也是设计难点。上述论及的特点,在余热锅炉优化设计中为达到高效、低损(烟气阻力)和快速启动的目标,会影响有关技术参数的选择。

二、余热锅炉启动

1.上水

余热锅炉启动前，要将除氧器和汽包上水到启动水位。由于启动前除氧器及高低压汽包内都没有水，需要先用除盐水对除氧器上水。当除氧器上水至合适水位后，打开辅助蒸汽对除氧器水箱进行加热、对除盐水除氧，当除氧器温度达到110℃，可以进行高低压汽包上水。高低压汽包上水要求是除氧除盐水，上水时要控制汽包壁温差不超过55℃，因此要控制好上水的速度。在温差允许的情况下，可以尽可能地加快上水速度，有利于排尽管内的空气。

2. 升压

机组启动是用启动蒸汽带动蒸汽轮机冲转，当转速达到600r/min时，进行燃机点火。点火后余热锅炉开始启动升压，除氧器系统首先达到额定压力，然后是低压系统，最后是高压系统。当高压系统压力达到0.07MPa，低压系统压力达到0.035MPa时，开始提高燃机负荷，关闭过热器疏水阀门。此时，通过控制燃机和对空排汽阀门来控制锅炉升温速度，高压系统温升应低于4.4℃/min，低压系统温升应低于27.8℃/min。

3. 蒸汽切换

蒸汽切换有以下几个条件：高压蒸汽压力大于3MPa。高压蒸汽有至少56℃过热度。高压蒸汽压力表、温度计信号无异常。高压蒸汽温度大于300℃（冷态）。

3. 锅炉性能差异原因

1. 大气条件的变化。燃气轮机排烟参数与大气温度有关，如排烟温度，烟气流量和烟气成份。燃气轮机发电机组负荷与设计值的差异。工厂运行状态所决定的蒸汽、给水条件的差异。与正常运行相比，电站运行初期或试投运时需要较少量的蒸汽，此时有些电站尚未投运蒸{气轮机或除氧器，尽可能减少蒸汽放空测试装置和仪表的误差或参数测量误差。ASME电力试验规范指出，测量烟气流量尤其是大型燃气轮机的烟气流量是相当困难的。随测试方法不同，误差范围从2～5％。烟气温度测量同样也有误差。烟道截面温度与实际温度差可达10℃。采用不同的测温装置和方法，测量读数也可能有多达10℃的差异

2. 烟气热量的差异。烟气热焓值受许多不同因素影响而变。喷射蒸汽或补燃都会影响烟气焓值，其原因是烟气湿度变化了。为了调试性能保证值，电站用户和锅炉制造广都必须理解和统一测量方法以整理余热锅炉性能数据。当运行条件的变化，测量误差和计算传热面积不足而致性能下降时用户和制造厂的协调是有助于改进性能的预估余热锅炉性能的一种方法是使用计算机模拟来确定不同烟气一蒸汽条件的影响。加拿帕希开发了一个计算机程序Cogen，该程序执行余热锅炉非设计条件性能分析在下述范例中该程序计算了一台由过热器(不控制过热温度)，蒸发器和省煤器组成的单压余热锅炉非设计工况。

3. 对性能试验的建议

用户和锅炉制造厂应当共同选定运行条件可变范围并实谢其性能变化情况。初步性能测试应当按无补燃方式。囡为补燃量和燃烧温度会极大地改变试验结果。余热锅炉的初步设计可以以无补燃方式进行当要采用补燃方式时，务必采用最准确的手段测量燃料流量。测验期间排污阀应关闭排污管路的流量是无法精确测量的，由于这是两相流。旁路阀门如有泄漏，应当查验并实测，因为这会减少余热锅炉烟气流量。试验期间某些可以控制的参数，如绐水温度、蒸汽压力炯气含水鼍等应尽可能保持在设计值。当含水量由7％变为25％时，烟气热焓可能变化高达10％。烟道断面上烟气流量和温度分布值应当加以测定和计算，如可能的话应当采用双重测试手段。另外，可进行一些设计修改以减少这些偏差。如加装导流叶片，均流栅格，或较小的斜向过渡烟道等。

五、停炉前后主要工作

1.停炉前期的工作

正常运行时炉水中的泥渣和其它物质呈悬浮状态。当停炉水循环停止时，泥渣和其它固体物质有可能堆积和附着在蒸发器内部表面，不仅会影响蒸发器的换热效果，而且还会腐蚀蒸发器管子，故在停炉前期要进行如下操作：增加10%的连续排污量，并增加受热面底部定期排污频率。适当增加化学加药量。进行带压放水，以便将炉内杂质排放出来。在燃机转速降到0之前，必须保证给水系统的除氧。

2.停炉后的保护

余热锅炉停炉后，为了防止在检修期间受到腐蚀，必须对各压力系统采取有效的保护措施。停炉保护方法有：热炉带压放水烘干法，充氮法，联胺浸绝法等。通常的例修，由于停炉时间较短，一般采用热炉带压放水烘干法进行停炉保护。当高压汽包压力降到0.7MPa，迅速打开各系统定期排污阀门、疏放水阀门，对空排汽阀门，迅速将炉水放掉，利用余热锅炉的余热将系统内的湿汽蒸发掉，以达到烘干保护的目的。如果是在冬季停炉，还应充分考虑余热锅炉系统防冻措施。

结束语

余热锅炉热力参数取决于燃气-蒸汽联合循环系统的诸多因素。热力参数应与汽轮机入口参数合理匹配,当余热锅炉与汽轮机的热力参数发生矛盾时,应进行比较,使烟气的余热利用效率和工质循环效率叠加得到最大。

参考文献：

[1]焦树建等.燃气轮机与燃气蒸汽联合循环装置，北京：中国电力出版社，2007

[2]王荣.燃气蒸汽联合循环点检中的余热锅炉调节系统分析，燃气轮机技术，1998