给水预加热器循环水的优化利用

给水预加热器循环水的优化利用

王利冰 朱益佳

（浙江浙能长兴发电有限公司，浙江 长兴  邮编：313100）

摘要：本文针对西门子SIEMENS （SCC5-4000F（X））单轴燃气-蒸汽联合循环发电机组给水预加热器再循环系统在加热天然气系统中的运用进行分析，以提高天然气的温度，从而达到提高天然气的燃烧效率、提升机组运行效率的目的。

关键词：给水预加热器；天然气；温度；效率；

Abstract: In this paper, the Feed water preheater recirculation system of the Siemens SIEMENS (SCC5-4000F (X)) single-shaft gas-steam combined cycle generator are analyzed,to raise the temperature of the gas,so as to achieve the purpose of improving the efficiency of natural gas combustion and unit operation efficiency.

Keyword:Feed water preheater;Natural gas;Temperature;Efficiency:

给水预加热器系统作为一个加热系统将来自凝结水系统的凝结水加热后送至除氧器进行除氧。给水预加热器系统原先设计了一个再循环系统以保证给予水的温度能达到除氧器需求温度，但在实际运用之中由于凝结水经给水预加热器加热之后温度已经达到除氧器所需，因此，给水预加热器再循环系统在实际运行之中没有被运用，使其价值无法体现。

天然气作为燃气-蒸汽联合循环机组的燃料气，在投运时对于其温度有一定的要求。因此，在考虑就地的情况下，在实际运用中我们采取了在天然气调压站运用热水锅炉对其进行加热的方式。但是，由于设备原因，热水锅炉经常无法正常启动，影响了天然气的燃烧效率。在考虑到可行性以及经济效益的情况下，现考虑用给水预加热器循环水的多余温度来加热天然气，提高机组运行效率。

一、天然气温度对机组运行的影响

天然气调压站主要是接收上游天然气管线的天然气，并为燃气轮机提供符合燃烧压力、温度等要求的洁净的天然气。根据各燃气轮机电厂所处地理位置的不同，各厂调压站入口的天然气温度也有所不同。

1.天然气温度对机组性能的影响

环境温度、大气压力、大气湿度、燃料热值、燃料温度等因素都会影响燃气轮机的出力和热耗。对于已运行发电的机组，通过改变外界环境提升机组性能比较困难，相比之下，增加燃料温度的方式较为简单经济。将进入燃烧室的天然气加热，加热的天然气可以提高透平效率，减少了达到燃烧温度所需要的燃料流量，从而降低热耗，不过由于进气量的减少，机组出力稍有下降，但是对于大多数燃气-蒸汽联合循环机组，是以最大效率为原则来进行设计的。

2．机组对天然气温度的要求

燃料喷嘴是按一定的天然气压力、温度、物理特性来设计的，对于特定的已设计成型的喷嘴，如果天然气的成分和物理特性发生了变化，燃烧工况就会发生改变，严重时将会影响整个燃烧过程，从而影响燃气轮机的正常运行。为了保证燃料喷嘴能稳定安全地燃用天然气，往往都会对供应的天然气的物理特性、组份和杂质含量提出要求。本文仅从天然气温度这个因素进行介绍。

在机组的实际运行中，天然气通过调压站、前置模块进入燃烧室，最终与压缩了的空气混合后进行燃烧。进入机组的天然气的组份和物理特性始终是在波动的，当波动变化在允许的范围内时，燃料喷嘴的燃烧工况虽然有变化，但尚能满足燃料喷嘴原有的设计要求，则视为是在许可范围内的可接受的燃烧波动。

Wobbe 数是用来反映天然气的特性的一个参数，只要天然气Wobbe 数不变，就能保证燃烧器喷嘴在相同的天然气压力下保持相同的热负荷和一次空气系数。工程上常用修正的Wobbe 数和来表示天然气特性，见公式( 1) :

                                       
其中: 为气体燃料的净比能;为气体燃料的摩尔质量; 为气体燃料的绝对温度; a 为干空气的摩尔质量，a = 28.96。

对于实际运行中的机组，天然气成分波动比较小，因此影响的因素主要是天然气的温度。因此，应严格控制进入天然气前置模块前天然气的温度，使其满足的波动限制要求。

在这里我们通过在相同负荷、不同的天然气进气温度下来比较天然气的标况体积流量的不同。

如上图所示：此时，机组负荷为330MW，压气机进口温度为0.7摄氏度，ESV阀前温度为12.1摄氏度，天然气的标况体积流量为63555.

如上图所示：此时，机组负荷为330MW，压气机进口温度为30摄氏度，ESV阀前温度为18摄氏度，天然气的标况体积流量为62424。

通过两张图的对比，我们可以清楚的发现，在相同的负荷330MW下，当提高天然气的进气温度由12.1摄氏度提高到18摄氏度时，天然气的标况体积流量相对减少了1131

，这也间接的说明了天然气的燃烧效率提高了，减少了天然气的使用量，提高了联合循环效率和经济效益。

二、改造前的天然气加热模块

热水锅炉以天然气为原料通过燃烧天然气加热循环水以达到加热管网中天然气的目的，热水锅炉燃烧用的天然气来自加热单元出口的天然气母管。但由于设备原因热水锅炉的使用无法达到要求。

三、改造前的给水预加热器循环水

一号机给水预加热器再循环泵布置于给水泵房一楼靠近天然气前置模块。但由于凝结水经给水预加热器加热之后温度已经达到除氧器所需，因此，给水预加热器再循环泵没有利用起来而荒废。

四、改造后的天然气加热模块

优化后天然气加热模块利用给水预加热器再循环泵来的凝结水（约145摄氏度）来代替原来的热水锅炉来加热天然气，通过从给水预加热器出口至调压站天然气加热模块加装两组气动阀和手动阀来调节进入天然气加热模块的凝结水流量以达到加热天然气的效果。

五、总结

利用给水预加热器再循环泵来的凝结水来加热天然气，不仅充分利用了原有设备，摒弃了原先热水锅炉经常无法正常启动的缺点，更提高了给水预加热器再循环水的利用效率，提高了机组联合循环的效率，降低了热水锅炉对天然气的损耗，提高了经济效益。但由于只是技术上进行分析，可应用的实际情况缺乏具体参数进行佐证，具体运用有待考证。

参  考  文  献

[1]卢广法，沈建明，朱国雷.西门子F级燃气—蒸汽联合循环发电机组培训教材.杭州：浙江大学出版社，2014.3

[2]天然气 发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法.中国标准出版社。2020.9

收稿日期：2023-11-14

作者简介：

王利冰 （1990--），男，浙江湖州，本科，燃机集控助理工程师,从事燃机运行工作。

朱益佳 （1989--），男，浙江湖州，本科，燃机集控助理工程师,从事燃机运行工作。