3余热锅炉资料 - 图文(6)

气体燃料 水 孔板、喷嘴或文丘利管 文丘利管、喷嘴或孔板 量程的 ?0.35％ 量程的 ?0.75％ 量程的 ?0.75％ 选用的一次测量元件在试验流量时至少能在差压计上产生5英寸的液柱 PTC4.4附件中第7.2节有分格逐点测量法的详细介绍 蒸汽 文丘利管、喷嘴、薄板锐角孔板 助燃空气文丘利管、喷嘴、孔板（永久性或燃气轮测量装置）比托管和截面分格逐机排气流点测量（试验时现场测量） 量 2．温度 饱和蒸汽 过热蒸汽 根据汽包内压力算出 热电偶或电阻温度计 给水 水银温度计、热电偶或电阻温度计 烟气和空水银温度计、热电偶或电阻温度气 计 3．蒸汽/静重仪、校准过的波登管压力计 水压力 每一参数应在尽可能靠近锅炉出口处相邻两点同时测量，两点之间的差值应不超过0.25％ 每一参数应在相邻的两点同时测量，两点之间的差值应不超过0.5％ 根据供汽的具体条件选定最适宜的方法 参考PTC19.11关于如何取得具有代表性的试样 4．蒸汽质1） 按ASTM D2791方法连续测 量（干度） 定钠含量 2） 用火焰光度计按ASTM D2791方法B，ASTM D1428方法B，ASTM D2186方法C测定钠含量 3） 钠离子电极法（参照ASTM D2791） 4） 放射性示踪核素法 5） 用热量计测量并算出蒸汽含湿量 5．蒸汽纯度 1） 导电度法 2） 钠离子法 3） 残渣（重量）法 4） 二氧化硅和金属氧化物法 按照PTC19.11 6．助燃空干湿球温度计 气中的水份 参照PTC19,18

2.2 余热锅炉性能试验的一个主要的内容是它的效率，不论采用的是输入/输出法还是热损失法，或者是测定它的有效程度，都需要测定它的热输入。高温气体的流量和温度测定都比之

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在常规锅炉上类似的测定困难得多。燃气轮机排出的高温废气带有很高的过量空气，容积很大，而燃气轮机出口至余热锅炉入口间的管道一般很短，断面又不断扩大，对于流速的测定是很不理想的。PTC4.4在附录中花了很大的篇幅描述了在管道中划分等面积区域用比托管进行逐点测量并算得整个断面平均流速的方法。

2.3 燃气轮机废气温度也是一个关键的参数。为避免管道内气流分层对温度测量造成的误差，温度测点应该同流速测点保持一致，即在相等数量的分格内进行测量。而且如果初步测定表明断面各处气流速度的分布严重不均，PTC4.4建议各分格点上测得的温度按各该点上测得的流速加权，然后计算出代表该断面的平均温度。在某些测温点如果裸露的热电偶接点会同其周围的表面发生辐射热交换现象（包括在废气排出管内向天空的辐射），该规程建议应该使用抽气式热电偶进行测量。

2.4 由于上述测定余热锅炉入口高温废气的速度和温度方面存在的困难性和复杂性，尤其是要保证能达到所要求的精确性，PTC4.4提出了可供选择的代替方法，它们是： （l）燃气轮机热平衡法

燃气轮机本身的热平衡使得人们有可能在不直接测定燃气轮机废气的流量和温度的条件下算出排出废气中的显热。进行燃气轮机热平衡的主要参数是它的耗热量和功率输出（可按PTC22“燃气轮机电厂”算出），次要的参数是向燃气轮机内注入蒸汽或水的量，以及其它一些热损失，这一方法的精确性取决于燃料输入的热量和燃气轮机功率输出的精确性。如果试验各方协商同意将燃气轮机试验结果移用于余热锅炉效率的确定，则此方法可用来提供废气显热量、废气焓值。此外，也可以通过计算来确定燃气轮机废气流量或温度。

（2）有些燃气轮机的进口涡管是经过标定的，从而可以直接读出其入口空气量，再加上其入口燃料量、蒸汽和/或水的注入量，进而计算出燃气轮机的废气排出量。如果余热锅炉试验有关的各方，对于燃气轮机入口涡管的标定结果以及对燃气轮机制造厂使用的其它装置一致表示认可，它的测定和计算结果也可以用作余热锅炉的输入数据。但这里应特别注意燃气轮机的清洁程度应能保证其试验结果是可以被接受的。

3． 余热锅炉的效率

3.l 联合循环电厂目前在我国还是一个较新的事物，但从电力工业的形势看来，它在未来的几年内将会有一个较快的发展。但是目前，不论在设备生产、电厂设计和运行方面都还缺乏成熟的经验。看来在短期内不论在技术或设备方面，从国外引进还会占相当的比例。这就牵涉到进口的余热锅炉需要通过设备的验收试验。在需要考核的设备性能方面，效率是很重要的一个指标，它是制造厂要向用户保证的主要条件之一。前面已经提到，PTC4.4规定，余热锅炉的效率可以用输入/输出法（国内习惯称之为正平衡法）和热损失法（国内习惯称之为反平衡法）来测定，下面就这两种方法与常规锅炉的效率试验的异同之处加以说明。 3.2 输入/输出法

用此方法需要测定的是锅炉的输入总热量和输出总热量。属于输入项下的有 燃气轮废气带入的显热、辅助燃烧带入的热量，以及其它各项热收入。为此需要测量的内容有燃气轮机排出的废气量及其温度，废气旁路中的流量，辅助燃料的流量、成分分析以及热值，以及其它各种工质带入的热量（包括辅机的动力输入）。输出项下则有每个压力等级下的过热蒸汽和再热蒸汽的压力、温度、流量，饱和蒸汽压力和流量以及其它抽出的辅助蒸汽输出的热量。

现代的余热锅炉大部分是双压或三压的，等于是几台锅炉串接在同一个烟道内，因此其热量的输入和输出渠道要比常规锅炉多得多，要测量的测点也多。用此法进行试验的关键是要把余热锅炉合同保证的界定范围划分得十分清楚，不使有任一输入或输出的渠道被遗漏掉，而影响到计算出的效率数值。

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3.3 热损失法

使用此法来计算效率，需要精确确定的是燃气轮机排出废气量和温度，余热锅炉排烟量和温度，燃气轮机废气旁路流量、辅助燃料流量、成分分析和热值，以及所有其它工质带入的热量。余热锅炉的排烟热损失是所有损失栏目中的最大一项。其它的热损失，如果余热锅炉是采用助燃方式的，则有可能因燃烧不完全面有H2或CO的损失，但因燃气轮机是燃油和燃气的，不完全燃烧的可能很小，一般为零；再如烟气中夹带的水分损失等，都要根据运行的具体情况逐项确定。炉壳表面的散热（辐射和对流）损失一般是所有热损失中的最小的一项，但如要实际测定并计算出这一热损失则其工作量是不小的（PTC4.4介绍了其方法）。因此PTC4.4认为，如果各方同意的话，可以利用PTC4.1（燃用燃料的蒸汽锅炉）中关于辐射热损失曲线的数值来进行估算，并指出该曲线上的数值对于余热锅炉而言是偏于保守的。 3.4 焓降法

焓降法可以用来评价整台余热锅炉的热量利用效率，也可以对每个压力级进行评价。需要确定的是该被评价区段的入口和出口烟气的焓值，以及从入口到出口之间的最大理论焓降值。为了确定后者，就需要找到烟气温度与水或蒸汽温度最为接近的那一点（“转折点”，pinch point），以进入该区段入口处的烟气焓值与转折点处与蒸汽或水温相同温度的烟气焓值之差来计算最大理论焓降值。具体的计算方法可以参阅PTC4.4第5.4.4节。

4．在发展燃气一蒸汽轮机联合循环电厂时遇到的问题

在发展燃气一蒸汽轮机联合循环电厂时，当前遇到的现实问题是如何处理用户和制造厂之间为履行供货合同中性能保证值的问题。电厂是发电设备的统一购买方，但在我国，供货的制造厂则分属燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机和发电机四大行业，前三个行业的设备在系统上紧密地连结在一起，如何分清各个系统之间的责任，以便考核其各自的性能是否达到合同上的保证值，应该在商谈合同时就把各项原则谈清楚，以免日后在验收设备时发生争执。4.1 对于余热锅炉而言，除了要确定各项保证值以外，验收时采用何种方法来进行性能试验也应事先与制造厂有所商定。方法定下来以后，进行性能试验的手段、随之而来的各项需要专门为性能试验加装的测点才能定下来。有些测点在设计阶段就应考虑进去。例如，如决定要在余热锅炉出入口的烟道上用分格逐点移动法测量流速、温度和氧量，则在设计时就应考虑测量点的位置、其前后的烟道有无转折处，是否需要设置整流装置，要插入皮托管和探头的部位周围有无足够空间供长杆伸缩和摆动，等等。事后补救则往往是事倍功半，不够理想，影响试验质量。

4.2 燃气轮机的性能和废气的排出条件随周围条件的变化而变化。因此要在余热锅炉制造厂规定的燃气轮机排气条件下进行余热锅炉保证值的性能考核试验往往是不可能的，这就需要将实际的结果换算到保证条件下的数值。PTC4.4指出，余热锅炉制造厂应该事先提供与燃气轮机排气的质量流量、温度和热焓或湿分含量等有关的关于锅炉蒸汽流量、热焓、排烟温度、效率等测定项目的修正值或修正曲线。制造厂应提出一个对试验结果进行逐一修正的方法。由用户审查后，将一切问题都解决在性能试验开始之前。

总之，对于我国广大的锅炉试验研究人员来说，对余热锅炉的性能试验具有一定的认识和经验的还仅仅是极少数，为了适应联合循环电厂的大规模推广和投产的形势，似有必要有意识地让他们参加到与制造厂的技术谈判中来。

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燃气蒸汽联合循环之余热锅炉系统参数优化与国产化

杭州锅炉集团有限公司 薛以泰

1．联合循环与余热锅炉 1.l技术发展

燃气一蒸汽联合循环是两种工质作功过程的叠加与组合，利用燃气轮机工作后排出的含有大量热能的烟气，作为余热锅炉的热源产生蒸汽，推动汽轮机工作，实现热能的梯级利用。

近年来，基于燃机技术的高速发展和余热锅炉技术的日趋完善，燃机与联合循环技术得到了迅猛发展。燃机技术的发展，表现在燃气初温不断提高使燃机热效率达到了新的水平，燃机单机容量增大和烟气污染排放降低三个方面。联合循环技术的发展，进一步提高了整体热效率。余热锅炉在提高与燃机相匹配的能力、容易和降低排放等方面获得显著的进步。从最初的单压余热锅炉发展至双压、三压或带除氧的蒸汽系统，参数也从低压、中压、次高压发展至高温高压、提高了余热利用率和汽轮机的发电功率。联合循环的效率从十几年前的42％－45％提高到目前的55％－58％，并有望突破60％大关。在一些特定的系统，甚至高达70％。采用高性能的燃机联合循环机组，特别是以天然气为燃料的燃机，其污染排放将大大降低。配置燃气轮机余热回收锅炉的联合循环是目前世界上最先进的发电技术之一，已被迅速推广使用。

自我国改革开放以来，随着国民经济的发展，电力供需矛盾突出，联合循环发电系统以其独有的优越性引起国内的高度重视。1986年前后，我国陆续引进了十多套燃气一蒸汽联合循环机组。九十年代初，我国开始自行开发配套国产联合循环机组，经过几年的运行考验，取得了宝贵的经验，为联合循环机组国产化迈出了关键的第一步。 1.2余热锅炉特点

余热锅炉是联合循环机组中的关键设备，流程中处于燃机和汽轮机之间，起着承上启下的作用，其发电功率约占联合循环总功率的1/3左右，余热锅炉的性能直接关系到整个联合循环机组的效率和安全运行。由于其特殊地位，与普通锅炉相比，具有很大差异。燃机余热锅炉应该具有如下的特点：

（1） 能够适应燃机排气量大，排气温度约400－600℃左右的烟气特性的要求，受热管排

采用特殊的扩展受热面，以强化传热；

（2） 燃机启停迅速，调峰能力强，一般在15－20分钟内即可从启动状态进人满负荷运行

工况，余热锅炉应具备承受热冲击的能力，要求系统热惯性小，膨胀补偿能力强的特点；

（3） 能够适应燃机排气背压的要求，满足系统对锅炉烟气压降的限制；

（4） 余热锅炉采用模块化设计，集成模块组件出厂，安装简便，适应燃机电站建设周期

短的要求；

（5） 通过技术经济比较，应力求更多地回收烟气余热，达到较高的余热利用率；

（6） 适应燃机负荷变化迅速、频繁，调峰能力强的特点，余热锅炉应是提供稳定蒸汽参

数的汽源。

余热锅炉结构复杂，布置巧妙，通过各压力级受热面有机组合，参数优化，能最大限度吸收烟气热熔，提高热能利用率，降低污染物排放，达到联合循环系统的最佳配合，这也是余热锅炉的设计目标。

2．100MW等级燃机之余热锅炉参数优化与设计研究

为了实现联合循环的最优匹配，获得尽可能高的效率，进行蒸汽系统参数优化对于提高联合循环的整体效率是致关重要的。

我国从MS5000、MS6000系列燃机联合循环起步，目前已有多套国产燃机联合循环机组

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运行，并在近期正向大容量发展。根据我国国民经济发展状况，近期100MW等级燃机将是联合循环电站采用的主力机组，研究该等级联合循环中蒸汽参数优化、锅炉与汽轮机的匹配优为迫切。余热锅炉应从提高整个循环的经济性出发，合理选型，精心设计，这也正是本文讨论的主要内容。

现将杭州锅炉厂首批开发的100MW等级大容量燃机余热锅炉项目的情况进行汇总。提出看法，供大家参考。该联合循环三个特定用户的燃机均为PG9l71E型重型燃机，由GE公司生产。

2.1设计和优化要求

本项目明确要求：余热锅炉应既能适应于燃机燃用180＃重油（或原油）的排气条件，又能适应于燃用天然气（或LNG）的排气条件，并在两种燃料的排气条件下蒸汽系统都具有性能优良、发电功率高的优点。

燃机工作的特性显示，不同环境温度、不同燃料时燃机排气的热焓相差甚大，因此在参数优化设计中，设定在15?C和30?C两种环境温度、重油和天然气两种烟气的条件下，以考虑重油烟气热焓最小和天然气烟气热焓最大的情况。本项目设计和优化的一般要求为： （1） 按天然气燃料的烟气条件进行锅炉整体布置，按重油燃料的烟气条件考虑锅炉结构

设计；

（2） 确定燃用重油、环境温度为30?C为设计工况，以燃用天然气、环境温度为15?C为校

核工况。

根据大型燃机联合循环系统布置经验和我国具体情况，对于100MW级燃机，当燃用重油和天然气，排气温度<550℃时锅炉宜采用不补燃非再热型系统方案。 2．2整体布置优化

表1所示为100MW等级燃机之联合循环非再热蒸汽系统整体布置可选方案。

对于方案0，单压蒸汽系统简单，一般用于燃机容量较小、燃料价格低廉、调峰频繁的联合循环机组，但循环系统发电效率不高，在此不作讨论。对于100MW等级的燃机，应考虑较为复杂的双压、三压布置，以实现系统的最优匹配。当100MW等级的燃机排气温度高于550?C时，为了充分提高蒸汽循环系统的发电效率，才考虑采用三压再热蒸汽循环系统，这种锅炉结构更为复杂。根据本项目燃机的排烟特性（见表2），也不予考虑。

表1 整体布置选择方案 方案 0 1 2 3 锅炉压力等级 单压 双压 双压 三压 汽轮机进汽方式 单进汽 单进汽 双进汽 双进汽 除氧热源 汽轮机抽汽 锅炉低压蒸汽 汽轮机抽汽 锅炉除氧蒸发器 项目所用PG9171E型燃机性能列于表2，我们对不同参数分别进行了计算和比较。现将表1中方案l、2、3的代表功率汇总如表3。表3中汽机的背压：在环境温度为15℃时均为5kPa，环境温度为30?C时均为8kPa。

表2 PG9l7lE型燃机性能参数（联合循环状态） 燃料 天然气 项目 机组出力MW 热耗率kJ/kWh 热耗量kJ/h 烟气量t/h 排气温度℃

环境温度℃ 15 118.76 11491 1364.7×10 1486 543 25

630 108.7 11744 1269.2×10 1397 552 6

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