論余熱鍋爐型聯合循環中雙壓再熱式余熱鍋爐的特性與汽輪機特性的優化匹配問題

摘 要：本文首先通過對余熱鍋爐（HRSG）的類型進行簡單介紹，進而分析聯合循環中雙壓再熱式余熱鍋爐的熱力特點，引申出雙壓再熱式余熱鍋爐與汽輪機特性的匹配問題，探討各種因素對余熱鍋爐（HRSG）排氣溫度TA2的影響，進而對溫度參數做出調節，以此來優化汽輪機中的主蒸汽、中壓蒸汽以及低壓蒸汽的壓力。

關鍵詞：余熱鍋爐；聯合循環；汽輪機特性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.042

0 引言

近年來，隨著各種能源的緊缺以及提倡節能減排的方針政策，對于鍋爐的選擇更加注重對能源的消耗和運行成本。鍋爐是現實生活中不論是生活還是工業生產都離不開的工具之一，因此本著對鍋爐的能源節約以及節能生產的目的，余熱鍋爐（HRSG）被廣泛普及和應用起來。本文以研究雙壓再熱式余熱鍋爐排氣溫度TA2的特性為出發點，探討影響排氣溫度TA2的各種因素以及在此基礎上研究了雙壓再熱式余熱鍋爐的特性與汽輪機循環的有效效率ZST之間的優化匹配關系，以此來優化聯合循環型的余熱鍋爐（HRSG）。

1 余熱鍋爐的的主要類型

（1）以用途分類。發電用途的余熱鍋爐（HRSG），主要是指在聯合循環（IGCC）中的使用循環裝置的余熱鍋爐（HRSG），包括了在整體布局中使用煤氣化聯合循環（IGCC）和流化床燃煤聯合循環（PFBC-CC和AFBC-CC的聯合）的余熱鍋爐（HRSG）；功熱并供使用的HRSG，在用驅動汽輪機作為發電源以外，同時對生產提供蒸汽以及熱水，采取以熱發電；注蒸汽燃氣輪機用的HRSG，是使部分或全部蒸汽回注到燃氣輪機中，二次回收排熱，使功率增大進而提高了效率。

（2）以總體結構分類。臥式HRSG，采用的循環結構是自然循環，與傳熱管束的布置方式為垂直方向；立式HRSG，借助泵循環增強對水的壓力使其進入到蒸發器管束中，為水平布置方式。

（3）以蒸汽參數分類。通過與熱爐系統相匹配的燃氣輪機形式、參數以及使用者的需要為標準，將余熱鍋爐分為單壓、雙壓、雙壓再熱、三壓、三壓再熱五大類型。其中應該注意的是對測參數的確定，通過對初投資的考慮、燃料的質量和價格以及電站的運行模式為考量因素，進而對測參數進行精確確定[1]。

2 聯合循環中雙壓再熱式余熱鍋爐的熱力特點

首先，變溫顯熱源，這是最為突出的一個特點。在進行高溫段作業的過程中，主要以燃氣輪機的輸出轉變為機械功的輸出，讓燃氣輪在排氣散發的熱量在HRSG中被回收，進而生成了蒸汽和熱水，作為驅動汽輪機的熱能源。

其次，雙壓再熱式余熱鍋爐的另一顯著特點就是中溫和大流量工質。目前燃氣輪機的應用技術不斷發展，大大提升了燃氣輪機在HRSG熱源載體的進口溫度，也使得流量明顯提升，比如目前標準蒸汽進口溫度為五百至六百攝氏度（無補燃時），或者七百至七百八十攝氏度（補燃時），流量為120至160kg/s。

最后，變工況熱力特點，在鍋爐燃氣的熱源變動較大時，蒸汽測參數對熱力的要求就會相對比較穩定。雖然燃氣輪機的負荷是呈現動態表現的，并且在大氣環境中的常運行溫度變化又比較大（在零下二十攝氏度至四十五攝氏度之間），因此燃氣輪機的排氣溫度和流量都會發生波動比較大的情況，這樣在變工況過程中HRSG燃氣和蒸汽兩側的熱力變化會出現不協調的現象[2]。

3 雙壓再熱式余熱鍋爐與汽輪機特性的匹配問題

針對雙壓再熱式余熱鍋爐與汽輪機特性的匹配為主題進行實驗。首先設定在燃氣輪機已經選定為實驗前提，為了使聯合循環HRSG的運行效率達到最佳狀態，就必須對選擇蒸汽的參數實現進一步優化與協調，以此來使聯合循環雙壓再熱式余熱鍋爐中汽輪機循環的有效效率（Zst）和HRSG的當量效率（Zk）的乘積達到最大，進而達到使汽輪機的最大做功量與其對應的主蒸汽參數的最佳匹配值。

因此，要使雙壓再熱式余熱鍋爐中的燃氣輪機的達到做功量最大，首先通過使汽輪機發電機軸端測得的功率（Pst）最大，進而使聯合循環的發電效率（ZGCC）達到最高值，同時也使HRSG的當量效率與聯合循環中汽輪機循環有效效率二者的乘積達到最高值，顯然，就可以來優化匹配蒸汽的參數[3]。

4 余熱鍋爐的聯合循環設計原則

第一，在合理的經濟型技術下，盡可能的使余熱回收率達到最高，即提高熱效率。第二，由于系統具有較低的熱慣性，要使HRSG適應燃氣輪機的快速啟動速度以及加減載的動態特性，進而達到縮短整個聯合循環系統作業的啟動時間。第三，聯合循環系統中催化還原器的配置是為了控制NOx的排放量而設立的，因此HRSG要精準的判斷其設立位置，保證在合適的溫度范圍內能做到正常運行。

5 結論

聯合循環的余熱鍋爐是通過各個循環回路完成熱能的保留進而達到對蒸汽的循環直至產生效能的鍋爐形式。總的來說，以上通過對各種因素對余熱鍋爐（HRSG）排氣溫度TA2的影響，進而對溫度參數做出調節，研究了雙壓再熱式余熱鍋爐的特性與汽輪機循環的有效效率ZST之間的優化匹配關系，以此來優化汽輪機中的主蒸汽、中壓蒸汽以及低壓蒸汽的壓力，達到了優化聯合循環型余熱鍋爐的目的。

參考文獻：

[1]焦樹建.論余熱鍋爐型聯合循環中三壓無再熱的余熱鍋爐之特性與汽輪機特性的優化匹配問題[J].燃氣輪機技術，2001（03）：145-146.

[2]焦樹建.常規的燃氣-蒸汽聯合循環熱效率的關系式[J].燃氣輪機技術，1991（03）：123-124.

[3]應明良.鎮海300MW聯合循環電站余熱鍋爐調試問題的探討[J]. 燃氣輪機技術，2000（03）：98-100.

[4]楊衛宏，賴亞欣，蕭澤強.余熱鍋爐流場溫度場數值計算[J].中國有色金屬學報，2000（02）：65-66.

[5]黃鴻斌，張廣玉，崔天祥，陳志剛，周群，劉鳳閣，劉劍輝，鄒慶余.一種新型余熱鍋爐擋風板控制裝置的設計[J].機械工程師，2000（06）：147-148.

作者簡介：武慶嶺（1986-），男，山東泰安人，本科，助理工程師，研究方向：鍋爐、汽輪機在熱力系統中的應用。endprint