論余熱鍋爐型聯(lián)合循環(huán)中雙壓再熱式余熱鍋爐的特性與汽輪機(jī)特性的優(yōu)化匹配問題

摘 要：本文首先通過對(duì)余熱鍋爐（HRSG）的類型進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，進(jìn)而分析聯(lián)合循環(huán)中雙壓再熱式余熱鍋爐的熱力特點(diǎn)，引申出雙壓再熱式余熱鍋爐與汽輪機(jī)特性的匹配問題，探討各種因素對(duì)余熱鍋爐（HRSG）排氣溫度TA2的影響，進(jìn)而對(duì)溫度參數(shù)做出調(diào)節(jié)，以此來優(yōu)化汽輪機(jī)中的主蒸汽、中壓蒸汽以及低壓蒸汽的壓力。

關(guān)鍵詞：余熱鍋爐；聯(lián)合循環(huán)；汽輪機(jī)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(jié)能減排的方針政策，對(duì)于鍋爐的選擇更加注重對(duì)能源的消耗和運(yùn)行成本。鍋爐是現(xiàn)實(shí)生活中不論是生活還是工業(yè)生產(chǎn)都離不開的工具之一，因此本著對(duì)鍋爐的能源節(jié)約以及節(jié)能生產(chǎn)的目的，余熱鍋爐（HRSG）被廣泛普及和應(yīng)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(fā)點(diǎn)，探討影響排氣溫度TA2的各種因素以及在此基礎(chǔ)上研究了雙壓再熱式余熱鍋爐的特性與汽輪機(jī)循環(huán)的有效效率ZST之間的優(yōu)化匹配關(guān)系，以此來優(yōu)化聯(lián)合循環(huán)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(fā)電用途的余熱鍋爐（HRSG），主要是指在聯(lián)合循環(huán)（IGCC）中的使用循環(huán)裝置的余熱鍋爐（HRSG），包括了在整體布局中使用煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）和流化床燃煤聯(lián)合循環(huán)（PFBC-CC和AFBC-CC的聯(lián)合）的余熱鍋爐（HRSG）；功熱并供使用的HRSG，在用驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)作為發(fā)電源以外，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)提供蒸汽以及熱水，采取以熱發(fā)電；注蒸汽燃?xì)廨啓C(jī)用的HRSG，是使部分或全部蒸汽回注到燃?xì)廨啓C(jī)中，二次回收排熱，使功率增大進(jìn)而提高了效率。

（2）以總體結(jié)構(gòu)分類。臥式HRSG，采用的循環(huán)結(jié)構(gòu)是自然循環(huán)，與傳熱管束的布置方式為垂直方向；立式HRSG，借助泵循環(huán)增強(qiáng)對(duì)水的壓力使其進(jìn)入到蒸發(fā)器管束中，為水平布置方式。

（3）以蒸汽參數(shù)分類。通過與熱爐系統(tǒng)相匹配的燃?xì)廨啓C(jī)形式、參數(shù)以及使用者的需要為標(biāo)準(zhǔn)，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(yīng)該注意的是對(duì)測(cè)參數(shù)的確定，通過對(duì)初投資的考慮、燃料的質(zhì)量和價(jià)格以及電站的運(yùn)行模式為考量因素，進(jìn)而對(duì)測(cè)參數(shù)進(jìn)行精確確定[1]。

2 聯(lián)合循環(huán)中雙壓再熱式余熱鍋爐的熱力特點(diǎn)

首先，變溫顯熱源，這是最為突出的一個(gè)特點(diǎn)。在進(jìn)行高溫段作業(yè)的過程中，主要以燃?xì)廨啓C(jī)的輸出轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功的輸出，讓燃?xì)廨喸谂艢馍l(fā)的熱量在HRSG中被回收，進(jìn)而生成了蒸汽和熱水，作為驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)的熱能源。

其次，雙壓再熱式余熱鍋爐的另一顯著特點(diǎn)就是中溫和大流量工質(zhì)。目前燃?xì)廨啓C(jī)的應(yīng)用技術(shù)不斷發(fā)展，大大提升了燃?xì)廨啓C(jī)在HRSG熱源載體的進(jìn)口溫度，也使得流量明顯提升，比如目前標(biāo)準(zhǔn)蒸汽進(jìn)口溫度為五百至六百攝氏度（無補(bǔ)燃時(shí)），或者七百至七百八十?dāng)z氏度（補(bǔ)燃時(shí)），流量為120至160kg/s。

最后，變工況熱力特點(diǎn)，在鍋爐燃?xì)獾臒嵩醋儎?dòng)較大時(shí)，蒸汽測(cè)參數(shù)對(duì)熱力的要求就會(huì)相對(duì)比較穩(wěn)定。雖然燃?xì)廨啓C(jī)的負(fù)荷是呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)表現(xiàn)的，并且在大氣環(huán)境中的常運(yùn)行溫度變化又比較大（在零下二十?dāng)z氏度至四十五攝氏度之間），因此燃?xì)廨啓C(jī)的排氣溫度和流量都會(huì)發(fā)生波動(dòng)比較大的情況，這樣在變工況過程中HRSG燃?xì)夂驼羝麅蓚?cè)的熱力變化會(huì)出現(xiàn)不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象[2]。

3 雙壓再熱式余熱鍋爐與汽輪機(jī)特性的匹配問題

針對(duì)雙壓再熱式余熱鍋爐與汽輪機(jī)特性的匹配為主題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。首先設(shè)定在燃?xì)廨啓C(jī)已經(jīng)選定為實(shí)驗(yàn)前提，為了使聯(lián)合循環(huán)HRSG的運(yùn)行效率達(dá)到最佳狀態(tài)，就必須對(duì)選擇蒸汽的參數(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步優(yōu)化與協(xié)調(diào)，以此來使聯(lián)合循環(huán)雙壓再熱式余熱鍋爐中汽輪機(jī)循環(huán)的有效效率（Zst）和HRSG的當(dāng)量效率（Zk）的乘積達(dá)到最大，進(jìn)而達(dá)到使汽輪機(jī)的最大做功量與其對(duì)應(yīng)的主蒸汽參數(shù)的最佳匹配值。

因此，要使雙壓再熱式余熱鍋爐中的燃?xì)廨啓C(jī)的達(dá)到做功量最大，首先通過使汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)軸端測(cè)得的功率（Pst）最大，進(jìn)而使聯(lián)合循環(huán)的發(fā)電效率（ZGCC）達(dá)到最高值，同時(shí)也使HRSG的當(dāng)量效率與聯(lián)合循環(huán)中汽輪機(jī)循環(huán)有效效率二者的乘積達(dá)到最高值，顯然，就可以來優(yōu)化匹配蒸汽的參數(shù)[3]。

4 余熱鍋爐的聯(lián)合循環(huán)設(shè)計(jì)原則

第一，在合理的經(jīng)濟(jì)型技術(shù)下，盡可能的使余熱回收率達(dá)到最高，即提高熱效率。第二，由于系統(tǒng)具有較低的熱慣性，要使HRSG適應(yīng)燃?xì)廨啓C(jī)的快速啟動(dòng)速度以及加減載的動(dòng)態(tài)特性，進(jìn)而達(dá)到縮短整個(gè)聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)作業(yè)的啟動(dòng)時(shí)間。第三，聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)中催化還原器的配置是為了控制NOx的排放量而設(shè)立的，因此HRSG要精準(zhǔn)的判斷其設(shè)立位置，保證在合適的溫度范圍內(nèi)能做到正常運(yùn)行。

5 結(jié)論

聯(lián)合循環(huán)的余熱鍋爐是通過各個(gè)循環(huán)回路完成熱能的保留進(jìn)而達(dá)到對(duì)蒸汽的循環(huán)直至產(chǎn)生效能的鍋爐形式?？偟膩碚f，以上通過對(duì)各種因素對(duì)余熱鍋爐（HRSG）排氣溫度TA2的影響，進(jìn)而對(duì)溫度參數(shù)做出調(diào)節(jié)，研究了雙壓再熱式余熱鍋爐的特性與汽輪機(jī)循環(huán)的有效效率ZST之間的優(yōu)化匹配關(guān)系，以此來優(yōu)化汽輪機(jī)中的主蒸汽、中壓蒸汽以及低壓蒸汽的壓力，達(dá)到了優(yōu)化聯(lián)合循環(huán)型余熱鍋爐的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]焦樹建.論余熱鍋爐型聯(lián)合循環(huán)中三壓無再熱的余熱鍋爐之特性與汽輪機(jī)特性的優(yōu)化匹配問題[J].燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2001（03）：145-146.

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作者簡(jiǎn)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(jī)在熱力系統(tǒng)中的應(yīng)用。endprint