燃氣蒸汽聯合循環余熱鍋爐的發展分析

摘 要 本文結合筆者工作實踐，從基本構成與參數、熱力特性兩方面入手，說明了燃氣蒸汽聯合循環余熱鍋爐的發展現狀，同時對燃氣蒸汽聯合循環余熱鍋爐的發展方向進行了分析與展望，旨在豐富有關得燃氣蒸汽聯合循環余熱鍋爐的研究。

關鍵詞 燃氣蒸汽;聯合循環;余熱鍋爐

引言

當前，我國社會經濟與科學技術協同發展，推動著發電技術向著更加高效的方向發展。為了進一步強化循環效率，燃氣蒸汽聯合循環機組在實際的發電過程中得到廣泛應用。對于燃氣蒸汽聯合循環余熱鍋爐來說，其具備熱效率高、運行靈活性強、污染產生量低等優勢。在這樣的背景下，我國對燃氣蒸汽聯合循環余熱鍋爐的性能和開發設計研究進一步加深。

1燃氣蒸汽聯合循環余熱鍋爐的發展現狀分析

1.1 基本構成與參數

科豐熱電一期工程規模為1套52.14MW燃氣輪機聯合循環發電機組（1套PG6531B型燃氣輪機發電機組+1套63.36t/h非補燃雙壓自然循環余熱鍋爐+1套15.54MW凝汽式汽輪發電機組），以及2臺20t/h燃煤輔助供熱鍋爐;二期工程建設規模為1套57.62MW燃氣輪機聯合循環發電機組（1套PG6561B型燃氣輪機+1套72.3t/h非補燃強制循環余熱鍋爐+1套12MW抽凝式汽輪發電機組+1套3MW背壓式汽輪發電機組），拆除原有的2臺20t/h燃煤輔助供熱鍋爐，新設置2臺 20t/h燃氣鍋爐。2014年對一期機組進行改造，1臺全新的H25（35MW）型燃氣發電機組替換原有的PG6531B型，采用全新的不帶補燃、雙壓強制循環余熱鍋爐替換原有的余熱鍋爐。科豐熱電目前穩定對外總供熱能力為120t/h，最大供熱能力為150t/h。受制于科豐熱電出廠供熱管網的管道直徑，管道對外最大供熱能力為120t/h。

1.2 熱力特性分析

燃氣蒸汽聯合循環余熱鍋爐的熱力特性主要如下：第一，加熱熱源。在使用中，氣體燃料并不會出現粉塵問題[1]。第二，變溫顯熱源。推動燃料化學能源轉變為熱能，最終轉化為電能或是機械能。第三，汽水系統的多樣化。可以選用的汽水系統包括單壓汽水系統、雙壓汽水系統、三壓汽水系統等。第四，變工況熱力。在大氣溫度、負荷等因素的影響，排氣溫度與流量產生波動，導致余熱鍋爐的熱力特性發生變化。

2燃氣蒸汽聯合循環余熱鍋爐的發展方向探究

2.1 螺旋鰭片管設計及換熱計算方法的選取

在燃氣蒸汽聯合循環余熱鍋爐的實際運行中，具備大流量、變溫先熱源的特點，因此其對流換熱相對特殊。一般來說，存在于余熱鍋爐內的煙氣與汽水介質之間的換熱穩壓偏低。基于對機組整體結構緊湊布置、減少鋼材實際用量的考量，引入螺旋鰭片管具有極高的現實價值。固定煙氣介質、溫度與速度，當螺旋鰭片管的管徑降低時，翅片更高且各個節點之間的距離更小，因此實際的傳熱效果也有所增高。

從螺旋鰭片管的換熱計算方法來看，在現階段的研究中，尚未形成完善的計算方法。在我國的實踐中，普遍依托國外研究成果進行計算以及系數（如污染系數）修正。

2.2 煙氣的流動性

煙氣流動特性的研究是當前燃氣蒸汽聯合循環余熱鍋爐研究中的主流方向。在現階段的研究實踐中，普遍使用FLUEN丁流體計算軟件進行煙氣流動性的研究[2]。在該軟件的支持下，可以將速度場、壓力場分布情況轉換為更為直觀、具體的表現形式，為后續優化設計的展開提供參考。同時，依托冷態空氣動力試驗裝置校核煙道形狀特性也是目前燃氣蒸汽聯合循環余熱鍋爐的發展與研究的熱點內容。

2.3 聯合循環快速啟動

為了進一步提升燃氣蒸汽聯合循環余熱鍋爐的氣動速度與穩定性，展開對聯合循環布置方式的研究極為必要。在當前的生產活動中，常用的大型聯合循環裝置主要包含燃氣輪機與汽輪機相互運用的發電機一臺、無旁路煙道等結構。想要實現聯合循環的快速啟動，需要適當增大鍋筒容量，防止汽水的涌入;引入更大的水位量程設計，以此達到滿足保護水位與報警水位現實需求的目標;使用管徑更小、管壁更薄的螺旋鰭片管，提升傳熱效果。

2.4 熱力參數優化

構建數學模型是目前最常用燃氣蒸汽聯合循環余熱鍋爐熱力參數優化形式，在該模型中，主要包含著設計工況以及對變工礦的建模，通過計算與比較，能夠獲取最佳的設計方案，且同時達到提升熱經濟性的效果。在此過程中，涉及的關鍵內容如下所示：第一，優化汽水系統。對進入余熱鍋爐燃氣溫度確定單壓、多壓等是否再熱，并進行對比。如果燃氣輪機排煙煙氣流量高于每秒鐘120千克，且燃氣溫度達到500℃以上，則可以使用雙壓汽水系統或是三壓汽水系統。第二，確定節點溫差以及排煙溫度。在節點溫差降低的情況下，余熱鍋爐的排氣溫度也有所下降，促使熱效率增大;同時，平度的傳熱溫差下降，推動受熱面積增大。基于此，出于對循環效益的考量，進行節點溫差以及排煙溫度的合理調整極為必要。第三，控制蒸汽輪機與余熱鍋爐的高度匹配。在主蒸汽壓力、溫度提升的條件下，主蒸汽壓力參數影響著余熱鍋爐中的燃氣溫度以及受熱面。為了提升蒸汽輪機與余熱鍋爐的匹配程度，必須遵循汽輪機做功量最大原則。

3結束語

綜上所述，燃氣蒸汽聯合循環余熱鍋爐具備熱效率高、運行靈活性強、污染產生量低等優勢，在當前得到了廣泛應用，展開相應余熱鍋爐的性能和開發設計深入研究具有極高的現實價值。在當前與未來的發展中，聯合循環余熱鍋爐的研究更加偏向設計優化、計算方法與參數調整等，推動其性能的升級。

參考文獻

[1] 王志永，許賀，朱慧敏，等.燃氣-蒸汽聯合循環機組余熱鍋爐熱效率計算模型對比分析[J].華電技術，2020，42（6）：47-51.

[2] 楊倩玉，姜陽，王雷.影響燃氣-蒸汽聯合循環余熱鍋爐效率因素分析[J].沈陽工程學院學報（自然科學版），2018，14（3）：209-215.

作者簡介

王真（1984-），男，浙江三門人;學歷：本科，職稱：助理工程師，現就職單位：寧波科豐燃機熱電有限公司，研究方向：節能提效方向。