某联合循环系统热力性能研究.pdf
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1、第1 4卷第1 4期2023年7 月黑龙江科学HEILONGJIANG SCIENCEVol.14Jul.2023某联合循环系统热力性能研究孙嘉启,刘志焕,李江涛(中国船舶集团有限公司第七0 三研究所,哈尔滨1 5 0 0 7 8)摘要:基于某联合循环系统,分析了蒸汽参数选择对余热锅炉设计及三压再热联合循环整体性能的影响,通过热力计算,结合工程实际,确定主蒸汽压力1 2.6 4MPa,再热蒸汽压力3.33MPa,低压蒸汽压力0.6 6 MPa。在燃气轮机运行工况变化时,对已设计的余热锅炉进行变工况计算,结果表明,主蒸汽压力对联合循环的影响与燃气轮机负荷正相关,而再热蒸汽压力正好相反,低压蒸汽压
2、力的影响十分有限。关键词:联合循环;余热锅炉:热力性能中图分类号:TM611.31Abstract:Based on combined cycle system,the study analyzes the influence of steam parameters on the design of heatrecovery steam generator and the overall performance of triple pressure reheat combined cycle.Through thermodynamiccalculation and actual project
3、,main steam pressure is determined as 12.64 MPa;reheat steam pressure as 3.33 MPa,and Low steam pressure as 0.66 MPa.When the gas turbone operating condition changes,the designed heat recoverysteam generator is calculated.The results indicate that the impact of main steam pressure on the combined cy
4、cle ispositively correlated with the load of the gas turbine load,while the reheat steam pressure is the opposite,and the impactof Low steam pressure is quite limited.Key words:Combined cycle;Heat recovery steam generator;Thermal performance燃气-蒸汽联合循环系统具有热效率高、环境污染小、占地面积少、运行灵活、可靠性高、安装周期短等优点。从电力行业发展来看,
5、燃气蒸汽联合循环系统具有十分广阔的推广前景1 ,而余热锅炉作为燃气一蒸汽联合循环系统中的重要组成部分,是系统一体化与各子系统匹配优化的关键因素2 。我国对于余热锅炉的研究基于热平衡与能量守恒原理,建立数学模型3-4,通过公式的数学推导,研究蒸汽参数选择对余热锅炉当量效率及蒸汽轮机循环效率的影响5 ,以提高联合循环系统的经济效益。1联合循环系统热力性能分析本联合循环系统采用燃气轮机,燃气初温约为1400,I S0 工况条件下容量约为30 0 MW。余热锅炉采用三压再热自然循环余热锅炉,蒸汽轮机采用双缸向下排汽超高压级凝汽式蒸汽轮机,蒸汽轮机在ISO工况条件下容量约为1 5 0 MW。收稿日期:2
6、 0 2 3-0 4-1 746文献标志码:BResearch on Thermal Performance of Combined CycleSun Jiaqi,Liu Zhihuan,Li Jiangtao(No 703 Research Institute of CSIC,Harbin 150078,China)1.1燃气轮机性能参数根据天然气气质条件、气象条件,以冬季条件下纯凝发电工况作为设计工况,具体参数如表1 所示。根据燃气轮机的排气温度与效率最大化目标,决定采用三压再热蒸汽循环的蒸汽系统。表1 工况条件和燃气轮机参数表Tab.1 Conditions and parameters
7、 of gas turbine名称环境温度大气压力燃料类型燃料耗量燃料低位热值燃气轮机排气温度燃气轮机排气流量燃气轮机输出功率1.2蒸汽系统性能参数为了提高蒸汽轮机效率,蒸汽温度一般尽可能取较高值,根据实际情况及金属材料使用温度的限制,余热锅炉主蒸汽温度定为5 40,再热蒸汽出口温度定文章编号:1 6 7 4-8 6 46(2 0 2 3)1 4-0 0 46-0 3单位kPaVhLHV(kJ/kg)/hMW数值15101.3天然气66.7646 0895862617.8306.55为5 6 0,中压蒸汽温度30 0 左右,比其在余热锅炉中上游方向的燃气温度低即可,具体数值根据效率计算确定。为
8、了实现能量的阶梯利用,主蒸汽压力一般选在1 0 MPa以上,但出于安全及经济考虑,不能超过15 MPa。2耳联合循环热力性能匹配分析图1 为三压再热余热锅炉的汽水循环系统。主蒸汽5(过热)16再热17蒸汽图1 三压再热自然循环余热锅炉汽水循环系统Fig.1 Steam and water circulation system diagram of triple-pressurereheat natural circulation heat recovery steam generator1-低压省煤器,2-除氧器,3-低压蒸发器,4-给水泵,5-高压省煤器一,6-中压省煤器7-低压过热器,8-
9、中压锅筒,9-中压蒸发器,1 0-高压省煤器二,1 1-中压过热器,1 2-高压省煤器三,1 3-高压锅筒,1 4-高压蒸发器,1 5-减温器,1 6-高压过热器,1 7-再热器根据余热锅炉的具体结构形式,结合热平衡方程式及传热方程式进行余热锅炉的初步热平衡计算。为了计算方便,假设设备的电耗率原则上保持不变,燃气轮机的功率、排烟温度、排气流量保持不变,余热锅炉的保热系数为0.9 9 7,锅炉排污率为0.5%。高压汽缸漏汽量暂定为9 t/h,蒸汽轮机的内效率暂定为0.8 8。1441421401381361348图2 蒸蒸汽轮机发电量、余热锅炉排烟温度与主蒸汽压力的变化关系Fig.2 Relat
10、ionship between the generating capacity of steam turbine,the temperature of heat recovery steam generatorexhaust gas and the main steam pressure由计算分析可知,随着主蒸汽压力的升高,余热锅炉的排烟温度以0.37 8/MPa的速度逐渐升高,余热锅炉的当量效率逐渐降低,蒸汽轮机发电量以0.834MW/MPa的速度增大。但是,主蒸汽压力并不能无限制提高,一旦主蒸汽压力升高到亚临界压力,余热锅炉受热面及蒸汽轮机必须采用新型材料,前期投及运行成本均会大幅增加,考
11、虑到在极端工况下蒸汽压力还会进一步提高,故主蒸汽压力设定为1 2.6 4MPa左右。144143142141131401391413892.0图3蒸汽轮机发电量、余热锅炉排烟温度冷凝水中压蒸汽低压蒸汽一汽轮机发电量一余热锅炉排烟温度9392910主蒸汽压力/MPa1011009998996一汽轮机发电量一余热锅炉排烟温度95942.53.0再热蒸汽压力/MPa与再热蒸汽压力的变化关系Fig.3Relationship between the generating capacity of steamturbine,the temperature of heat recovery steam ex
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