高緒棟 呂玉紅 蘇偉

摘 要 節(jié)能降耗已經(jīng)成為全社會(huì)的一種共識(shí)，特別是天然氣作為相對(duì)清潔的寶貴資源，合理利用天然氣資源，對(duì)全廠熱效率進(jìn)行優(yōu)化，具有顯著的環(huán)保效益、較好的經(jīng)濟(jì)性及節(jié)能減排效益。本文以9F級(jí)燃機(jī)為例通過對(duì)裝機(jī)方案影響聯(lián)合循環(huán)性能的各個(gè)因素分別進(jìn)行分析優(yōu)化和論述，尋找最佳的聯(lián)合循環(huán)底循環(huán)的設(shè)計(jì)參數(shù)，優(yōu)化熱平衡計(jì)算，提高全廠熱效率。

關(guān)鍵詞 聯(lián)合循環(huán);蒸汽參數(shù);系統(tǒng)優(yōu)化;經(jīng)濟(jì)性分析

1燃?xì)庋h(huán)

燃機(jī)是聯(lián)合循環(huán)機(jī)組中最為重要的主機(jī)，它的性能的好壞除了影響自身的出力外，還影響下游的設(shè)備的性能。因此燃機(jī)的合理選型至關(guān)重要，是對(duì)全廠經(jīng)濟(jì)性影響最大的環(huán)節(jié)之一。

燃機(jī)的自身的性能主要是體現(xiàn)在發(fā)電效率上，影響燃機(jī)發(fā)電效率的因素有很多，比如壓氣機(jī)壓縮比、燃燒溫度、燃燒效率、壓氣機(jī)效率、渦輪機(jī)效率、機(jī)械效率等等。雖然以上各因素都是燃機(jī)的重要特性，對(duì)發(fā)電效率的影響較大，但各家燃機(jī)的不同型號(hào)對(duì)于上述數(shù)據(jù)已經(jīng)進(jìn)行優(yōu)化，形成了成型的產(chǎn)品。目前，作為購買方，只能從不同的產(chǎn)品里面選用適宜的燃機(jī)。

目前，世界上有大型燃機(jī)運(yùn)行業(yè)績(jī)或供貨業(yè)績(jī)的廠商主要有：美國(guó)GE公司、德國(guó)西門子公司、日本三菱重工和意大利安薩爾多公司，國(guó)內(nèi)聯(lián)合體有：東方電氣-MHI聯(lián)合體、哈爾濱動(dòng)力-GE聯(lián)合體、上海電氣-Ansaldo聯(lián)合體、華電重工-西門子聯(lián)合體。

2 蒸汽循環(huán)優(yōu)化

燃?xì)廨啓C(jī)確定以后，排煙參數(shù)便已確定，通過合理選取過熱器出口端差及節(jié)點(diǎn)溫差等確定鍋爐汽水參數(shù)。此方面已經(jīng)有一定的理論研究[1-2]，蒸汽參數(shù)的選擇應(yīng)結(jié)合余熱鍋爐參數(shù)與汽機(jī)廠的制造能力及成熟的產(chǎn)品系列等綜合選取，本文利用GT-PRO工具，結(jié)合具體的9F級(jí)燃機(jī)，對(duì)不同參數(shù)下的工況進(jìn)行建模計(jì)算，通過分析汽機(jī)汽水參數(shù)的變化對(duì)聯(lián)合循環(huán)性能的影響趨勢(shì)，對(duì)全廠熱效率進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.1 ?高壓蒸汽壓力優(yōu)化

當(dāng)燃機(jī)排煙參數(shù)及余熱鍋爐高壓主蒸汽溫度確定以后，提高汽輪機(jī)高壓主蒸汽進(jìn)汽壓力會(huì)導(dǎo)致高壓汽包的壓力增加，從而提高了高壓蒸汽的飽和溫度，而高壓部分的節(jié)點(diǎn)溫度不變，導(dǎo)致高壓汽包后的煙氣溫度升高，經(jīng)過中壓蒸發(fā)段及過熱段的煙氣溫差增大。由溫差的變化導(dǎo)致高壓主蒸汽流量降低，中壓蒸汽流量增加。綜合因素的影響導(dǎo)致低壓蒸汽流量的增加。從圖2中可以看出，中低壓流量的增加只能抵消高壓蒸汽流量的部分減小，因此隨著高壓蒸汽壓力升高，汽機(jī)的輸出功率增加。

但是，隨著高壓蒸汽壓力升高，余熱鍋爐高壓產(chǎn)汽質(zhì)量流量減少、高壓蒸汽比容降低，這都會(huì)使高壓蒸汽體積流量明顯減少。這將要求高壓葉片長(zhǎng)度變短，對(duì)通流效率有不利影響。

對(duì)于余熱鍋爐，隨著高壓主蒸汽進(jìn)汽壓力的增加，余熱鍋爐設(shè)計(jì)強(qiáng)度增加，換熱器的壁厚增加，換熱系數(shù)減小，換熱面積增加。因此，對(duì)余熱鍋爐的投資有不利影響。

因此，綜合比較各方面的因素，主蒸汽進(jìn)汽壓力取13.5～16.5MPa（a）是比較合理的。

2.2 再熱蒸汽壓力優(yōu)化

當(dāng)燃機(jī)排煙參數(shù)及余熱鍋爐的其他參數(shù)確定以后，提高汽輪機(jī)再熱蒸汽壓力會(huì)導(dǎo)致中壓汽包的壓力增加，從而提高了中壓蒸汽的飽和溫度，而中壓部分的節(jié)點(diǎn)溫度不變，導(dǎo)致中壓汽包后的煙氣溫度升高，經(jīng)過低壓蒸發(fā)段及過熱段的煙氣溫差增大。溫差的變化導(dǎo)致中壓補(bǔ)汽流量降低，再熱蒸汽流量降低，而低壓蒸汽流量增加。

從圖3中可以看出，隨著再熱蒸汽壓力的不斷升高，汽輪機(jī)出力呈先增大后減小的趨勢(shì)。對(duì)三壓再熱聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，存在最佳的再熱蒸汽壓力值，但再熱系統(tǒng)對(duì)汽機(jī)功率和聯(lián)合循環(huán)總體性能影響不大。綜合比較各方面的因素，推薦最佳再熱蒸汽壓力范圍取2.9～3.2MPa·a。

2.3 ?低壓補(bǔ)汽壓力優(yōu)化

當(dāng)燃機(jī)排煙參數(shù)及余熱鍋爐其他參數(shù)確定以后，低壓過熱器入口的煙氣溫度便已確定，并且不隨低壓蒸汽壓力變化而變化，而低壓換熱區(qū)煙氣出口溫度則由低壓汽包壓力和低壓汽包的節(jié)點(diǎn)溫差確定。此時(shí)，提高汽輪機(jī)低壓補(bǔ)汽壓力會(huì)導(dǎo)致低壓汽包的壓力增加，從而提高了余熱鍋爐低壓蒸汽的飽和溫度，而低壓部分的節(jié)點(diǎn)溫度不變，導(dǎo)致低壓汽包后的煙氣溫度升高。溫差的變化導(dǎo)致余熱鍋爐低壓蒸汽流量降低，余熱鍋爐排煙溫度升高。

關(guān)于低壓補(bǔ)汽壓力對(duì)汽機(jī)出力的影響需綜合考慮，當(dāng)壓力較低時(shí)，雖然低壓補(bǔ)汽流量增大，但汽機(jī)中低壓缸的分缸壓力降低，低壓缸內(nèi)工質(zhì)的做功能力下降，汽機(jī)出力反而較低。從圖4中可以看出，隨著低壓補(bǔ)汽壓力升高，汽輪機(jī)出力呈先增大后減小的趨勢(shì)。對(duì)于典型9F級(jí)一拖一機(jī)組，汽機(jī)低壓蒸汽壓力通常取0.42-0.55MPa。

2.4 ?高壓/再熱蒸汽溫度優(yōu)化

當(dāng)燃機(jī)排煙參數(shù)及余熱鍋爐高壓/再熱蒸汽壓力確定以后，節(jié)點(diǎn)溫度不變，汽包的飽和溫度不變，則通過蒸發(fā)器出口的煙溫一定，而高壓/再熱蒸汽溫度上升引起熱端溫差減小。因此，高壓/再熱段總吸熱量增加。因此，隨著高壓/再熱蒸汽進(jìn)汽溫度的增加，汽機(jī)功率增加。

但是，由于燃機(jī)排煙溫度和熱端溫差的要求，余熱鍋爐出口溫度不可能無限制增加。因此，汽輪機(jī)進(jìn)口溫度也不可能無限制增加，一般要求熱端溫差大于25℃。綜合各方面的影響因素，高壓/再熱蒸汽汽機(jī)進(jìn)口溫度一般采用566℃。

3結(jié)束語

本文通過利用GT-PRO軟件建模對(duì)9F級(jí)燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組進(jìn)行仿真模擬，形成了不同參數(shù)下的經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)，通過分析對(duì)比，結(jié)合鍋爐和汽機(jī)的實(shí)際情況，確定了蒸汽循環(huán)最佳的參數(shù)，為同類型燃機(jī)的蒸汽參數(shù)設(shè)計(jì)提供了參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 段立強(qiáng)，楊勇平，林汝謀，等.聯(lián)合循環(huán)中蒸汽底循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化研究[J].華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，31（6）：37-39.

[2] 楊愛麗，徐傳海.聯(lián)合循環(huán)電站中余熱鍋爐主要參數(shù)的計(jì)算與選擇[J].燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2003，16（2）：48-51.