9F级燃气蒸汽联合循环发电机组性能分析

关键词：膨胀压缩空气

燃气轮机的工作流程基本为:从空气中吸收空气做工质, 然后经过一系列程序压缩、加热、膨胀后排到大气中。该装置的输出功为:膨胀的做功减去压缩的耗功以及其他损耗功。所以, 这样即可看出对压气机的耗功的影响因素中气候条件也是其一:气暨增加会使得燃机出力减少;气压增加会使得燃机出力相应增加。下面以9F级燃机为例, 它的效率点随机型的不同会随之改变, 正常情况下是10°C~15°C。所以燃机的进气冷却效益要从该燃机组的总体效率的影响到总燃料变化来决定。

1 进气冷却的原理

进气冷却分为两种:蒸发冷却技术和制冷冷却技术。以下分别介绍两种冷却技术的原理。

1.1 蒸发冷却的原理是利用水在空气中蒸发吸热从而空气温度降低。

其过程是水蒸发时与未饱和的空气相接触, 从而传热传质。最后是水蒸发吸收热便温度降低。这种方式勿需太多成本, 费用低, 特别适合在干燥炎热的地区。随之, 这种方式缺陷往往也是显而易见的。空气中的水对燃机的压力是有限制的, 水分过多会降低燃机的使用寿命。采用此冷却方式是通过燃机内的热交换器在降低进气时的温度。

1.2 制冷冷却技术根据共型式分为压缩式制冷和吸收式制冷等。

(1) 压缩制冷是利用燃机的制冷循环模式, 将耗功转化为制冷。优点是可以在使用者一开始就能获得低温。

(2) 吸收式制冷利用电厂低位余热制冷, 由于利用低品位的热能且不消耗电力制冷, 有利于提高机组运行的经济性。当其在制冷负荷变化较大时, 效率较高。吸收制冷常采用溴化锂吸收制冷。溴化锂机组也可采用直燃式, 但通常直燃机的价格高于蒸汽式溴化锂机组, 而直燃机的配套燃气系统也相当复杂, 而电厂中、低品位的蒸汽源很容易获得。

2 9F级燃气蒸汽联合循环发电机组的性能

当气温在25℃以下时, 燃机出力随相对湿度增加而增加, 在25℃以上时, 燃机出力随相对湿度增加而减少。其中, 通过减少进气滤网、进气道的压降, 使燃机压气机进气压力增高。气温可调节的方法较多。当气候炎热时, 可通过各种降温手段使压气机进气温度下降, 从而使压气机功耗减少, 以增加净输出功。燃机进气的相对湿度通常随进气冷却而增加。需注意, 降低进气温度, 会增加机组的出力, 但对联合循环机组的效率来说未必如此。

由于目前9F级燃气轮机及配套的蒸汽轮机都是定型产品, 在此, 不再讨论如何进一步优化。但是对余热锅炉, 仍有一些优化的余地。对于配套燃用天然气9F级机组的余热锅炉, 目前普遍采用卧式、三压再热、自然循环形式。在某特定工况下, 当燃机类型确定时, 机组的效率将主要取决于余热锅炉和蒸汽轮机组成的蒸汽系统的流程设置和参数的优化匹配。影响机组性能的主要因素有: (1) 余热锅炉的性能参数, 主要包括热端温差、窄点温差、接近点温差、气侧阻力、排烟温度及余热锅炉的结构参数, 主要为受热面参数等。 (2) 余热锅炉出口的蒸汽的压力、温度等。其中, 热端温差是指过热器出口汽温与过热器入口烟温之间的温差。窄点温差是烟气与饱和水蒸汽温度差的最小点, 通常在HRSG蒸发器出口位置。接近点温差是省煤器出口水压下饱和温度和出口水温度间的温差。

2.1 高压主蒸汽出口压力对机组性能的影响

当余热锅炉的各项参数性质确定下来后, 将主蒸汽出口压力增大会使得高压汽包压力也随之相应增多, 使之温度趋干饱和。当其参数突点温度不发生变化, 会致使烟气在经过高压气包后温度增加。如高压部分的窄点温度不变, 导致经过高压汽包后的烟气温度升高, 经过中压蒸发段及过热段的烟气温差增大。温差变化将导致高压主蒸汽流量降低, 中压蒸汽流量增加, 综合因素的影响导致低压蒸汽流量增加。如中、低压蒸汽流量增加部分大于高压蒸汽流量减少部分, 汽机输出功率增加。

2.2 高压主蒸汽出口温度对机组性能的影响

当压力和窄点温度一定时, 汽包的饱和温度一定, 则通过蒸发器出口的烟温一定, 如果提高主蒸汽温度将引起热端温差减小, 则高压段总吸热量增加。因而随着主蒸汽温度的增加, 汽机功率增加。

2.3 高压部分窄点温差对机组性能的影响

当高压部分窄点温差在一定范围内变化时, 由于汽侧各换热器前、后压力和温度不变, 因此, 随高压部分窄点温差增加, 主蒸汽流量大量减少, 导致中、低压蒸汽吸热量增加, 会对中、低压蒸汽流量及换热面积有一定的影响。由于高压主蒸汽是进汽膨胀做功的重要部分, 其流量大量减少, 导致汽机功率大幅降低。

2.4 高压部分接近点温差对机组性能的影响

当高压部分接近点温差增大时, 省煤器出口水温减小, 导致高压省煤器受热面积减小, 高压蒸发器受热面积有较大增加, 高压过热器受热面积略减小, 因而高压主蒸汽的流量略减小, 汽机做功能力略减小, 进而导致机组功率和效率的略降低。

燃机电厂和常规火电厂以及9F级电厂设计各有特点, 发电机出口断路器、滤波器、隔离变、SFC盘柜、电气包等设备的选择和布置、抑制谐波污染是9F级燃机电厂相对火电厂必须面对的电气问题, 应根据具体工程特点特别关注。汽机冷端优化是提高机组性能和经济效益的有效手段, 但该项优化与机组冷却方式和当地水文、气象条件紧密相关, 建议结合机组特性、冷却方式及环境条件, 对增加机组出力与一次性投资及运行成本进行综合比较, 以取得最佳经济效益。对采用燃机进气冷却, 机组的出力增加非常明显, 但投资较大, 并与现场的气象条件直接相关, 建议结合当地的气象条件、机组可能的运行小时数进行技术经济分析后确定。

摘要：根据我公司9F级燃气蒸汽联合循环发电机组的运行状况, 如对主机参数进行优化匹配, 对辅助系统进行优化, 提高机组的出力和效率, 可以最大限度降低发电成本, 可有效提高9F级燃机电厂的竞争力。文章基于此拟主要讨论9F级燃气蒸汽联合循环发电机组性能特点。

关键词：发电机,9F级,联合循环发电