天然气分布式能源站余热锅炉选型探讨

2016-03-14葛春亮

工程技术研究 2016年11期

关键词：选型余热分布式

孙浩，葛春亮

（浙江天地环保科技有限公司，浙江杭州 310000）

天然气分布式能源站余热锅炉选型探讨

孙浩，葛春亮

（浙江天地环保科技有限公司，浙江杭州 310000）

文章介绍余热锅炉效率、节点温差等主要性能参数，并对余热锅炉选型考虑因素进行了描述，为天然气分布式能源站余热锅炉的选型提供技术参考。

分布式能源；天然气；余热锅炉

天然气分布式能源采用天然气作为燃料，与燃煤火电机组相比，其SO2和固体废弃物排放几乎为零，二氧化碳排放量减少50%以上，具有很强的环保优势。气轮机余热锅炉是天然气分布式能源电站的主要设备组成，其通过对气轮机排除的气体中的余热进行回收，这部分有余热的气体，其温度仍旧较高，一般能达到550℃左右，甚至其温度能伴随着气轮机入口的温度升高而使得排气温度也同样升高，且该回收气体所产生的蒸汽作为一种动力作用于蒸汽轮机发电的换热设备。这一回收利用的过程，不仅可以提高其工作效率还能大大降低整体设备自身的负荷。

1 主要性能参数

①余热锅炉的效率，是指通过对燃气轮机排气热量的余热回收利用的利用率程度，而该余热锅炉排气温度的利用率程度和选择设备所用的蒸汽循环模式、节点温度比值以及燃料属性和成分有着紧密的关系；②节点温度比值就是节点温差，是余热锅炉中蒸发器入口处的燃气温度与饱和温度之间的差值，节点温差减小，会相应减少余热锅炉的排气温度，提高余热利用率；③接近点温度比值是接近点温差，是在余热锅炉正常汽包工作压力下温度达到饱和状态与进入汽包前省煤器出口水温之间的差值，一般5～20℃，是控制省煤器汽化的参数；④排气温度，直接影响到其经济性。单压汽水系统的余热锅炉，排气温度160～200℃，采用双压或三压汽水系统，排气温度可以降至110～120℃；⑤余热锅炉烟气阻力，按联合循环设备国际标准规定，对于单压、双压和三压余热锅炉分别为2.5、3.0、3.3kPa。一般燃气轮机背压每增加1kPa时，其功率下降0.6～0.7%，热耗率会增大0.6～0.7%。

2 余热锅炉型号的选择

余热锅炉型号的选择，需从以下三方面进行考虑。

2.1 汽水循环系统中的压力级别的考量

多压系统的采用首先取决于不同蒸汽作用力的利用选择。在汽水循环系统中的压力级别即是指余热锅炉中余热回收利用产生的蒸汽的作用压力的级别，通常情况下分为单压、双压和三压三种级别。

单压锅炉投资较省，但是其排烟温度较高，理论上可在主蒸汽省煤器出口另外增加一套换热装置，并产生较低参数的蒸汽，以提高余热锅炉的效率。小型燃气轮机联合循环电厂由于汽轮机容量较小，进汽压力较低，建议采用单压余热锅炉，并在尾部加装省煤器产生98℃的高温热水作为吸收剂冷热源。燃气轮机排气量相对较大，考虑调节灵活方便，可采用一拖一方案。对燃气内燃联合循环，其排气量远小于燃气轮机，可采用四拖二方案，即4台内燃机分别进入2台单压余热锅炉产生蒸汽，再共同进入一台汽轮机发电，并在尾部加装省煤器产生80℃的高温热水作为吸收剂冷热源。

当压力级别达到三压时，其余热锅炉中的高压蒸汽直接作用于气轮机，而中压蒸汽则供给与气轮机中的补气发电。基于三压余热锅炉与双压余热锅炉相比，不管哪一种级别的压力模式均可以通过对尾部受热面的扩大从而提高水温，并供给高温热水。在实际运用中，三压和双压的初期投资成本较高，两种压力级别的余热效率的差距仅为2.5%左右，其间比较中双压余热锅炉较于三压余热锅炉能产生较多的高压蒸汽。不能用于发电，利用价值不大。因此，根据工程的情况，一般推荐采用双压余热锅炉。

2.2 锅炉的循环方式的选择

较为普遍的余热锅炉炉型区分是按照其受热面的分布进行分类，有卧式和立式两种，这两中类型的余热锅炉均可以联合循环机组进行使用。余热锅炉联合循环机组的循环方式主要有两种，即是：强制循环和自然循环。

自然循环通常应用在锅炉循环水循环中，通过气体流动方面流过各级别压力的受热面，而其受热面管束呈水平分布。强制循环通常应用于锅炉水循环中，通过使用循环泵作为水循环的动力进行强制执行。两种循环方式比较中，强制循环比自然循环的冷启动更快。强制循环的气体流动为垂直进行，余热锅炉的安装呈垂直状，更加节约空间面积，但是较于自然循环，强制循环还需要加装循环泵设备。

2.3 锅炉补燃与否的选择

余热锅炉补燃与否的选择是余热锅炉选型要考虑的重要一个环节，一般不选择锅炉补燃的情况是在余热锅炉出力匹配于气轮机额定的进气量时，可不采用补燃方式。采用余热锅炉补燃的循环机组可提高余热锅炉的蒸汽品质，但补燃中燃料的利用率较低，同时也增大了系统的阻力，使得大大降低了联合循环机组的工作效率，且补燃燃料的属性和成分的选择也会增加余热锅炉利用的成本。一般情况下会较不采用补燃的方式高25～35%。