降低区域式天然气分布式系统的余热锅炉排烟温度的方案

余莉

(1.中国华电科工集团有限公司，北京 100070； 2.华电分布式能源工程技术有限公司，北京 100070)

0 引言

区域式天然气分布式能源系统是以燃气轮机或内燃机为原动机，以余热锅炉为余热利用设备产生蒸汽，通过冷热电联产的方式，直接向一定区域范围内的生产企业、厂房、楼宇建筑等用户输出热(冷)能、电能的能源供应系统。

余热锅炉利用燃气轮机排放的高温烟气，通过锅炉中设置的高压过热器、高压蒸发器、高压省煤器、低压过热器、低压蒸发器和低压省煤器的受热面降低烟气温度，同时产生蒸汽。余热锅炉的排烟温度越低，则锅炉效率越高，分布式能源系统的综合能源利用效率也越高。

余热锅炉的排烟温度与给水温度、烟气中的硫化物含量、锅炉的选型等因素有关。通常为避免低温腐蚀，余热锅炉的排烟温度要比酸露点高出10 ℃以上。由于天然气分布式能源项目采用清洁的、硫化氢含量较低的天然气作为燃料，烟气中的硫化物含量很低， 因此酸露点也不高(一般在60 ℃左右)。因此，当余热锅炉的选型确定后，影响排烟温度的主要因素为给水温度，降低给水温度即可降低排烟温度。

1 余热锅炉的分类

余热锅炉有多种分类，根据产生蒸汽压力的等级分为单压和双压；按工质循环方式又可分为自然循环和强制循环；按结构布置方式分为立式和卧式；根据烟气侧的热源形式，分为有补燃余热锅炉和无补燃余热锅炉。带整体除氧器的余热锅炉取代了不带整体除氧器的设置，这是因为：一方面，带整体除氧器的余热锅炉减少了占地，系统也更为简单；另一方面，余热锅炉低压汽包可兼做除氧水箱，减少了余热锅炉的投资设备。

区域式分布式联合循环系统，通常采用卧式自然循环双压余热锅炉。区域式分布式简单循环系统，通常采用卧式自然循环单压余热锅炉。

2 区域式分布式能源系统的配置方案

区域式分布式能源系统有燃气-蒸汽简单循环系统和燃气-蒸汽联合循环系统两种方案。

2.1 燃气-蒸汽联合循环系统

将燃气轮机和蒸汽轮机这两种按不同热力循环工作的热机联合在一起的机组，可简称为联合循环。联合循环机组一般配置有燃气轮机或内燃机、余热锅炉和蒸汽轮机。燃气轮机不设置旁路烟囱，高温烟气通过余热锅炉产生有一定压力的蒸汽后排入烟囱，余热锅炉产生的蒸汽可驱动蒸汽轮机发电机组发电。

燃气-蒸汽联合循环分布式能源系统的余热锅炉给水温度为蒸汽轮机的凝结水温度。当供热抽汽没有回水时，凝汽器设置真空鼓泡除氧器，将温度约20 ℃的补水全部补入凝汽器，约为30 ℃的凝结水作为给水进入余热锅炉，此时余热锅炉的给水需高于水露点温度(一般为30～60 ℃)。通过将尾部省煤器再循环系统，给水的温度升至50 ℃左右，锅炉排烟温度可降至约80 ℃。对于配置了背压式蒸汽轮机的联合循环系统，当供热排汽没有回水时，自温度约20 ℃的除盐水补水只能补入余热锅炉。由于氧含量较高的除盐水必须进行除氧，余热锅炉的给水温度为除氧器出口的给水温度。

2.2 燃气-蒸汽简单循环系统

燃气轮机的高温烟气通过余热锅炉生产出一定压力的蒸汽，蒸汽直接向外输送或通过减温减压后对外供热，也可简称为简单循环。

燃气-蒸汽简单循环的分布式能源系统没有蒸汽轮机，余热锅炉的给水温度为除氧器出口的给水温度。

3 降低区域式分布式能源系统排烟温度的配置方案

从上述分析可知，对于配置了背压式蒸汽轮机的联合循环的分布式供能系统和简单循环的分布式供能系统，余热锅炉的给水温度与除氧器出口的给水温度一致。为了充分利用余热，采用合适的除氧系统降低除氧器的出口水温，就可以降低余热锅炉的给水温度、提高锅炉效率。降低余热锅炉排烟温度，可选择配置大气式除氧器系统和真空除氧器系统两种方案。

3.1 大气式除氧器系统

对于压力、温度不高的小容量机组，其给水系统一般配置大气式除氧器。当104 ℃的除氧器出水进入余热锅炉省煤器后，则余热锅炉的排烟温度会高于110 ℃。若项目有稳定的低温热水负荷需求时(如采暖、制冷、生活热水和天然气加热器等)，可以在余热锅炉尾部设置烟气热水换热器，制取低温热水来进一步降低排烟温度至90 ℃以下。

3.2 真空除氧器系统

当低温热水负荷较小或只有季节负荷时，补水可配置真空除氧器系统。

真空除氧装置由除氧头、除氧水箱、抽真空装置和真空水泵等组成。可以将其低位安装，用于蒸汽锅炉给水除氧、热水锅炉补给水除氧以及其他系统气体的去除。除氧器出口水温为45～60 ℃，大大降低了余热锅炉的给水温度，排烟温度可降至80 ℃以下。

4 两种除氧系统的特点及技术指标的对比

上述两种配置，均能降低余热锅炉的排烟温度，提高锅炉效率。当项目有较稳定的低温热水需求时，可配置大气式除氧器于余热锅炉尾部热水换热器。当项目没有低温热水需求或量较小时推荐配置真空除氧器的系统。大气式除氧器和真空除氧器的分布式能源项目的主要参数见表1。

表1 两种除氧器系统的参数

5 结论

综上所述，对于外供蒸汽负荷较大且基本无回水回收的区域式分布式供能系统，补水需由能源站除盐水补给，此部分补水需经过除氧处理。

配置真空除氧器的补水除氧系统可采用配置大气式除氧器系统或真空除氧器系统中结合余热锅炉尾部增加热水换热器来降低余热锅炉排烟温度的方案。对于有大量低温热水需求的项目，可采用大气式除氧器系统加余热锅炉尾部增加热水换热器系统来降低余热锅炉的排烟温度；对于低温热水需求较小的项目推荐采用真空除氧器系统加余热锅炉尾部增加热水换热器系统来降低余热锅炉排烟温度。

通过对比分别采用两种不同除氧系统的项目的性能参数，补水采用真空除氧系统结合余热锅炉尾部增加热水换热器的系统排烟温度会更低。

参考文献：

[1]赵钦新，周屈兰，谭厚章，等.余热锅炉研究与设计[M].中国标准出版社，2010：58-59.

[2]中国华电集团有限公司.天然气分布式能源项目工程设计导则[Z].北京：中国华电集团有限公司，2018,6-7.