影响燃气-蒸汽联合循环余热锅炉效率因素分析

杨倩玉，姜 阳，王 雷

(沈阳工程学院 能源与动力学院，辽宁 沈阳 110136)

燃气-蒸汽联合循环是将燃气轮机循环与蒸汽轮机循环相结合起来的一种效率更高的循环方式。余热锅炉是联合循环电厂的关键设备之一，处于燃气循环和蒸汽循环的交接点上，其效率对上游的燃气轮机循环和下游的蒸汽轮机循环及联合循环的整体效率都有较大的影响，因此分析余热锅炉运行参数与效率之间的关系对分析联合循环的整体效率具有十分重要的意义[1-3]。

影响余热锅炉效率的热力参数很多，包括燃气轮机排烟温度、节点温差、接近点温差等烟气侧参数，以及给水温度、主蒸汽压力及温度、再热蒸汽压力及温度等汽水侧参数，这些参数对余热锅炉效率的影响程度是不同的。因此，分析余热锅炉效率对各热力参数的敏感程度，找出对余热锅炉效率影响较大的热力参数，对实现机组运行优化和技术改造具有重要的技术参考价值。

1 三压再热余热锅炉热效率计算模型

1.1 汽水系统热力过程

三压再热蒸汽系统相对于单压、双压蒸汽系统更加复杂，参数也要多很多，各个参数之间的联系更加复杂。三压再热汽水系统是由高压汽水系统和中低压补汽系统组成，汽水系统热力过程如图1所示，对应的T-Q图如图2所示[4]。

1.2 余热锅炉效率计算模型

根据图2，可以得到各个烟温区的热平衡式。

进入余热锅炉的烟气温度到高压节点温差对应的烟气温度，该烟气温区的热平衡式为

Mrh(hrhh-hrhc)

(1)

图1 三压再热汽水系统热力过程

图2 三压再热汽水系统T-Q图

MsI(hs0I-hsatwI)+MsH(hsatwH-hwcH1)

(2)

中压节点对应的烟气温度到低压节点对应的烟气温度，该烟气温区的热平衡式为

MsI(hsatwI-hwc′L)+MsH(hwcH1-hwc′L)

(3)

低压节点对应的烟气温度到余热锅炉出口烟气温度，该烟气温区的热平衡式为

Ms0I(hwc′L-hfw)+MsH(hwc′L-hfw)

(4)

配制化学镀镍溶液：六水合硫酸镍30.00 g/L(换算成镍的质量浓度为6.701 g/L)，柠檬酸10 g/L，乳酸10 mL/L，次磷酸钠36 g/L。吸取11份1 mL的化学镀镍溶液，分别置于300 mL烧杯中，加水80 mL稀释，各加10%的二乙基二硫代氨基甲酸钠溶液0.8 mL，然后用稀盐酸或氢氧化钠溶液调节成不同的pH，再向各烧杯中补加水至100 mL。沉淀60 min后用定量滤纸过滤，以原子吸收分光光度法测定各滤液中镍的质量浓度，结果列于表1。

(5)

(6)

2 实例计算

以1台三压再热余热锅炉的汽水系统为例，利用热效率计算模型，对余热锅炉热力参数与效率之间的关系进行详细地定量计算，找出余热锅炉效率随各热力参数变化的关系，并分析余热锅炉效率对各热力参数的敏感程度，找到对锅炉效率影响最大的热力参数[5-9]。

2.1 燃气轮机、余热锅炉、管道及汽轮机参数

燃气轮机参数、余热锅炉参数、管道压损与温降参数、汽轮机参数如表1～表4所示。

表3中的Δph、Δth分别是从余热锅炉到高压缸进口的压损系数与温降；δprh为高压缸排汽到再热器出口压损系数；δprhc、Δtrhc为高压缸排汽到再热器进口的压损系数与温降。

表1 燃气轮机参数(环境温度t0=15 ℃)

表2 余热锅炉参数

表3 管道压损与温降参数

表4 汽轮机参数

2.2 计算结果及分析

2.2.1 汽水侧参数对锅炉效率的影响

1)高、中、低压蒸汽温度对锅炉效率的影响

图3为高压蒸汽温度对余热锅炉效率的影响，图4为中压蒸汽温度对余热锅炉效率的影响，图5为低压蒸汽温度对余热锅炉效率的影响。

图3 高压蒸汽温度对余热锅炉效率的影响

图4 中压蒸汽温度对余热锅炉效率的影响

由图3、图4、图5可知，在高、中、低压力范围内，余热锅炉的效率都随着蒸汽温度的升高而下降。由表5可知，在低压状态下，余热锅炉效率的敏感程度最大；中压状态下其次；高压状态下，余热锅炉效率的敏感程度最小，可忽略不计。

图5 低压蒸汽温度对余热锅炉效率的影响

高压范围内中压范围内低压范围内ΔηΔt0.000 412 380.003 356 4320.065 379 76

图6 高压蒸汽压力对余热锅炉效率的影响

2)高、中、低压蒸汽压力对锅炉效率的影响

图6为高压蒸汽压力对余热锅炉效率的影响，图7为中压蒸汽压力对余热锅炉效率的影响，图8为低压蒸汽压力对余热锅炉效率的影响，表6为单位压力的增加对效率的影响。

图7 中压蒸汽压力对余热锅炉效率的影响

图8 低压蒸汽压力对余热锅炉效率的影响

高压范围内中压范围内低压范围内ΔηΔt4.557 675×10-51.260 382×10-51.799 402×10-5

由图6、图 7、图8及表6可知，在高压力范围内，余热锅炉的效率都随着蒸汽压力的升高而下降，且余热锅炉效率的敏感程度最大；在中、低压状态下，余热锅炉的效率都随着蒸汽压力的升高而升高，低压状态下其效率随压力升高而下降的幅度其次，中压状态下其效率随压力升高的幅度最小。

2.2.2 烟气侧参数对锅炉效率的影响

图9为高、中、低压节点温差对余热锅炉效率的影响。由图9可知，在中压状态下，余热锅炉的效率随着节点温差的升高而逐渐上升；在高、低压范围内余热锅炉的效率随着节点温差的升高而下降，且在低压范围内效率的敏感程度最大。

图10为高、中、低压接近点温差对余热锅炉效率的影响。由图10可知，在高压范围内，余热锅炉的效率与接近点温差无关；在中压范围内，余热锅炉的效率随接近点温差的升高而升高，但变化幅度不大；在低压范围内，余热锅炉的效率随着节点温差的升高而下降，且敏感程度最大。

图9 高、中、低压节点温差对余热锅炉效率的影响

图10 高、中、低压接近点温差对余热锅炉效率的影响

2.2.3 上、下游循环参数对锅炉效率的影响

图11为上游循坏参数对余热锅炉效率的影响。由图11可知，燃气轮机的排气温度升高，则为余热锅炉提供的热量增加，使得温差增加则传热效率增加，余热锅炉吸入热量使得炉内的蒸汽升温升压，则余热锅炉的效率也随之提高。

图11 燃气轮机排烟温度对余热锅炉效率的影响

图12 汽轮机排汽压力对余热锅炉效率的影响

图12为下游循坏参数对余热锅炉效率的影响。由图12可知，随着汽轮机排汽压力的升高，余热锅炉外侧的燃气轮机排烟温度的温差降低，使余热锅炉传热效率降低，余热锅炉的效率也随之降低。

3 结 论

以某三压再热燃气-蒸汽联合循环机组余热锅炉为研究对象，通过MATLAB计算数据得到余热锅炉效率随各热力参数变化关系曲线。由此可知，在高压状态下，余热锅炉效率随压力的升高而下降，且敏感程度最大；在低压状态下，余热锅炉效率随温度的升高而下降，且敏感程度最大。在低压范围内，节点温差和接近点温差敏感程度最大。燃气轮机排烟温度及汽轮机排汽压力对余热锅炉的效率也有一定的影响。通过调整这些敏感参数，深入挖掘导致电厂运行经济性下降的原因，为实现机组运行优化和技术改造提供理论依据与技术参考。