燃氣輪機余熱鍋爐情況簡介

1、燃氣輪機余熱鍋爐情況簡介杭州鍋爐廠1 概述燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電是當(dāng)今世界上發(fā)展極為迅速的一種高效、低污染發(fā)電技術(shù)，它己成為發(fā)達國家新建熱力發(fā)電廠的首選系統(tǒng)。經(jīng)過近三十年的研究和不斷改進，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電不僅在效率上超過蒸汽發(fā)電效率（后者 =42 %），而且在眾多方面均體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。它己成為全世界公認(rèn)的具有發(fā)電效率高， 調(diào)峰能力強，單位功率投資少，建設(shè)周期短。占地面積小，污染程度低的新一代發(fā)電設(shè)備。1 1原理及應(yīng)用燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)是由燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng)和鍋爐蒸汽輪機發(fā)電系統(tǒng)所組成。眾所周知，鍋爐一蒸汽輪機發(fā)電是利用高中壓過熱蒸汽（通常參數(shù)為3.8216.7MPa, 450550C ）在

2、汽輪機中作功轉(zhuǎn)換成機械能，完成朗肯循環(huán)過程；燃氣輪機發(fā)電系統(tǒng)是燃氣在燃 氣渦輪機中經(jīng)絕熱膨脹作功的過程，這種熱力循環(huán)又稱布雷頓循環(huán)，它是由壓氣機將空氣加壓進入燃燒室，燃料燃燒后燃氣在透平中膨脹作功，燃機將高溫高壓燃氣的能量（通常參數(shù)約0. 51Mpa 10001300C）轉(zhuǎn)換成機械能。在煙氣溫度降至500C左右時排放，人們充分利用這兩種熱力循環(huán)的特點，把它們結(jié)合在一起， 組成聯(lián)合循環(huán)”，使其具有較高的吸熱平均溫度和較低的放熱平均溫度，為提高電站熱效率開辟了一條新途徑，這是人類發(fā)電事業(yè)上繼發(fā)明蒸汽輪機發(fā)電后技術(shù)上的又一突破。目前燃氣輪機發(fā)電在世界上已廣為應(yīng)用，其發(fā)電容量占世界總發(fā)電容量的11%。

3、近些年來，世界上發(fā)達國家常規(guī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電得到快速發(fā)展；每年新增的聯(lián)合循環(huán)機組總裝機容量約占火電總新增容量的的 40%50 %。據(jù)報道，19811990年，世界各燃機制造公司共售出1661臺燃機，總?cè)萘繛?54900MW，其中用于聯(lián)合循環(huán)的占37. 9% ,1992年，這個比例上升為44. 7%。美國在19921996年中，新增火力發(fā)電廠總裝機容量的38. 5%是采用燃機聯(lián)合循環(huán)的。當(dāng)今世界上單臺燃機最大功率己達250MM，聯(lián)合循環(huán)總功率達 350MW。能生產(chǎn)300MW 等級聯(lián)合循環(huán)廠家有 GE、SIEMENS、ABB和ALSTOM 等著名公司，聯(lián)合循環(huán)電 站效率高達58 %以上?，F(xiàn)在燃氣輪機正

4、向著大功率、高燃燒溫度發(fā)展。聯(lián)合循環(huán)采用三壓 再熱循環(huán)機組，具有更高的機組效率和可靠性。燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)已經(jīng)成為世界上火電建設(shè)的重要組成部分。我國早在六十年代就己開始關(guān)注這項技術(shù)的發(fā)展，由于工業(yè)技術(shù)、經(jīng)濟能力及能源政策等諸多因素的影響，這種高難度的大型設(shè)備在我國一直停留在研究狀態(tài)。近些年來，特別是改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和電力供應(yīng)的需要。燃氣輪機發(fā)電機組在我國己開始投入使用并獲得快速發(fā)展。我國己陸續(xù)引進了幾十套燃氣輪機發(fā)電機組和聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，到1998年6月，20MW以上的燃氣輪機發(fā)電機組及聯(lián)合循環(huán)電站總裝機容量為6268 . 9MW，占國內(nèi)火電機組總?cè)萘康?3. 5%。為聯(lián)合循環(huán)發(fā)

5、電設(shè)備在我國的推廣應(yīng)用建立了良好的條件。1 . 2杭州鍋爐廠開發(fā)燃機余熱鍋爐概況1 . 2 . 1基礎(chǔ)工作杭州鍋爐廠長期致力于燃機余熱鍋爐的研究和產(chǎn)品開發(fā)，早在七十年代中，就被原機械工業(yè)部定點作為我國余熱鍋爐的研究開發(fā)和制造基地。并于1977年批準(zhǔn)成立杭州余熱鍋爐研究所。七十年代后期，我廠成功研制了燃機余熱鍋爐的高效換熱元件及其關(guān)鍵非標(biāo)繞制設(shè)備； 八十年代初建成大型傳熱風(fēng)洞試驗臺，進行了國產(chǎn)螺旋鰭片管的熱力和阻力特性研究，獲得了可普遍應(yīng)用的熱力和阻力計算準(zhǔn)則方程式及其它研究結(jié)果，并通過了專家鑒定，為燃機余熱鍋爐產(chǎn)品開發(fā)創(chuàng)造了條件。1 . 2 . 2產(chǎn)品開發(fā)概況發(fā)展我國燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)

6、，開發(fā)燃氣輪機余熱鍋爐機組一直是國內(nèi)動力行業(yè)夢寐以求的愿望，杭州鍋爐廠在立足自我開發(fā)的基礎(chǔ)上積極開展與國外著名公司的技術(shù)交往， 分別與美國 GE、法國ALSTOM、英國R. R、荷蘭NEM、比利時CMI、日本MHI等著名 公司開展考察、交流、監(jiān)造等活動。八十年代中期，我廠在國家的支持下，通過技貿(mào)結(jié)合的方式與英國約翰布朗（J. B）公司、荷蘭斯坦特法索（S. F . L .）公司建立了電力伙伴集團，合作為遼河、勝利、中原等油田 及重慶江北電廠制造燃氣輪機余熱鍋爐。通過消化、吸收、創(chuàng)新，杭州鍋爐廠具備了獨立設(shè)計制造多種各類新型燃氣輪機余熱鍋爐的能力。迄今為止。我廠自行開發(fā)的燃機余熱鍋爐己有13臺（

7、套），其中7臺（套）己投入商業(yè)運行，包括配FT8雙聯(lián)輕型燃機的三壓余熱鍋爐和配PG6551B型（MS6000系列）的燃重油燃機立式余熱鍋爐。如果計入與國外合作生產(chǎn)的己達24臺（套），它們分別安裝在廣東的廣州、深圳，江蘇的無錫、蘇州、常州，浙江 的金華、瑞安、余姚、鎮(zhèn)海，廣西的柳州及天津等地。 與荷蘭NEM公司合作生產(chǎn)的配 PG9171E 型燃重油立式余熱鍋爐也己于1998年投入聯(lián)合循環(huán)試運行。近十年來，杭州鍋爐廠燃機余熱鍋爐技術(shù)開發(fā)能力得到迅速提高。1990年，為廣東汕頭燃機電廠修復(fù)了法國斯坦因（stein）公司36MW燃氣輪機余熱鍋爐并更換了大部分受壓元件。1991年，為深圳金岡電廠設(shè)計制造

8、了我國首臺23MW燃氣輪機余熱鍋爐， 開創(chuàng)我國獨立設(shè)計制造聯(lián)合循環(huán)機組余熱鍋爐的業(yè)績，該鍋爐一次投運獲得成功，為用戶創(chuàng)造 了極好的經(jīng)濟效益。1993年深圳金崗電廠向深圳市和國家有關(guān)部門申請建設(shè)國產(chǎn)50MW聯(lián)合循環(huán)發(fā)電工程，并獲國家經(jīng)貿(mào)委批準(zhǔn)立項。我廠承擔(dān)了其中配 36MW燃機余熱鍋爐的研制工作。該鍋爐與國產(chǎn)PG6531B型燃氣輪機相匹配，利用燃機排出的543C煙氣熱能，產(chǎn)生壓力為3. 82Mpa、溫度為450C的過熱蒸汽用于發(fā)電，鍋爐蒸發(fā)量達65t/h。這也是當(dāng)時我國自行設(shè)計制造單臺容量最大的燃機余熱鍋爐。該鍋爐于1995年1月投入運行，同年3月經(jīng)浙江省機械工業(yè)鍋爐產(chǎn)品熱工測試中心測試。結(jié)果表

9、明設(shè)備性能達到了設(shè)計 要求。從1995年1月到1996年6月的一年半實際運行結(jié)果表明，余熱鍋爐累計工作匚近5000小時，發(fā)電5700萬kW,啟停363次,所帶最大負荷15.2MW。鍋爐的主要技術(shù) 性能和安全可靠性均達到國際先進水平。機組的發(fā)電成功，實現(xiàn)了聯(lián)合循環(huán)高效發(fā)電 設(shè)備的國產(chǎn)化目標(biāo)。1996年7月。國家經(jīng)貿(mào)委、機械部、電力部在深圳召開了國產(chǎn)首 臺36MW燃機余熱鍋爐產(chǎn)品鑒定會，得到了各級領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)專家的肯定和贊揚。1994年，我廠為無錫愛依斯一凱瑞克電廠設(shè)計制造了配美國TPM公司的FT8雙聯(lián)燃機的三壓余熱鍋爐，它由中壓和低壓及除氧三部分組成。該鍋爐的試制成功，在技 術(shù)上實現(xiàn)了從單壓到三壓

10、的飛躍，并進入燃機余熱利用的國際先進行列。與此同時， 我廠先后為余姚、蘇州等地電廠設(shè)計制造了36MW的雙壓燃機余熱鍋爐。1996年。我廠與荷蘭 NEM公司合作。為鎮(zhèn)海燃機電廠300MW燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站制造了余熱鍋爐，該鍋爐單件管箱最大重量達190噸，它的制造成功，為我廠研制開發(fā)更大容量的燃機余熱鍋爐打下了扎實的基礎(chǔ)。1996年，杭州鍋爐廠在成功開發(fā)配燃天然氣、輕柴油燃機的單壓、雙壓、三壓自然 循環(huán)（臥式）余熱鍋爐后，為適應(yīng)配各類燃重油燃機的需求，研制和開發(fā)了強制循環(huán)(立式)燃機余熱鍋爐，強制循環(huán)燃機余熱鍋爐的開發(fā)又為我廠燃機余熱鍋爐家族增 添了一個新系列。1. 2. 3產(chǎn)品特點一我廠對產(chǎn)

11、品的系列化和擴大燃機燃料的適用范圍方面，進行了大量的研制開發(fā)工作，歸納起來主要有以下幾個方面；(1) 鍋爐壓力等級完成了從單壓余熱鍋爐向雙壓、三壓發(fā)展，鍋爐自帶除氧蒸發(fā)器。實現(xiàn)鍋爐壓力的多級化， 可提高能源的利用率；(2 )鍋爐水循環(huán)方式在自然循環(huán)臥式鍋爐的基礎(chǔ)上又開發(fā)了強制循環(huán)立式燃機余熱鍋爐，以滿足不同用戶的需 求；(3) 燃料適用范圍燃機的燃料隨著其來源和地域的不同而變化。本廠己開發(fā)了適應(yīng)燃輕油、天然氣、重油、原油等燃料的燃機余熱鍋爐，以適應(yīng)形勢和滿足用戶的需求；(4) 燃機容量適應(yīng)范圍從最初研制的8t/ h, 2.75Mpa余熱鍋爐，到配 MS5000 , MS6000系列及 WH25

12、1B11型燃 機的中壓、次高壓余熱鍋爐，并于1996年與荷蘭NEM合作生產(chǎn)了 MS9000型燃機余熱鍋爐。杭州鍋爐廠生產(chǎn)的燃機余熱鍋爐主要特點：(1) 采用優(yōu)化系列設(shè)計。標(biāo)準(zhǔn)單元模塊結(jié)構(gòu)，布置合理，性能先進，以實現(xiàn)高效節(jié)能；(2) 鍋爐能適應(yīng)不同燃料的燃機，能滿足不同余熱利用需求，在配不同燃料燃機的鍋爐運行實踐中，均達到了安全可靠，操作方便；(3) 鍋爐能夠適應(yīng)燃機頻繁啟停要求。調(diào)峰能力強，啟動快捷：(4) 鍋爐受熱面采用本廠制造的高效換熱元件一螺旋鰭片管，適應(yīng)小溫差、大流量、低阻力的傳熱方式。實踐證明，本廠生產(chǎn)的該高效傳熱元件己達到國際同類產(chǎn)品水平，可替代進口。(5) 鍋爐采用良好絕熱保溫結(jié)

13、構(gòu)，設(shè)置多層護板，嚴(yán)密性強，外形美觀。(6) 鍋爐組裝出廠，安裝方便，周期短。杭州鍋爐廠現(xiàn)己具備設(shè)計制造各種壓力等級、不同容量的燃氣輪機余熱鍋爐的能力，成為目前國內(nèi)唯一一家有經(jīng)驗的能夠設(shè)計制造各類燃機余熱鍋爐及成套供應(yīng)廠家。本廠供貨范圍： 從燃機出口到主煙囪為止，包括煙道系統(tǒng)，管路系統(tǒng)和各受壓部件，輔機配件等。杭州鍋爐廠生產(chǎn)的36MW燃機余熱鍋爐產(chǎn)品受到國家和地方政府的高度重視，先后被國家 科委列入1997年國家級火炬推廣項目，并獲得了杭州市科技進步一等獎和浙江省科技進步隨著電力事業(yè)的不斷進步，燃機正向著大容量， 高效率方向發(fā)展，這將對余熱鍋爐提出更高的技術(shù)要求，任重而道遠。我們將繼續(xù)走自主開

14、發(fā)和引進技術(shù)相結(jié)合的道路，發(fā)展大容章， 高參數(shù)，配各類燃機的余熱鍋爐， 繼續(xù)拓寬國產(chǎn)化的道路， 適應(yīng)燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)乃至更 復(fù)雜的動力系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展形勢，為我國電力事業(yè)的發(fā)展作出新的貢獻。2 聯(lián)合循環(huán)余熱鍋爐的爐型2. 1自然循環(huán)余熱鍋爐本廠生產(chǎn)的自然循環(huán)型燃機余熱鍋爐整體布置及各部件關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參照1987年通過合作生產(chǎn)方式引進的英國 John Brown Engineer荷蘭Standard Faselentjes同類產(chǎn)品（該公司引進美國 Vogt公司技術(shù)）模式。鍋爐結(jié)構(gòu)合理。能適應(yīng)燃機負荷變化，運行操作方便，維修方便， 性能穩(wěn)定，適宜與燃用天然氣、 輕柴油燃機相配套， 滿足快速后停的要求，可

15、確保聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組長期安全、可靠、高效、經(jīng)濟運行。自然循環(huán)余熱鍋爐多為臥式布置。鍋爐煙氣流程為：煙氣從燃氣輪機排出， 經(jīng)進口煙道或轉(zhuǎn)彎煙道進入三通煙道，當(dāng)機組單循環(huán)時，煙氣經(jīng)上部調(diào)節(jié)門由旁通煙囪排空；當(dāng)需要聯(lián)合循環(huán)時， 煙氣從三通煙道經(jīng)調(diào)節(jié)門和過渡煙道進入鍋爐本體，依次水平橫向沖刷兩級高壓過熱器，高壓蒸發(fā)器，高壓省煤器和低壓蒸發(fā)器，最后經(jīng)出口煙道及主煙囪排空。煙氣流向和流量由與三通相聯(lián)的調(diào)節(jié)門控制，過程可在主控室遙控，也可在調(diào)節(jié)門就地手動調(diào)節(jié)。鍋爐汽水流程為：給水由高壓省煤器人口 集箱進入省煤器管屏加熱后流入高壓鍋筒個通過鍋筒下部的集中下降管進入高壓蒸發(fā)器管 屏。吸熱后上升進入鍋筒進行汽水分

16、離。分離后飽和水再進入集中下降管，而飽和蒸汽從鍋筒上部引至高壓過熱器，經(jīng)過熱管屏吸熱后由出日集箱引出鍋爐。在兩級過熱器之間布置噴水減溫裝置，從而可有效地保證出日過熱蒸汽溫度。雙壓余熱鍋爐的另一路給水直接進入低壓鍋筒，由下降管引入低壓蒸發(fā)器管屏，蒸發(fā)吸熱后上升進入低壓鍋筒進行汽水分離，分離后飽和水回下降管，低壓蒸汽由低壓鍋筒上部引出、經(jīng)減壓后進入除氧器用于除氧。自然循環(huán)余熱鍋爐采用標(biāo)準(zhǔn)單元模塊結(jié)構(gòu)，由垂直布置的錯列螺旋鰭片管和上下兩集箱組成管屏，各級受熱面管屏尺寸基本相似。該結(jié)構(gòu)適應(yīng)能力強，便于布置受熱面，檢修方便，煙 氣壓降小，能徹底疏排水。2. 2強制循環(huán)余熱鍋爐本廠設(shè)計制造的強制循環(huán)燃機余

17、熱鍋爐吸取了國外進口產(chǎn)品優(yōu)點，露天布置，采用國際上流行的塔式懸吊結(jié)構(gòu)。該類型鍋爐結(jié)構(gòu)先進合理。適于與燃用天然氣、輕油及劣質(zhì)重油的燃氣 輪機相配套，特別適應(yīng)于快速啟停。對燃機負荷適應(yīng)性強，占地面積小，運行性能穩(wěn)定，操 作方便，可確保聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組的長期安全、可靠、高效、經(jīng)濟運行。強制循環(huán)余熱鍋爐多為立式布置。鍋爐的煙氣流程：煙氣經(jīng)人口煙道、 三通煙道和過渡煙道進入受熱面管箱后自下而上，先后依次沖刷高低溫過熱器、高壓蒸發(fā)器、高壓省煤器和低壓蒸發(fā)器。最后經(jīng)主煙囪直接排空。鍋爐的汽水流程也類似于自然循環(huán)，但高、低壓下降管均設(shè)有兩套強制循環(huán)泵（一用一備）。高低壓蒸發(fā)器內(nèi)本循環(huán)動力由強制循環(huán)泵提供，確保

18、水循環(huán)安全可靠。 這類爐型的低壓鍋筒也可兼作除氧水箱，并安置于鍋爐鋼架上，可簡化管路系統(tǒng)，減少占地面積。強制循環(huán)余熱鍋爐受熱面按部件制成管箱形式出廠，管箱由穿過數(shù)塊管板的水平錯列布置的 螺旋鰭片管及進出口集箱組成，在廠內(nèi)組裝成大型箱體，現(xiàn)場整體安裝。2. 3臥式自然循環(huán)與立式強制循環(huán)余熱鍋爐對比如下：臥式與立式燃機余熱鍋爐對比項目立式臥式水循環(huán)強制自然啟動時間短較長占地面積小較大結(jié)構(gòu)較復(fù)雜簡單操作運行較復(fù)雜簡單廠用電較多少燃料適應(yīng)性強較弱初投資較咼低3 典型爐型介紹杭州鍋爐廠開發(fā)的具有代表性的燃機余熱鍋爐介紹如下：3 1配MS5000和MS6000系列燃氣輪機自然循環(huán)余熱鍋爐3 1.1配MS5

19、000系列燃氣輪機余熱鍋爐該鍋爐為帶煙氣旁路系統(tǒng)的單壓余熱鍋爐，與PG5301型23MW燃氣輪機相匹配，單層露天布置。鍋爐規(guī)范：燃機排氣參數(shù)流量 410000kg/h溫度460 C燃機燃料 0#輕柴油，油田伴生氣環(huán)境溫度 15 C鍋爐設(shè)計參數(shù)蒸發(fā)量40t / h額定蒸汽壓力 2.75MPa額定蒸汽溫度 390 C給水溫度 105C鍋爐本體受熱面采用標(biāo)準(zhǔn)單元模塊式結(jié)構(gòu)，煙氣水平依次流過高低溫過熱器、蒸發(fā)器和省煤器。鍋爐于1993年5月在深圳金崗電廠投運成功，通過了 72小時試運行。每天啟停的運行工況表明，鍋爐啟停迅速，負荷調(diào)節(jié)靈敏，參數(shù)達到設(shè)計要求，最大蒸發(fā)量超過40t / h,完全能夠適應(yīng)燃氣

20、一蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的運行要求和對鍋爐壓降的要求，鍋爐運行簡單，水循環(huán)安全可靠。深圳金崗電廠是使用國產(chǎn)燃氣輪機余熱鍋爐的我國第一座燃氣一蒸汽聯(lián)合電站，燃機和汽輪機為老機組，整個循環(huán)系統(tǒng)總投資約 8個月可回收，企業(yè)年受益 1600萬元，緩和了當(dāng)時區(qū) 域電力供需矛盾，取得了良好的社會效益。 -3. 1 . 2配MS6000系列燃氣輪機余熱鍋爐該鍋爐與PG6531B型36MW燃氣輪機相匹配。鍋爐規(guī)范燃機排氣參數(shù)煙氣流量 491000kg/h煙氣流量 543 C燃機燃料 0#輕柴油，油田伴生氣環(huán)境溫度 15 C鍋爐設(shè)計參數(shù)蒸發(fā)量65t/h額定蒸汽壓力3.82MPa額定蒸汽溫度 450 C給水溫度 1

21、04C排煙溫度185.4 C鍋爐本體結(jié)構(gòu)形式與受熱面組成與上述40t / h鍋爐相同。該余熱鍋爐于1995年3月由浙江省工業(yè)鍋爐熱工測試中心進行了熱工測試，結(jié)果表明，鍋 爐本體性能良好，達到了設(shè)計參數(shù)，能滿足聯(lián)合循環(huán)運行要求。裝在深圳金崗電廠的這套燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組是我國首臺全部國產(chǎn)設(shè)備組成的聯(lián)合循環(huán)機組，這表明聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備國產(chǎn)化已進入了一個新階段，對我國電力事業(yè)的發(fā)展起廣定的推動作用。3. 2配FT 8輕型雙聯(lián)燃氣輪機的自然循環(huán)余熱鍋爐配FT8輕型雙聯(lián)燃氣輪機余熱鍋爐為帶除氧蒸汽系統(tǒng)的三壓余熱鍋爐。鍋爐規(guī)范燃機排氣參數(shù)煙氣流量 597600kg/h煙氣溫度 467 C燃機燃料0 #輕柴油環(huán)境溫度 15C鍋