190MW联合循环机组热经济性分析

摘要：结合马来西亚沙巴RPII 190MW联合循环电站机组实际运行数据，阐述联合循环机组热经济性分析的一般方法，从燃机热力性能参数，压气机系统、燃烧系统、涡轮系统部件的结构性能：锅炉漏风、汽轮机缸效率、阀门节流损失、工质泄漏、疑汽器压力以及机组负荷和运行方式等主要因素着手对机组.负荷和运行方式等主要目素着手时机组热经济性进行分析，提出相应节能措施。

关键词：联合循环　190MW机组　熟经济性　节能降耗

中图分类号TM611·3　文献标识码：A　文章编号：1674-098X(2012)02(b)-0075-02

马来西亚沙巴RPII 190MW联合循环电站机组采用两台燃气轮机、两台余热锅炉和一台蒸汽轮机，即按照2：2：1的模式进行配置安装。GE PG 6111FA或者等同级别的两台重型和先进设计的燃气轮机组，每台燃气轮机上都配有一套燃气轮机排气系统，包括烟气档板、隔离挡板、旁路烟囱、主烟囱、消音器、膨胀波纹管、烟道、隔热装置和测量仪表等，两台双压、自然循环、非再热和水平气流型的余热锅炉，每台燃气轮机组配备一台余热锅炉；一台双压进汽的非再热凝汽式轴向排汽型汽轮机组。以该机组为例，讨论影响联合循环机组热经济性的因素。为正确、合理构架热力系统，指导热力系统的正确运行和切换提供了依据。

1热经济性分析

燃机热力性能参数，压气机系统、燃烧系统、涡轮系统部件的结构和性能；锅炉漏风、循环方式；汽轮机缸效率、阀门节流损失、工质泄漏、凝汽器压力以及机组负荷和运行方式等是影响机组实际运行热耗率、经济性的主要因素。

燃机轮机的燃气初温可达1400C左右，排气温度也很高，一般为450～600C，大量余热排人大气，其效率仅为35％～40％。恰好汽轮机受设备材料限制，蒸汽初温仅为550c：左右，排气温度可接近大气温度。将二者通过蒸汽锅炉串联起来，即组成燃气一蒸汽联合循环。燃气一蒸汽联合循环方式是巧妙的将采用不同循环原理的燃气轮机和汽轮机结合起来的典范。这种联合循环是两种热机的扬长避短的组合，当燃机的涡轮进口温度很高时，其热效率已超过50％。采用此种循环是目前及今后大型电站的主要趋势。

按燃气循环排气热量被蒸汽循环全部或部分利用的不同情况，根据蒸汽锅炉结构形式的特征，联合循环可分为余热锅炉型、补燃余热锅炉型、排气助燃锅炉型、增压锅炉型、锅炉并联型以及加热锅炉给水型等6种。本项目为新建电厂，适用类型为余热锅炉型、补燃余热锅炉型以及增压锅炉型，本项目选用的余热锅炉型机组有着如下优点：总功率为燃气轮机功率的1.3～1.5倍；在燃气轮机排汽侧设旁路烟囱时，燃气轮机可单独运行；汽轮机按滑压方式运行，联合循环的热效率已达56％-58％。

马来西亚沙巴RPII 190MW联合循环电站机组部分热力试验数据见表1。

1.1燃气轮机

由于常规燃煤蒸汽轮机电厂污染严重，发电效率低，而天然气供应量充裕，使燃机技术迅速发展。燃机的弱点：首先受高温材料的限制，机组的热效率不如往复式内燃机和高参数的蒸汽轮机高，特别在部分负荷工况下，热效率更低；其次要采用优质耐热材料，且热端部件的使用寿命较短，从而影响了它的经济性和可靠性。

采用的主要措施是：提高循环参数(主要是温度、压力)，改进部件效率(主要是通过气动和结构设计)，改进循环方式。

(1)由于燃气轮机热力循环的固有特点，其性能随着循环参数，特别是透平进口温度的上升而提高。因此，不断提高热力性能参数成为提高燃机性能的着力点。一般来说，涡轮前温度没增加40"C，燃气轮机输出功率可增加10％，热效率可提高1.5％。

(2)提高压气机系统、燃烧系统、涡轮系统部件的结构和性能，因为燃烧室的效率已经很高(99％左右)，而且对整机性能影响不大，但压气机和透平的效率高低对整机性能影响程度大，所以主要针对压气机和蒸汽旁路，机组做功减少，未做功的轴封漏汽排至凝汽器，既造成能量损失又使得凝汽器热负荷增大、背压升高，导致热耗率增加。

1.4热力系统

1.4.1加热器端差

热力系统中加热器上端差增大，某一号加热器出口给水温度降低，造成给水在上一号加热器内吸热量增大，抽汽量增大，机组出力降低，热经济性下降。

1.4.2热力系统工质泄漏

热力发电厂在各种负荷工况下，热力系统都有其正常的水、汽循环回路，实际运行中，这些循环回路中可能有水、汽等工质从正常通道中漏出热力系统(外漏)，这部分工质所具有的能量完全损失。循环回路中也可能有工质虽未漏出热力系统，但未流经其正常通道(内漏)，其能量未得到利用(或被降级利用)，也将影响到机组的热经济性。这些潜在的内、外泄漏点分布范围极广，使得有大量的能量从热力系统中泄漏而未得到利用。如：由于疏水阀门前、后差压大，机组起、停后，阀门可能出现不同程度的内漏。随起、停次数增多，阀门泄漏点的数量和内漏增大，甚至出现疏水管道弯头破裂，疏水扩容器焊缝开裂等故障，既危及机组运行安全性，又严重影响经济性。

通过良好的热力系统检漏和堵漏，能够回收很大一部分总能量损失。解决热力系统泄漏的有效办法是定期对热力系统进行检查，查明机组热力系统中存在的泄漏位置，并根据情况安排维修处理。此外优化热力系统以减少不必要的泄漏点，降低阀门压差增加截止阀，改进操作方式以减少阀门在高压差情况下的开启等措施。

1.4.3凝汽器压力

凝汽器实际能达到的排汽压力和排汽温度与低压缸排汽量、凝汽器冷却水量、冷却水温、凝汽器工作状况等因素有关。凝汽器压力对机组出力和热耗率影响较大。在排汽量和冷却水温一定时，增大冷却水量可以降低凝汽器压力，增大汽轮机输出功率，降低热耗率。但是，过份降低排汽压力将引起汽轮机低压部分蒸汽湿度增大、余速损失增大，导致汽轮机相对内效率降低。此外，低负荷小容积流量时，低压缸末几级叶片易出现颤振，影响叶片使用寿命。因此，排汽压力有一个最佳值，即最佳经济背涡轮部件采取技术措施从而提高效率。

(3)燃机热效率在’简单循环中仅为36％-40％，在联合循环中为55％-58％，功率也相应增加.受益很大。

1.2余热锅炉

1.2.1因漏风引起的损失

因漏风引起的损失是指锅炉出口与空气预热器烟气入口位置之间的漏风。

1.2.2循环方式

燃气轮机联合循环余热锅炉主要有自然循环和强制循环两种方式。两种循环方式对余热锅炉的可用率、水循环的自平衡性、安装、基础等方面均有不同的影响。相比之下，自然循环的主要有点有：无外部耗功，安装所需设备较轻，运行及维护较为容易。

1.3汽轮机

1.3.1缸效率

汽轮机缸效率降低使相同的蒸汽流量

下汽缸功率减少，导致机组热耗率增大。高压缸效率降低还会造成排汽焓增加，使再热器吸热量减少。高压缸调节级经常运行在变工况状态下，与设计状态偏差较大，导致流动效率降低。此外，调节级叶片位于主蒸汽进入汽轮机的第1级，易受蒸汽中携带杂质的影响，造成喷嘴和动叶损伤，对调节级的通流效率和高压缸效率影响较大。

1.3.2阀门节流损失

由于高压缸效率包括了主汽阀和调节阀的节流损失，在相同蒸汽流量下，阀门的开度越小，节流损失越大，缸效率越低。通常当阀门开度大于40时，流量可达到阀门通流能力的95以上。当阀门开度小于40，流量减少较快，节流损失迅速增大。

1.3.3汽封及汽缸结合面漏汽

汽封包括通流部分的动、静叶汽封及汽缸端部的轴封。由于汽缸变形，起、停过程中机组振动增大，、发生动、静碰磨等原因，很容易造成汽封磨损，径向间隙增大。此外，从汽轮机结构上看，低压缸前两段抽汽腔室法兰结合面较薄弱，若螺栓紧力不足，容易造成漏汽。汽封漏汽在本级不做功，且对下一级主汽流造成干扰，引起汽轮机级的漏汽损失。漏汽损失对级效率的影响较大，是很多机组通流效率降低的主要原因之一。

汽缸两端轴封间隙增大，造成一部分压.此时机组扣除循环水泵耗功后可获得最大收益。

1.5机组轴类组合方式

联合循环机组由燃气轮机、余热锅炉、汽轮机和发电机共同组成。按机组轴系组合方式的不同可分为单轴式和多轴式，典型的联合循环机组配置方式：单轴式、双轴式、三轴式。

单轴式和多轴式联合循环机组的比较见表2。

马来西亚沙巴RPII 190MW联合循环电站机组采用了三轴式，在发挥投资效益等方面均充分体现了多轴式机组的优势。

综上所述，造成联合循环电站机组运行经济性差的主要原因是燃气轮机、余热锅炉和汽轮机组设备和热力系统以及机组的运行方式不完善。针对造成热耗率偏高的主要原因，马来西亚沙巴RPII 190MW联合循环对机组采取相应改造措施和改善机组运行方式，降低机组热耗率，提高热经济性。

2结论

对马来西亚沙~RPII 190MW联合循环电站机组运行状况，分析了影响机组热经济性的主要因素有：燃机热力性能参数.压气机系统、燃烧系统、涡轮系统部件的结构和性能；锅炉漏风、循环方式，汽轮机缸效率、阀门节流损失、工质泄漏、凝汽器压力以及机组负荷和运行方式等，提出了相应的改造措施。本文的分析方法对于指导机组节能降耗具有一定的参考价值。

参考文献

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