燃气—蒸汽联合循环燃料切换缓冲系统设计计算方法

摘 要：燃气-蒸汽联合循环机组热效率高、环保效果好，在全世界范围内得到了广泛应用。常规联合循环机组以天然气为主燃料，燃油为备用燃料，为满足燃气轮机燃料切换，需要设置燃料缓冲系统。本文通过某工程Alstom GT-26机组，详细介绍了燃料切换缓冲系统的设计及计算方法。

关键词：联合循环；燃料切换；缓冲系统；计算方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.040

1 引言

燃气-蒸汽联合循环发电与常规火力发电相比，具有热效率高、自动化程度高、低污染、启停速度快、调峰性能好、投资建设周期短、占地面积小等一系列优点。天然气燃气-蒸汽联合循环是理想的发电方式。随着燃气-蒸汽联合循环发电优势的逐步体现，世界各国燃气轮机发电装机容量逐步增长[1]。

常规联合循环机组通常以天然气作为主燃料，燃油作为备用燃料。机组运行过程中，当天然气供应出现中断时，需要切换到备用燃料运行。为了有效防止燃机负荷降低过快，保证机组安全运行，防止电网波动，为故障排除赢取时间，需要设置燃料缓冲系统。

2 系统设计

某燃气-蒸汽联合循环电站配置为三台阿尔斯通Alstom GT26燃气轮机，三台余热锅炉，两台阿尔斯通生产的300MW级汽轮机。机组燃料为天然气，备用燃料为轻油。因电站地处中东地区，环境干球温度较高，为了提高机组出力，燃机设置了蒸发冷却和高压喷雾相结合的进气冷却系统，余热锅炉设置了补燃系统。因阿尔斯通Alstom GT26燃机燃料切换时间较长，设置了燃料切换缓冲系统，流程见图1。

燃机燃烧天然气正常运行时，增压机前后隔离阀打开，缓冲系统增压机工作，把来自供气母管的天然气增压缩到设定压力。当缓冲系统高压管束达到整定压力时，高压管束前隔离阀关闭，增压机停止运行，缓冲系统储气完毕。当天然气供应中断需要进行燃料切换时，高压管束后隔离阀打开，天然气经减压阀减压到燃机入口压力要求，继续为燃机提供天然气供应，直至燃机完全切换到燃油工况运行。燃料切换缓冲系统可保证燃机在燃料切换时平稳运行，保证机组安全运行，防止电网波动。

3 燃料切换曲线

Alstom GT26燃气轮机典型燃料切换过程见图2。

Alstom GT26燃气轮机典型燃料切换过程如下：

（1） 燃机在天然气运行工况下降负荷，由满负荷运行降到60%-95%负荷之间运行；

（2）启动燃油推进泵，燃油注水系统，切换至备用燃料轻油，天然气流量逐渐减小，燃油流量逐渐增加；

（3） 燃机在燃油运行工况下升负荷至满负荷运行。

由于本项目燃机设置了蒸发冷却、高压喷雾系统，余热锅炉设置了补燃系统，燃料切换过程更为复杂，具体切换过程见图3。

本项目具体燃料切换过程如下：

（1） 燃机在满负荷工况下运行，燃机蒸发冷却、高压喷雾系统，余热锅炉补燃系统全开，燃料切换开始时，首先关闭余热锅炉补燃系统；

（2） 关闭燃机燃机蒸发冷却、高压喷雾系统；

（3）燃机在天然气运行工况下降负荷，由满负荷运行降到60%-95%负荷之间运行，由于业主要求燃料切换时全厂负荷不能低于600MW，燃机降负荷至80%；

（4）启动燃油推进泵，燃油注水系统，切换至备用燃料轻油，天然气流量逐渐减小，燃油流量逐渐增加；

（5） 燃机由燃油80%运行负荷下升至满负荷运行。

4 缓冲系统计算

根据以上切换程序，各步骤的数据整理见表1。

根据以上燃料切换数据，整个燃料切换过程天然气消耗量可以式1计算：

（式1）

由于天然气经缓冲系统增压后温度会上升，增压后的天然气温度设为T，则高压管束容积可用式2计算：

（式2）

式中：V—高压缓冲管束容积（m3）

M—燃料切换过程天然气消耗量（式1）

ρ—天然气标准状态密度（Kg/Nm3）

ΔP—ΔP=10·（P1-P2）

P1—高压缓冲管束最大工作压力（MPa）

P2—燃机进口需求压力（Mpa）

T0—标准状态温度，T0=273K

T —高压缓冲管束内气体温度（K）

根据以上计算结果，选择高压管束储气容量，选择合适的管束直径、长度及管束数量。

5 结论

（1）本工程Alstom-GT26三拖二燃气-蒸汽联合循环机组设置了燃料切换缓冲系统，可以有效防止机组快速甩负荷，燃料切换过程中机组出力不低于600MW，保证机组及电网平稳安全运行。

（2）本文介绍了燃料切换缓冲系统的工作原理、系统流程及设备设置，在实际工程设计中具有广泛应用价值。

（3）本文介绍了燃料切换缓冲系统的具体计算方法，为缓冲系统设备选型提供了良好的理论依据。

参考文献：

[1]孙喜春.关于发展燃气-蒸汽联合循环发电的探讨[J].企业技术开发，2013，32（14）.

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