天然气燃气轮机余热发电立式水管锅炉设计A文献综述

 2020-04-02 11:04

文献综述

一、 设计的意义

1. 现状

目前, 我国东南沿海地区经济已比较发达, 环保要求提高, 使燃煤发电的成本增加。同时, 这一地区的煤炭资源比较缺乏, 因此, 从海上运输的石油及LNG 使大型燃机联合循环的发电成本具有竞争性。余热锅炉与天然气燃气轮机配套使用的联合循环发电,甚至可以把排烟温度降到60℃,有效降低能量损耗,节约成本,同时产出电能或采暖热能,创造价值。在近10 年来,大型燃机的效率和排放水平得到提高,联合循环发电厂的热效率( 目前已经达到58%) 比传统的火电厂( 35% ~40%,最高45%) 高很多[1]。

电网的安全性要求配制一定比例的联合循环机组, 发达国家的这一比例一般都要求在8 % ~11% 以上。我国由于长期以煤作为发电的主要燃料, 燃气轮机技术落后, 联合循环发电机组的装机率很低, 所以, 电网优化迫切需要燃气-蒸汽联合循环调峰电站。

我国一次能源消费结构有了新的变化,煤是唯一火力发电燃料的情况正在改变。尤其是近几年, 新的天然气资源不断被发现, 正在进行的西气东输、从俄罗斯引进输气管线以及从国外购买LNG 和原油等方法都为国内大型燃机联合循环的发展提供了燃料保证。

面对国内愈加活跃的大型燃机联合循环市场, 开发大型燃机联合循环余热锅炉已迫在眉睫[2]。

2. 余热锅炉技术面临的挑战

较之从前,锅炉进气口温度更高,烟气流量更大更不稳定[3],加之高效率所要求的排烟温度与管道末端的低温腐蚀之间的矛盾,使得余热锅炉比常规锅炉有更大的设计难度,这也正是做余热锅炉的意义所在。

二、天然气燃气轮机余热发电立式水管余热锅炉的研究概况

1. 燃气#8212;蒸汽联合循环发电的发展应用简介

燃气#8212;蒸汽联合循环发电就是对高温热源燃气使用燃气轮机循环和对低温热源使用蒸汽轮机循环的组合式发电方式[4]国外联合循环发电技术的研究始于上个世纪

60 年代末, 经过几十年的发展, 目前, 美国、英国、日本等许多发达国家的燃气蒸汽联合循环发电技术已比较成熟, 其供电效率已达到50 %以上[5]。

目前,联合循环的类型非常多,最常见的有非补燃式余热锅炉型联合循环、补燃式余热锅炉型联合循环、排气助燃锅炉型联合循环、并列动力布置型联合循环和给水加热型联合循环等。

燃气#8212;蒸汽联合循环的理论基础循环已趋成熟,冉加上世界范围内天然气资源的进一步开发,燃气轮机及其联合循环在世界电力系统中的地位发生了显著变化,而且有望成为2l世纪新型发电技术乃至洁净煤发电技术的支柱。燃气蒸汽循环有以下特点:

(1)供电效率远远超过燃煤的蒸汽轮机发电技术,目前燃用天然气的大型联合循环的供电效率已经达到58%。今后的2#8212;3年内则可以达到60%。

(2)在国外,交钥匙工程的比投资费用大约为500美元/kW一600美元/kW,它要比装有FGD的燃煤蒸汽电站者(800美元/kW 1000美元/kW左右)低很多。

(3)建设周期短,可以按”分阶段建设”的方针建厂,资金利用最有效。

(4)用地、用水都比较少。

(5)运行高度自动化,每天都能启停。

(6)运行的可用率高达85%一95%。

(7)便于快速”黑启动”。

(8)由于采用天然气或液体燃料,污染排放问题解决得很彻底[6]。

2. 余热锅炉发展及工作原理简介

余热锅炉是利用工业生产过程中的余热来产生蒸汽(热水)的设备, 过去也称为废热锅炉[7],是提高汽轮机发电效率的关键设备[8]。余热锅炉处在联合循环中燃气循环和蒸汽循环之间,余热锅炉设计上的微小改变都将直接影响联合循环的效率、发电成本等[9,10]。

2.1 发展历史

八十年前引出首先在铜反射炉后装设余热锅炉,开始做回收余热的尝试,五十年前在炼钢平炉后面开始装设余热锅炉。在这几十年中,世界各国对余热锅炉也不同程度地进行了一些研制工作,而进展却一直不快。

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