天然气燃气轮机余热发电热管锅炉设计A文献综述

 2020-04-03 11:04

文献综述

一. 天然气燃气轮机余热发电热管锅炉研究的意义

1 能源概况对燃气轮机的影响

随着我国经济社会持续快速发展,现阶段我国天然气年生产量仅为500亿立方米,占一次能源结构的3%,远低于亚洲和世界平均水平,且用于发电和民用的比例很小。【2】天然气需求大幅度增长国内天然气生产不能完全满足市场需求。同时,由于国际天然气市场价格持续攀升,利用境外资源难度增大。因此,合理利用天然气,可以改善大气环境,提高人民生活质量,对实现节能减排目标具有重要的意义。

我国发展燃气轮机发电技术的起步很早,无论在理论研究或工业实践方面,在世界上都有过卓越贡献。但是,由于近年来,燃气轮机电厂深受国际市场石油大幅度涨价的严重冲击,一批电厂出现严重亏损,面临倒闭;西气东输天然气供气量满足不了新增机组气量要求,新建的天然气燃气轮机电厂由于天然气燃料供应短缺,较长时间处于半停产状态,有些电厂至今因燃料供应不足仍不能满负荷运行。[1]

天然气锅炉设计效率都在90~93%之间,实际运行中也是如此,比燃煤要高得多,其中损失主要是排烟损失。如今,小型作为动力驱动的燃气轮机出口排烟温度仍然很高,热量浪费较大,对其进行余热回收生产蒸汽不仅可以提高锅炉效率,而且符合国家节能减排的大政方针。

2 天然气燃气轮机的改造潜力

天然气是一种清洁燃料,已为人们认识,但天然气及其燃烧的产物的特点,并不是所有人都十分清楚。天然气中含硫为百万分之二,是煤中含硫的万分之一。并且,天然气及燃烧产物不含任何灰尘及颗粒物,对受热面无磨损。天然气主要由烷类组成,主要元素为H和C,燃烧后主要产物CO2!及H2O蒸汽,还有空气中的N,氮的体积含量约占72.4%/,水蒸汽含量约占18%而二氧化碳含量占8.6%,其余气体总含量不到1%。天热气锅炉燃烧时几种主要成分的化学反应平衡方程式如下:

甲烷CH4 2CO2=CO2 2H2O约占90%

乙烷2C2H6 7O2=4CO2 6H2O约占5%

丙烷C3H8 5O2=3CO2 4H2O约占2%

其他成分约占3%左右,不同矿、不同时间也不完全相同。

天然气锅炉热损失中只有排烟热损失最大占6%~8%,炉体散热损失约占1%,化学未完全燃烧损失几乎为0。而炉体散热损失为1%,变化很小,决定锅炉效率的只有排烟热损失了。排烟热损失又分为烟气的显热,即不同成分的烟气由较高温度降至较低温度可释放出来的热量。再有就是汽化潜热(不在低位热值之内),即蒸汽凝结成同温度的水时释放出来的热量。此部分热量或凝结水量由排烟温度决定,排烟温度越低,凝结水量越大,释放出热量越多。根据上述天然气锅炉燃烧化学平衡方程式可知,含水量较大,此水回收稍加处理,可做软化水加以利用,可起到节能的目的。另一方面,回收烟气中的显热,为主要的余热回收的方法。由于天然气锅炉实际运行时,主要的损失为排烟损失,如果将排烟温度降至60oC,大部分显热得以回收,锅炉效率可提高至98%,如果将排烟温度降至50oC,可回收小部分潜热,锅炉效率可提高至103%,如降至40oC,效率可提高至106%,理论上最终可提高至111%。(燃气锅炉效率超过100%的原因是因为我们是以低位热值为基准,而回收烟气热量时,当排烟温度低于60oC以后,把部分低位热值之外的热量即汽化潜热(高位热值含此热量)也不同程度回收。此热量回收到一定程度时,总效率即超过100%。)因此,只要将排烟温度降低到一定程度就能回收大量的余热,在这样的情形下,热管式余热锅炉应运而生。【3】

二. 天然气燃气轮机余热发电热管锅炉的研究概况

(一)燃气汽轮机余热锅炉的应用与发展

1 概述

早在1939年,瑞士BBC公司就制成世界上第1台燃气轮机,经过多年的发展,燃气轮机在发电、航空、舰船、军用以及机械驱动等各领域获得广泛应用。现代燃气轮机发电技术已进入高度发展阶段。随着高温材料、机械加工、精密铸造、高温零部件冷却和防腐保护,以及大型机械装备的装配试验研究等一系列重大技术的突破,燃气蒸汽联合循环从热力学上可实现布雷顿循环和朗肯循环的联合,装置整体效率高达55%~60%比目前先进的超临界、超超临界火电机组的效率40%~45%高出了一个数量级。现代燃气轮机更具有排放污染少,有利于环保的优点,在采用干低氮氧化物排放燃烧先进技术下,燃气轮机排气有害成分氮氧化物(NOx)和碳氧化物(CO)的水平都能达到≤15μL/L,远远优于常规火力发电排放指标。

”十五”期间,我国开始天然气资源的大规模开发利用,西气东输、近海天然气开发和引进国外液化天然气工程全面展开,国家开始重视发展天然气燃气轮机联合循环发电。

燃气-蒸汽联合循环锅炉是一种将燃气轮机发电与蒸汽动力发电有机结合起来的一种新型的动力装置,它是随燃气轮机、蒸汽轮机和余热锅炉的技术进步而发展的,系统示意如图1。燃机余热锅炉与普通锅炉相比,具有结构简单、发电效率高、环境污染小、启停速度快和建设周期短等特点。

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