天然氣分布式能源站余熱鍋爐選型探討

孫 浩，葛春亮

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天然氣分布式能源站余熱鍋爐選型探討

孫 浩，葛春亮

（浙江天地環(huán)保科技有限公司，浙江 杭州 310000）

文章介紹余熱鍋爐效率、節(jié)點溫差等主要性能參數，并對余熱鍋爐選型考慮因素進行了描述，為天然氣分布式能源站余熱鍋爐的選型提供技術參考。

分布式能源；天然氣；余熱鍋爐

天然氣分布式能源采用天然氣作為燃料，與燃煤火電機組相比，其SO2和固體廢棄物排放幾乎為零，二氧化碳排放量減少50%以上，具有很強的環(huán)保優(yōu)勢。氣輪機余熱鍋爐是天然氣分布式能源電站的主要設備組成，其通過對氣輪機排除的氣體中的余熱進行回收，這部分有余熱的氣體，其溫度仍舊較高，一般能達到550℃左右，甚至其溫度能伴隨著氣輪機入口的溫度升高而使得排氣溫度也同樣升高，且該回收氣體所產生的蒸汽作為一種動力作用于蒸汽輪機發(fā)電的換熱設備。這一回收利用的過程，不僅可以提高其工作效率還能大大降低整體設備自身的負荷。

1 主要性能參數

①余熱鍋爐的效率，是指通過對燃氣輪機排氣熱量的余熱回收利用的利用率程度，而該余熱鍋爐排氣溫度的利用率程度和選擇設備所用的蒸汽循環(huán)模式、節(jié)點溫度比值以及燃料屬性和成分有著緊密的關系；②節(jié)點溫度比值就是節(jié)點溫差，是余熱鍋爐中蒸發(fā)器入口處的燃氣溫度與飽和溫度之間的差值，節(jié)點溫差減小，會相應減少余熱鍋爐的排氣溫度，提高余熱利用率；③接近點溫度比值是接近點溫差，是在余熱鍋爐正常汽包工作壓力下溫度達到飽和狀態(tài)與進入汽包前省煤器出口水溫之間的差值，一般5～20℃，是控制省煤器汽化的參數；④排氣溫度，直接影響到其經濟性。單壓汽水系統(tǒng)的余熱鍋爐，排氣溫度160～200℃，采用雙壓或三壓汽水系統(tǒng)，排氣溫度可以降至110～120℃；⑤余熱鍋爐煙氣阻力，按聯合循環(huán)設備國際標準規(guī)定，對于單壓、雙壓和三壓余熱鍋爐分別為2.5、3.0、3.3kPa。一般燃氣輪機背壓每增加1kPa時，其功率下降0.6～0.7%，熱耗率會增大0.6～0.7%。

2 余熱鍋爐型號的選擇

余熱鍋爐型號的選擇，需從以下三方面進行考慮。

2.1 汽水循環(huán)系統(tǒng)中的壓力級別的考量

多壓系統(tǒng)的采用首先取決于不同蒸汽作用力的利用選擇。在汽水循環(huán)系統(tǒng)中的壓力級別即是指余熱鍋爐中余熱回收利用產生的蒸汽的作用壓力的級別，通常情況下分為單壓、雙壓和三壓三種級別。

單壓鍋爐投資較省，但是其排煙溫度較高，理論上可在主蒸汽省煤器出口另外增加一套換熱裝置，并產生較低參數的蒸汽，以提高余熱鍋爐的效率。小型燃氣輪機聯合循環(huán)電廠由于汽輪機容量較小，進汽壓力較低，建議采用單壓余熱鍋爐，并在尾部加裝省煤器產生98℃的高溫熱水作為吸收劑冷熱源。燃氣輪機排氣量相對較大，考慮調節(jié)靈活方便，可采用一拖一方案。對燃氣內燃聯合循環(huán)，其排氣量遠小于燃氣輪機，可采用四拖二方案，即4臺內燃機分別進入2臺單壓余熱鍋爐產生蒸汽，再共同進入一臺汽輪機發(fā)電，并在尾部加裝省煤器產生80℃的高溫熱水作為吸收劑冷熱源。

當壓力級別達到三壓時，其余熱鍋爐中的高壓蒸汽直接作用于氣輪機，而中壓蒸汽則供給與氣輪機中的補氣發(fā)電。基于三壓余熱鍋爐與雙壓余熱鍋爐相比，不管哪一種級別的壓力模式均可以通過對尾部受熱面的擴大從而提高水溫，并供給高溫熱水。在實際運用中，三壓和雙壓的初期投資成本較高，兩種壓力級別的余熱效率的差距僅為2.5%左右，其間比較中雙壓余熱鍋爐較于三壓余熱鍋爐能產生較多的高壓蒸汽。不能用于發(fā)電，利用價值不大。因此，根據工程的情況，一般推薦采用雙壓余熱鍋爐。

2.2 鍋爐的循環(huán)方式的選擇

較為普遍的余熱鍋爐爐型區(qū)分是按照其受熱面的分布進行分類，有臥式和立式兩種，這兩中類型的余熱鍋爐均可以聯合循環(huán)機組進行使用。余熱鍋爐聯合循環(huán)機組的循環(huán)方式主要有兩種，即是：強制循環(huán)和自然循環(huán)。

自然循環(huán)通常應用在鍋爐循環(huán)水循環(huán)中，通過氣體流動方面流過各級別壓力的受熱面，而其受熱面管束呈水平分布。強制循環(huán)通常應用于鍋爐水循環(huán)中，通過使用循環(huán)泵作為水循環(huán)的動力進行強制執(zhí)行。兩種循環(huán)方式比較中，強制循環(huán)比自然循環(huán)的冷啟動更快。強制循環(huán)的氣體流動為垂直進行，余熱鍋爐的安裝呈垂直狀，更加節(jié)約空間面積，但是較于自然循環(huán)，強制循環(huán)還需要加裝循環(huán)泵設備。

2.3 鍋爐補燃與否的選擇

余熱鍋爐補燃與否的選擇是余熱鍋爐選型要考慮的重要一個環(huán)節(jié)，一般不選擇鍋爐補燃的情況是在余熱鍋爐出力匹配于氣輪機額定的進氣量時，可不采用補燃方式。采用余熱鍋爐補燃的循環(huán)機組可提高余熱鍋爐的蒸汽品質，但補燃中燃料的利用率較低，同時也增大了系統(tǒng)的阻力，使得大大降低了聯合循環(huán)機組的工作效率，且補燃燃料的屬性和成分的選擇也會增加余熱鍋爐利用的成本。一般情況下會較不采用補燃的方式高25～35%。

3 結束語

汽輪機余熱鍋爐是天然氣分布式能源電站的主要設備組成，余熱鍋爐的選型在具體實施時應經過技術經濟比較確定。同時在選定汽機型號后，需核算余熱鍋爐出力是否滿足汽機參數要求，以達到余熱鍋爐出力與汽輪機額定進汽量相匹配。

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2096-2789（2016）11-0238-01

孫浩（1981-）男，山東棗莊人，碩士，工程師，主要從事火力發(fā)電廠機務設計。

葛春亮（1981-）男，浙江杭州人，碩士，高級工程師，主要從事火力發(fā)電廠脫硫脫硝設計。