降低區(qū)域式天然氣分布式系統(tǒng)的余熱鍋爐排煙溫度的方案

余莉

(1.中國華電科工集團有限公司，北京 100070； 2.華電分布式能源工程技術(shù)有限公司，北京 100070)

0 引言

區(qū)域式天然氣分布式能源系統(tǒng)是以燃氣輪機或內(nèi)燃機為原動機，以余熱鍋爐為余熱利用設(shè)備產(chǎn)生蒸汽，通過冷熱電聯(lián)產(chǎn)的方式，直接向一定區(qū)域范圍內(nèi)的生產(chǎn)企業(yè)、廠房、樓宇建筑等用戶輸出熱(冷)能、電能的能源供應(yīng)系統(tǒng)。

余熱鍋爐利用燃氣輪機排放的高溫煙氣，通過鍋爐中設(shè)置的高壓過熱器、高壓蒸發(fā)器、高壓省煤器、低壓過熱器、低壓蒸發(fā)器和低壓省煤器的受熱面降低煙氣溫度，同時產(chǎn)生蒸汽。余熱鍋爐的排煙溫度越低，則鍋爐效率越高，分布式能源系統(tǒng)的綜合能源利用效率也越高。

余熱鍋爐的排煙溫度與給水溫度、煙氣中的硫化物含量、鍋爐的選型等因素有關(guān)。通常為避免低溫腐蝕，余熱鍋爐的排煙溫度要比酸露點高出10 ℃以上。由于天然氣分布式能源項目采用清潔的、硫化氫含量較低的天然氣作為燃料，煙氣中的硫化物含量很低， 因此酸露點也不高(一般在60 ℃左右)。因此，當余熱鍋爐的選型確定后，影響排煙溫度的主要因素為給水溫度，降低給水溫度即可降低排煙溫度。

1 余熱鍋爐的分類

余熱鍋爐有多種分類，根據(jù)產(chǎn)生蒸汽壓力的等級分為單壓和雙壓；按工質(zhì)循環(huán)方式又可分為自然循環(huán)和強制循環(huán)；按結(jié)構(gòu)布置方式分為立式和臥式；根據(jù)煙氣側(cè)的熱源形式，分為有補燃余熱鍋爐和無補燃余熱鍋爐。帶整體除氧器的余熱鍋爐取代了不帶整體除氧器的設(shè)置，這是因為：一方面，帶整體除氧器的余熱鍋爐減少了占地，系統(tǒng)也更為簡單；另一方面，余熱鍋爐低壓汽包可兼做除氧水箱，減少了余熱鍋爐的投資設(shè)備。

區(qū)域式分布式聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，通常采用臥式自然循環(huán)雙壓余熱鍋爐。區(qū)域式分布式簡單循環(huán)系統(tǒng)，通常采用臥式自然循環(huán)單壓余熱鍋爐。

2 區(qū)域式分布式能源系統(tǒng)的配置方案

區(qū)域式分布式能源系統(tǒng)有燃氣-蒸汽簡單循環(huán)系統(tǒng)和燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)兩種方案。

2.1 燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)

將燃氣輪機和蒸汽輪機這兩種按不同熱力循環(huán)工作的熱機聯(lián)合在一起的機組，可簡稱為聯(lián)合循環(huán)。聯(lián)合循環(huán)機組一般配置有燃氣輪機或內(nèi)燃機、余熱鍋爐和蒸汽輪機。燃氣輪機不設(shè)置旁路煙囪，高溫煙氣通過余熱鍋爐產(chǎn)生有一定壓力的蒸汽后排入煙囪，余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽可驅(qū)動蒸汽輪機發(fā)電機組發(fā)電。

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)分布式能源系統(tǒng)的余熱鍋爐給水溫度為蒸汽輪機的凝結(jié)水溫度。當供熱抽汽沒有回水時，凝汽器設(shè)置真空鼓泡除氧器，將溫度約20 ℃的補水全部補入凝汽器，約為30 ℃的凝結(jié)水作為給水進入余熱鍋爐，此時余熱鍋爐的給水需高于水露點溫度(一般為30～60 ℃)。通過將尾部省煤器再循環(huán)系統(tǒng)，給水的溫度升至50 ℃左右，鍋爐排煙溫度可降至約80 ℃。對于配置了背壓式蒸汽輪機的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，當供熱排汽沒有回水時，自溫度約20 ℃的除鹽水補水只能補入余熱鍋爐。由于氧含量較高的除鹽水必須進行除氧，余熱鍋爐的給水溫度為除氧器出口的給水溫度。

2.2 燃氣-蒸汽簡單循環(huán)系統(tǒng)

燃氣輪機的高溫煙氣通過余熱鍋爐生產(chǎn)出一定壓力的蒸汽，蒸汽直接向外輸送或通過減溫減壓后對外供熱，也可簡稱為簡單循環(huán)。

燃氣-蒸汽簡單循環(huán)的分布式能源系統(tǒng)沒有蒸汽輪機，余熱鍋爐的給水溫度為除氧器出口的給水溫度。

3 降低區(qū)域式分布式能源系統(tǒng)排煙溫度的配置方案

從上述分析可知，對于配置了背壓式蒸汽輪機的聯(lián)合循環(huán)的分布式供能系統(tǒng)和簡單循環(huán)的分布式供能系統(tǒng)，余熱鍋爐的給水溫度與除氧器出口的給水溫度一致。為了充分利用余熱，采用合適的除氧系統(tǒng)降低除氧器的出口水溫，就可以降低余熱鍋爐的給水溫度、提高鍋爐效率。降低余熱鍋爐排煙溫度，可選擇配置大氣式除氧器系統(tǒng)和真空除氧器系統(tǒng)兩種方案。

3.1 大氣式除氧器系統(tǒng)

對于壓力、溫度不高的小容量機組，其給水系統(tǒng)一般配置大氣式除氧器。當104 ℃的除氧器出水進入余熱鍋爐省煤器后，則余熱鍋爐的排煙溫度會高于110 ℃。若項目有穩(wěn)定的低溫熱水負荷需求時(如采暖、制冷、生活熱水和天然氣加熱器等)，可以在余熱鍋爐尾部設(shè)置煙氣熱水換熱器，制取低溫熱水來進一步降低排煙溫度至90 ℃以下。

3.2 真空除氧器系統(tǒng)

當?shù)蜏責崴摵奢^小或只有季節(jié)負荷時，補水可配置真空除氧器系統(tǒng)。

真空除氧裝置由除氧頭、除氧水箱、抽真空裝置和真空水泵等組成。可以將其低位安裝，用于蒸汽鍋爐給水除氧、熱水鍋爐補給水除氧以及其他系統(tǒng)氣體的去除。除氧器出口水溫為45～60 ℃，大大降低了余熱鍋爐的給水溫度，排煙溫度可降至80 ℃以下。

4 兩種除氧系統(tǒng)的特點及技術(shù)指標的對比

上述兩種配置，均能降低余熱鍋爐的排煙溫度，提高鍋爐效率。當項目有較穩(wěn)定的低溫熱水需求時，可配置大氣式除氧器于余熱鍋爐尾部熱水換熱器。當項目沒有低溫熱水需求或量較小時推薦配置真空除氧器的系統(tǒng)。大氣式除氧器和真空除氧器的分布式能源項目的主要參數(shù)見表1。

表1 兩種除氧器系統(tǒng)的參數(shù)

5 結(jié)論

綜上所述，對于外供蒸汽負荷較大且基本無回水回收的區(qū)域式分布式供能系統(tǒng)，補水需由能源站除鹽水補給，此部分補水需經(jīng)過除氧處理。

配置真空除氧器的補水除氧系統(tǒng)可采用配置大氣式除氧器系統(tǒng)或真空除氧器系統(tǒng)中結(jié)合余熱鍋爐尾部增加熱水換熱器來降低余熱鍋爐排煙溫度的方案。對于有大量低溫熱水需求的項目，可采用大氣式除氧器系統(tǒng)加余熱鍋爐尾部增加熱水換熱器系統(tǒng)來降低余熱鍋爐的排煙溫度；對于低溫熱水需求較小的項目推薦采用真空除氧器系統(tǒng)加余熱鍋爐尾部增加熱水換熱器系統(tǒng)來降低余熱鍋爐排煙溫度。

通過對比分別采用兩種不同除氧系統(tǒng)的項目的性能參數(shù)，補水采用真空除氧系統(tǒng)結(jié)合余熱鍋爐尾部增加熱水換熱器的系統(tǒng)排煙溫度會更低。

參考文獻：

[1]趙欽新，周屈蘭，譚厚章，等.余熱鍋爐研究與設(shè)計[M].中國標準出版社，2010：58-59.

[2]中國華電集團有限公司.天然氣分布式能源項目工程設(shè)計導(dǎo)則[Z].北京：中國華電集團有限公司，2018,6-7.