深圳南天电力GT13E2燃机余热锅炉双压改造简介.pdf

余 热 锅 炉2 0 1 0 ． 4 5 深圳南天电力 G T 1 3 E 2燃机 余热锅炉双压改造简介 杭州锅炉集团股份有限公司 陈海 东 摘 要 本 文分析 了 G T 1 3 E 2燃机余 热锅炉双压改造 的必要性和可行性 ， 介绍 了对原 C MI 单压余热锅 炉进行的双压改造方案， 并对改造前后余热锅炉和联合循环 性能进行 了对比分析 。改造后 ， 锅炉排烟温度 由 1 8 3 o C降低到 l 3 4 ℃， 锅炉余热利 用 率由原 6 9 ． 5 ％提 高到 7 7 ． 1 ％， 结合汽机 的双压改造 ， 联 合循 环 的发 电热效 率 由 4 8 ． 5 ％提 高到 4 9 ． 8 ％， 可见， 改造达到节能减耗增 出力， 证 明本次改造取得成功， 同时 取得 了不错的经济效益和社会效益。 关键词余热锅炉双压改造节能性能分析 前言 1 锅炉原运行情况和存在的问题 上世纪 9 0 年代， 大型燃气一蒸汽联合循 环发电在 国内开始逐渐发展， 与之相关 的工 程设计 、 安装 、 运行等方面的技术也处于起步 阶段。在这样的背景下 ， 深圳南天 电力有 限 公司于 1 9 9 7 年全套引进 了与 G T 1 3 E 2燃气轮 机相配套的 C MI 余热锅炉， 组建成一套燃气 一 蒸汽联合循环 ， 总容量为 2 4 4 MW。这在 当 时及 以后若 干年内都是亚洲最大的联合循环 机组。由于当时 国际能源价格低廉 ， 发电成 本较低 ， 为了节省设备初期投资 ， 联合循环余 热锅炉采用 了单压配置 。经过 1 O多年 的运 行 ， 余热锅炉产汽量和效率 明显下降， 且排烟 温度上升 明显 ， 再结合 国际能源价格高 昂及 国家节能减排的号召， 为了提高余热利用率 和增加机组出力 ， 南天 电力有限公 司于 2 0 0 9 年初对该余热锅炉进行了双压改造， 并达到 了预期效果。 原锅炉与 G T 1 3 E 2燃气轮机相配套组成 联合循环 ， 于 1 9 9 7年 7月投产运行 ， 燃料 为 0#柴油。投产时运行数据为： 环境温度 ： 2 6 o C； 燃机 出力 ： 1 5 3 M W； 烟气流量 ： 5 0 6 k g ／ s ； 进 口烟温 ： 5 3 0 ； 排烟温度 ： 1 7 3 ℃； 锅炉主蒸汽压力 ：4 ． 5 MP a ； 锅炉主蒸汽温度 ： 5 0 6 ~ C； 锅炉主蒸汽流量 ： 2 2 0 t ／ h ； 汽机出力 ： 6 7 ． 1 M W； 汽机凝结水温度 ： 4 2 ℃。 自2 0 0 6年 7月起 ， 燃料改为广东大鹏管 道天然气。2 0 0 8 年夏季典型的运行数据为： 环境温度 ： 2 8 ℃； 燃机出力 ： 1 4 0 M W； 烟气流量： 5 1 0 k g ／ s ； 进口烟温 ： 5 1 7 ℃； 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 余 热 锅 炉2 0 1 0 ． 4 排烟温度 ： 1 8 4 ℃； 锅炉主蒸汽压力 ：4 ． 1 MP a ； 锅炉主蒸汽温度 ： 5 0 1 ℃； 锅炉主蒸汽流量 ： 2 0 5 t ／ h ； 汽机出力： 6 1 ． 9 M W； 汽机凝结水温度 ： 4 2 ． 5 ℃。 根据以上运行数据及对锅炉实际情况查 看后 ， 经分析可知锅炉存在以下三大问题 ： ( 1 ) 燃气轮机排气温度和排气流量均较 原设计值降低太多， 锅炉烟气进 口参数的改 变导致原受热面设置配比失调 ， 导致 窄点温 度升高， 引起蒸发量下降。 ( 2 ) 由于原设计使用 0#柴油， 造成锅炉 受热面鳍片管外表面腐蚀严重 ， 鳍片表 面布 满锈皮 ， 热阻增大 ； 鳍片管内部也有一定程度 的结垢。 ( 3 ) 高压蒸发器有 3 根管子穿孔泄露， 被 加盲板堵死 ， 减少了 4 ． 8 ％的换热面积。 2 余热锅炉双压改造的必要性和可行性分 析 进入 2 1 世纪后， 国际能源 日趋紧张 ， 能 源价格也不断上涨。如今国内的燃气轮机联 合循环大多配置双压锅炉 ， 在天然气燃料工 况下， 锅炉排烟温度在 1 0 0 ℃左右， 余热利用 率可达 8 5 ％以上 ， 联合循环发 电热效率可达 5 0 ％以上 ， 采用双压设计 的联合循环相关技 术也 已相当成熟。而深圳南天电力有限公司 G T 1 3 E 2 燃机配备单压余热锅炉的联合循环 运行多年后 ， 已出现上述诸多问题 ， 排烟温度 高达 1 8 3 ℃， 余热利用率只有 6 9 ． 5 ％， 联合循 环发电热效率仅有 4 8 ． 5 ％， 相比国内其他同 容量等级联合循环机 组， 该 G T 1 3 E 2联合循 环已远远落后。因此， 对该机组进行改造已 变得势在必行 ， 只有进行双压改造， 才能使机 组提高联合循环整体热效率， 降低发电成本， 并完成政府下达的节能减排指标。 G T 1 3 E 2 燃机联合循环余热锅炉双压改 造的可行性分析包含以下内容 ： ( 1 ) 经余热锅炉基础校核， 确定原锅炉基 础能承受锅炉因改造而增加 的载荷 。 ( 2 ) 经过对余热锅炉钢结构进行核算， 确 定可在原来钢结构 的基础上进行加 固后 利 用 。 ( 3 ) 经过余热锅炉热力计算， 确定双压改 造工作可在对原有热面结构稍作改动的基础 上 ， 完成改造。 ( 4 ) 对高压给水 泵、 高、 低压 热水循环泵 和凝结水泵等进行校核。 ( 5 ) 由于锅炉顶部增加受热面， 需分析确 定锅炉顶部出 口烟道和烟 囱整体抬高 的方 案 。 3 锅炉双压改造方案 本着最大程度地利用余热， 以及考虑安 装工作量、 工期和整个改造费用等因素， 经过 充分的技术经济比较 ， 受热面的改造方案为 ： 除对原高压蒸发器进行重新设计布置外 ， 原 有的高压过热器、 高压省煤器和除氧蒸发器 三部分热面保持不变 ， 在高压蒸发器后增加 低压过热器 ， 在锅炉尾部烟道增加了凝结水 加热器 、 性能加热器及热水加热器 。具体改 造内容如下文所述 。 3 ． 1 高压蒸发器的改造 高压蒸发 器受热 面管 由原 来 的 3 8 2 ． 9 m m改 为 23 m m； 鳍 片 由原 来 的 1 1 0 m m不开齿鳍片改为 1 1 3 ． 5 m m的开齿鳍 片； 鳍片密度由原来 的 1 3 5片／ m增加为 2 5 0 片／ in ； 管子纵向排数由原来的 2 8 排减少为 2 6 排。管子横 向排数、 横 向节距 、 纵向节距 均不变。高压蒸发器工质流程改为六回程布 置。为了最大限度地吸收废热、 提高出力并 在考虑现场施工及结构合理性的前提下， 高 压蒸发器 1 最后一排管子多绕两个回路后和 其它热面管一起进入高压蒸发器出口 集箱。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉2 o 1 0 ． 4 7 3 ． 2 增加低压过热器 为了将原单压余热锅炉改造为双压锅 炉， 改造方案在高压蒸发器 1 后增加了低压 过热器 ， 布置在原高压蒸 发器 1最后两排的 位置。低压过热器横向排数 6 2 排， 纵向排数 为 2排 ， 为 e9 6 03 m r n的光 管。错列布置 ， 横 向和纵 向节距 同原蒸发器 ， 为 单 回程布置。 因为高压蒸发器和低压过热器管子 的纵 向和 横向节距以及总排数与原高压蒸发器管子相 同， 因此该两个受热面仍用原 吊挂装置进行 固定。 3 ． 3 增加凝结水加热器 凝结水加热器 布置在低压蒸 发器后 面。 凝结水加热器由横向 6 2排， 纵向 1 2排的 3 2 3 m m的开齿鳍片管组成 ， 鳍片规格为 1 1 5 ra m的开齿鳍 片， 鳍 片密度 为 2 0 0片／ m。 受热面管子错列布置 ， 横 向节距 9 1 ， 纵 向节 距 7 9 ， 工质流程为双回程布置。 凝结水加热器采用下部支撑方式固定在 经过加固的原顶部吊挂梁及护板上。 3 ． 4 增加性能加热器和热水加热器 性能加热器布置在凝结水 加热器后面。 性能加热器 由横 向 6 2排， 纵向 2排 的 仍 2 3 m m的开齿 鳍 片 管组 成 ， 鳍 片 规 格 为 l 1 5 m m的开齿 鳍 片 ， 鳍 片 密度 为 2 0 0片／ m 。 受热面管子错列布置， 横向节距 9 l ， 纵向节 距 7 9 ， 工质流程为单回程布置。 热水加热器布置在性能加热器后面。热 水加 热器 由横 向 6 2排， 纵 向 8排 的 2 3 m m的开 齿 鳍 片管 组成 ， 鳍 片规 格 为 1 1 5 m m的开 齿 鳍 片， 鳍 片密 度 为 2 0 0片／ m。 受热面管子错列布置， 横向节距 9 l ， 纵向节 距 7 9 ， 工质流程为四回程布置 。 性能加热器 和热水加 热器组 成一个 管 箱 ， 采用下部支撑方式 固定在经过加 固的原 顶部吊挂梁及护板上。 凝结水加热器、 性能加热器和热水加热 器采用管箱式密封结构， 其中性能加热器和 热水加热器布置在同一个管箱中。 3 ． 5 除氧器更换 由于原锅炉为单压系统， 改造后为双压 锅炉 ， 因此需增加低压锅筒 。考虑到改造 的 经济性和布置位置 的限制， 现重新设计制造 除氧器， 除氧水箱兼做低压锅筒， 输出饱和蒸 汽至低压过热器， 因此锅筒内部需增加蒸汽 分离装置。除氧器设计方案仍采用无头式， 并将原除氧器凝结水喷头拆除安装到新除氧 器上。现除氧器／ 低压锅筒材质为 2 0 g ， 规格 为 q ~ i 3 5 0 0 X 2 4 m m， 直段 长度为 7 0 0 0 ra m。新 除氧器除取消启动蒸汽接 口外 ， 各接 口位 置 基本按原除氧器布置 ， 原除氧器所配 阀门仪 表尽量拆至新除氧器集箱使用 。 3 ． 6 新增或更改管道及 阀门仪表 原管道改动处 为： 高压蒸发器 1 至高压 锅筒连接管道和高压蒸发器 2 进 口管道做适 当改动； 取消原过剩蒸汽管道、 凝结水进 口到 除氧器管道和启动蒸汽管道 ； 重新布置原高 压锅筒至除氧器补汽管道， 其余管道均不做 改动。在新增管道上按要求增加排气管路和 疏水管路及相应 阀门、 安全 阀、 压力表、 温度 元件等阀门仪表。 3 ． 7 相关水泵的校核 3 ． 7 ． 1 高压给水泵校核 在主蒸汽压力 、 给水 流量等略作调整及 原高压过热器、 高压锅筒、 高压省煤器及相应 相应管道均不变的条件下 ， 经校核计算 ， 原高 压给水泵能满足改造后锅炉 的需要 ， 不需改 造或更换 。 3 ． 7 ． 2高压热水循环泵校核 改造后高压蒸发量略低， 高压蒸发器管 径改小 ， 鳍片密度变大 、 纵向排数减小 、 且受 热面的管径变小 ( 由 ~ 3 8 r n m改为 e 9 3 2 m m) ， 高压蒸发器 的工质 回程数由原来的 4回程改 为 6回程 ， 蒸发器热面阻力与原来相当 ， 而相 应管道尺寸不变， 出口管道变短， 经校核计 算， 原高压热水循环泵能满足改造后的锅炉 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 余 热 锅 炉2 0 1 0 ． 4 ——————————— 一 一—— r _ - —一 ： 中 I I l i j l ! l i ； I { ； l 厂 ＼ ＼ 、 、 ， ／ ／ 、 ＼ ／ L 卫 ． ／／ 、、 I ／ ， ／ 求 加 热 辨 、 、 IN ＼ ． ，．． - 、 旅 * 耳 l I 、 _ L _厂 l _ r J 1 ， 一 厂- I ● 薜 壮 7 k f I ! i 击一 I F - =． I r e ： lI ) 2 5 2 0 l I ● ： ： [ ＼ } ＼ ： I l I、J - - ． z： G- r 一 I I ＼ l 一 l { I } ．’ I 1 ． j 1 ． t r -。 一 瓜 ： 、 ＼ r] ； I 一 妻 蝴 i _● t I 日 至 尚 省 煤 ； }{； I l l 、 、 J l l I 藿 ■ ● 重 - 一 E — 丑 — I 一 蓍 I l 一 一 7 f 低 压 过 热 器 _ I I 黑 忙 囊 簪 巢 { ＼ m 1 ■ I 垣 f ● l 副 一 ／ 压 过 热 器 母 ， ⋯ 燮 ⋯ 一 ， 、 ( 目曩黛瞄 嗣 富薯 _ 嘟一 ／ l 隳 乐 量 堇 i 霎 『 ， ： I ， ； 皇r 蓦《 一{ 霍 1 l I’ I J 1 f l I } l ： ： 等 二 斗 干 ! = ： 1 [ I -一- ⋯ ．- 一 l 、 - ＼ ＼ ／ r ／ p ： ： 』 。 一 厂 ． ， ＼ 、f 、 ＼ fI 【 = 、、 ：{ 弼 ＼ ， 『 ● I —— ＼＼ ， i V I 7 —— ＼ 乒 一 I ⋯⋯ i ． 巨 I ] 『 图 1 改造后的锅炉总图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 余 热 锅 炉2 0 1 0 ． 4 9 水循环要求 ， 不需改造或更换 。 3 ． 7 ． 3 低 压 热水循 环 泵校核 改造后低压系统压力提高， 且低压蒸发 器受热面及管路均不变， 经校核计算， 原低压 热水循环泵 能满足改 造后 的锅 炉水循环要 求。 锅炉改造后高压蒸发 器换热面积 由 1 8 0 0 0 m 2 增加至 2 9 0 0 0 m 2 ； 低压过热器换热面 积 4 0 ( 0 1 1 2 ； 凝结水加热器换热面积 1 2 5 0 0 m2 。 锅炉改造后重量增加情况为 ： 高压蒸发 器模块 由原先 1 4 0 t 增加至 1 6 0 t ， 增加 2 0 t ， 低 压过热器模块 1 2 t ， 凝结水加热器管箱 9 2 t ， 性 能加热器和热水加热器管箱重量约 8 3 t ， 汽水 管道及阀门新增加约 6 0 t ， 钢结构加固新增约 6 0 t 。 图 1 为改造后 的锅炉总图。 4 锅炉双压改造前后性能分析 锅炉双压改造完成后 ， 由电厂反馈 回来 的运行性能数据如下 ： 环境温度 ： 2 4 o C； 烟气流量 ： 5 0 2 k g ／ s ； 进 口烟温 ： 5 1 7 ℃； 排烟温度 ： 1 3 4 ℃； 锅炉高压蒸汽压力 ：4 ． 4 M P a ； 锅炉高压蒸汽温度 ：4 9 7 ℃； 锅炉高压蒸汽流量 ： 2 1 4 t ／ h ； 锅炉低压蒸汽压力 ：0 ． 6 8 MP a ； 锅炉低压蒸汽温度 ： 2 5 3 o C； 锅炉低压蒸汽流量 ： 2 9 t ／ h ； 汽机出力 ： 6 9 ． 4 M W； 汽机凝结水温度 ： 4 1 ℃。 可见， 改造完成后， 锅炉排烟 温度 由 1 8 4 c 【 = 降低到 1 3 4 c 【 = ， 锅炉余热利用率 由原 6 9 ． 5 ％提 高到 7 7 ． 1 ％， 每小时多回收余 热 6 o G J 。汽 轮 机 负 荷 从 原 6 2 ． 2 M W 增 加 至 6 9 ． 4 MW， 汽机 出力 净增加 7 ． 2 M W。燃机排 气阻力增加了 1 0 0 0 P a ， 导致燃机负荷下降了 1 ． 7 MW， 净出力增加 了 5 ． 5 M W。联合循环发 电热效 率 由原 来 的 4 8 ． 5 ％提高 到 4 9 ． 8 ％。 按年运行 4 0 0 0 h计算 ， 双压改造后机组每年 多发 电 2 2 0 0万 度 ， 相 当 于 每 年 节 省 标 煤 6 1 0 0 t ， 减排 C 0 2 1 ． 3 6 X 1 0 4 t ， 减 排 S O 2 1 5 0 t ； 另 外按设计性能加热器受热面可 以产 出 1 2 0 ~ C 的供加热燃料用热水 4 7 ． 6 t ／ h ， 此项可节约相 应热值 的燃料 ； 外供 热水 受热 面还 可产 出 8 5 ℃热水 3 5 2 ． 5 t ／ h 。 可见 ， 改造的经济效益和社会效益 十分 明 显。 5 结束语 在国家大力提倡 “ 节能减排 ” 的大环境 下 ， 电厂联合锅炉厂积极响应国家的号召， 成 功实施 了 G T 1 3 E 2 燃气轮机联合循 环双压改 造工程 ， 并取得了 良好 的经济效益和社会效 益。本次联合循环双压改造的成功案例为国 内其余同类锅炉的改造提供了宝贵的经验。 参考文 献 [ 1 ]杭州锅炉集团有限公司． 0 8 H 0 4 S M设计说明书 ． [ 2 ]杨家技， 全华强， 黄汝广 ． 联合循环双压改造工 程介绍 ( 余 热锅炉部分) ． 燃气 轮机发电技术 2 0 1 0年第 l 2 卷第 2 期 ． ( 上接第 2 8页) 参考文献 [ 2 ]王世昌． 海水淡化工程[ M] ． 北京． 化学工业出版 [ 1 ]王为民． 核能发 电与核 电厂水 电热联产技术 社． 2 0 0 3 ． [ M] ． 北京． 化学工业出版社． 2 O 0 8 ． [ 3 ]高从谐， 陈国华． 海水淡化技术于工程手册[ M] ． 北京． 化学工业出版社 ． 2 O O 3 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m