燃气轮机联合循环电厂的节能设计探讨.pdf
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1、222 EPEM 2023.7 下节能减排Energy Saving燃气轮机联合循环电厂的节能设计探讨中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 向 魁摘要:本文以燃气轮机联合循环电厂为例,阐述了该电站的节能设计思想,并根据该电站的实际运行方式提出了一种节能的设计方案,以达到减少能耗的目的。关键词:燃气轮机;联合循环电厂;节能设计为了降低燃气轮机联合循环电站的能耗,需采取一系列的节能措施,确保各项节能措施与机组早期的节能设计思想相协调,同时对燃气轮机联合循环电厂的各种能耗进行调节,从而达到国内电力工业发展的要求。1 燃气轮机联合循环系统概述1.1 燃气轮机联合循环发电的原理燃气轮机联合循环发
2、电是指通过燃气轮机直接带动一台发电机,将燃烧机排出的高温烟气送入废热锅炉,利用其热能;利用废热锅炉产生的高温、高压蒸汽,然后用来带动汽轮机,实现煤气和蒸汽的联合循环。联合循环是将两个单独的动力周期利用不同的工作液进行能量交换而结合起来。天然气联合循环发电机组,可是单轴的,也就是燃机-汽轮机-发电机在一个轴系上,而发电机则是由燃机和蒸汽机共同驱动。其也可是多轴的,也就是说,燃机和蒸汽机各自驱动各自的发电机,但其轴系并不相连1。现在最常用的方法就是两个机组,两个机组都有自己的机组,将烟气排放到相应的废热锅炉中。将两个废热锅炉排出的高温蒸汽排成一排,然后送到1个汽轮机组中。该系统包括两台燃气轮机、两
3、台余热锅炉、一台汽轮机和三台发电机。目前,从国外引入的主要是单轴联合循环机组,而我国目前已安装和运行的两个大联合循环机组。1.2 燃气轮机联合循环发电的优点高的发电效率。因采用布朗和朗肯两个周期的燃气轮机,其原理和结构都比较先进,因而具有较低的热耗;联合循环的发电效率可达到60%,而燃煤发电厂(0.75600MW)的发电效率只有20%42%;环保:火力发电厂的锅炉烟尘较多,SO2、NO2含量较高。燃机发电厂废热锅炉烟气中没有粉尘,SO2含量很低,NOx 含量在105PPM;灵活的操作模式。火力发电厂只可作为基础负载,不能用作调峰发电。燃机电站既能作为基础负载又能作为调峰电站。在燃机采用双燃料的
4、情况下也能实现对天然气的调峰。耗水量小。燃气-蒸汽联合循环电站只有1/3的蒸汽轮机,其耗水量是燃煤和火力发电的三分之一,而在整个系统中,凝汽负压机组的发电能力非常有限,因此在世界范围内空气制冷是世界上最普遍的方法,耗水量几乎为零。另外,在沼气(CH4)中的氢气和氧气被分解为 CO2和水,1m 的天然气可以回收1.53kg 的水,而每千克可以获得2.2kg 的水就足够了。占用空间小。因为不需要堆积煤炭和烟尘,可采用空气冷却,可大大减少占用空间,占用率只有传统燃煤电站的10%30%,可以节约大量的土地;建造期较短。燃气轮机组的建造期为8至10个月,而联合循环机组的建造期为16至20个月,而燃煤机组
5、则是24至36个月,且回收率较高。2 燃气轮机联合循环电厂节能设计思路为了满足国内电力工业的可持续发展需求,燃气轮机联合循环机组在投入使用前应进行节能设计,以确保机组内各种设备的稳定运行;保证了此类电站的一体化运营方式,能适应国内电网发展的需要。2023.7 下 EPEM 223节能减排Energy Saving此外,在电站的节能设计中,还应对机组的建设投资、运营费用等进行有效地分析,并依据分析的结果,提出了一种节能的思想,使之能符合燃气轮机组的运行需求。目前,国内电力工业在开展燃气轮机联合循环电厂的节能设计时,其设计思想主要体现在节能和热能两个方面。而且,这两种方案的实施方式也有较大的不同。
6、因此,必须从多个方面来说明燃气轮机联合循环电厂的节能措施,以体现其在电站运行中的实际效果。燃气电厂电价构成。气价59%、水费保险费及其他4%、工资及福利1%、材料费1%、财务费4%、所得税5%、运营管理费3%、大修理费3%、分利9%、折旧11%。3 燃气轮机联合循环电厂的具体节能措施3.1 燃气轮机联合循环电厂节约电能的措施就辅机而言,在燃气轮机联合循环电站中,锅炉给水泵是主要的耗电设备,其次是冷凝泵及其他附属设备。针对上述耗电较大的装置,可根据其工作特性来设定,以节省电能。3.1.1辅助系统的设置在电厂的辅助系统中,应尽可能地采用公共的母控方式,并建议在机组中设置诸如压缩空气、工业用水等公用
7、备用设备;在生产过程中,可减少辅助设备的热能,降低设备的耗电量。以3台燃气轮机联合循环机组为例,如果采用单机配置方式,则每个机组均设2100%的单机容量,全厂总容量为6100%,也就是需要安装6台水泵,备用泵的数量为3台。深圳前湾燃气发电厂项目中,该系统采用了一种以总流量为单位的总流量为4100%的水泵,从而可降低2个备用热泵的能量消耗2。在两班制的燃机发电站中,每个机组都是按先后顺序起动,节假日时,可能仅有少数几个设备正常工作;所以,在公用系统中,辅助设备的设置要一一对应。以深圳前湾燃气发电厂为例,3个机组均为3个自备,1个燃机投入使用时,1个泵被投入使用,随着机组的启动和停机,水泵完全处于
8、全开全停状态,大部分时间都在高效率区域内,达到了节能目标。由于三个装置中仅有一个或两个装置在运转,所以不建议使用350%全厂容量的2-1备用方式。3.1.2凝结水泵的设置汽机旁路设备的额定功率是100%,以满足机组的快速起动和停机的需要。所以,在选择冷凝泵时,应充分考量其在正常工况下的最大持续冷凝水量和100%旁通时所需的冷量。以 M701F 为实例,其在冬天的最大凝水量为380t/h,在侧道降温157t/h,降低温度41%。如果冷凝器的总流量是常规操作量与减温总的总和,则在常规工况下,凝泵仅在70%负荷区工作,通常情况下,凝水泵的工作效能并不高,故应考虑使用变转速的水泵,以增加其工作效能。3
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