S109FA机组性能加热器节能减排探索研究.docx

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S109FA机组性能加热器节能减排探索研究

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摘要:针对S109FA联合循环机组性能加热器热能、电能损耗较大,水耗较高的情况,通过分析其启停逻辑、加热器出口水温以及管道位置等特点,提出了修改逻辑、改变运行操作方法、改进管道走向等解决方案,以达到节能降耗的目标。

关键词:降低厂用电率;降低水耗;提高效率

0概述

S109FA机组对天然气温度的要求在180℃左右,一般是在前置站设置性能加热器来对燃气进行加热。[1]性能加热器是一种管壳式的加热器,其热源来自中压省煤器出口管道的饱和水,性能加热器投入运行时需要一台中压给水泵源源不断地提供饱和水。本文报道为降低性能加热器运行中过高的电能、热能损耗所采取的改进措施。

1现阶段性能加热器的启动、运行及停运工况

机组启动过程中,一般在燃气轮机清吹阶段投入性能加热器(以下简称加热器),加热器的投运分为3个步骤:①开启加热器进、出口通风阀;②启动1台中压给水泵,使加热器入口水压达到3MPa;③计时10s关闭加热器进口通风阀,计时120s关闭加热器出口通风阀。当以上3个步骤都完成后加热器的温控阀会打开10%的开度。加热器管束如图1所示,中压省煤器的来水通过入口两个阀门先进入加热器1,加热后再进入加热器2,最后通过出口隔离阀和温控阀流进凝汽器,在温控阀之后有一个节流孔板起节流作用。

图1:性能加热器系统图

机组正常运行期间,天然气流量较大,加热器所需的饱和水量也较大,正常机组在280MW负荷时饱和水的流量一般在22t/h左右。由于加热器换热效率不可能达到100%,这就使得加热器回水仍有较高的温度,即便该厂在加热器内部加装了扰流丝加强换热,加热器的回水温度仍有60℃左右。加热器回水直接回至凝汽器,造成一定的冷凝损失,另外60℃的水温对凝汽器钛管也有较高的热冲击,加快钛管的损耗。

停机阶段,当机组熄火后(解列后8分钟熄火),加热器退出运行,加热器的退出分两步:①关闭加热器进、出水电磁阀;②开启加热器进、出口通风电磁阀。在第2步通风阀开启后,会排掉加热器里面的存水,造成一定的工质和热量浪费。

通过以上对加热器的投入、正常运行、停运的分析可见,加热器的投入步骤简明合理,没有多余的能耗和水耗,加热器在正常运行中有较多的低位热能被浪费掉,加热器的停运过程中有较多的能耗和水耗,针对这几点损耗制定不同的解决方案。

2节能措施一

对于运行中加热器回水低位热能的损耗,通过改造管道,将加热器回水引入低压给水母管,减少回水在凝汽器中的冷却损失;另外在加热器回水管道上加一个逆止阀,防止低压管道中的水倒流至加热器。

表1列示了机组在典型负荷下加热器运行的工况数据

以280MW负荷为例,加热器回水温度60℃,流量为21.8t/h,排入凝汽器被冷凝成26℃的水,每小时热量损失为:

Q=4.2×103×21.8×103×(60-26)≈3.11×106kJ/h

每kWh的热当量是3600kJ,按联合循环效率56%计算,每小时节约的电能为

N=3.11×106×56%/3600=483.8kWh

而且目前加热器的回水温度有60℃左右,改造后可以减少较高的水温对凝汽器的冲击,减少热负荷,使凝汽器真空更佳,机组效率更高。

注意事项:改造之前加热器回水至凝汽器,由于背压是真空,回水流畅,改造后回水至低压给水,由于低压给水母管有0.8MPa左右的压力,可能会使回水不畅,因此可以把回水管路上的节流孔板去掉或者改大,加大通流截面,另外温控阀的线性也要做相应修改。

3节能措施二

对于加热器的停运,通过控制逻辑优化使加热器在机组解列后就退出运行,加热器进口隔离阀关闭,出口隔离阀开启,温控阀关至一个小开度(10%),但进出口通风阀不开启,用加热器里的余水来加热天然气,待机组熄火后关闭出口隔离阀和温控阀。同时通过提高中压汽包水位(可以进水至+100mm),在加热器退出后就停运中压给水泵,至中压包水位降至-400mm左右时再次启动中压给水泵,将水位补至正常水位后停运该给水泵,此时机组转速已接近零转速。

表2所示为某S109FA机组解列后各相关参数变化情况,表中选取几个典型转速下工况参数。

对于燃气温度:由表2中可知,机组解列后,TTRF1已经低于1038℃,即便不对燃气进行加热也可以满足燃烧需求,只是燃烧器脉动会变大。且现在天然气质量流量FQG也很低,加热器内200℃左右的存水(现场实测每次停机排放1.5t左右)也可以对加热器进行加热。经粗略计算,压力3MPa,环温20℃时天然气的比热容是2.45×103J/Kg?℃,以天然气流量2kg/s恒定计算(实际平均小于2kg/s),以加热器内水温平均下降100℃,以换热器效率70%,天然气初始温度10℃,则下式成立:

100×1500×4.2×103×70%=2×8×60×(T-10)2.4

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