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燃煤电厂改造成联合循环的可行性分析报告(一).docxVIP

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燃煤电厂改造成联合循环的可行性分析

[内容摘要]燃煤电厂,特别是小型的燃煤电厂,效率低、煤耗大、能源浪费,并产生大量的SO2污染环境。大量的CO2产生温室效应,使地球逐年变暖,这是危及人类生存、令人类担忧的问题。本文建议,将燃煤电厂改造成联合循环,是解决这个问题的最有效措施之一。提出了改造配置方案例,改造后的性能以及大约的投资费用。最后用技术-经济分析的方法确定改造方案的可行性和效益。

[关键词]燃煤电厂联合循环改造

燃煤电厂经济性现状和原因分析

1998年,全国的电站装机总容量为2.773亿千瓦,其中火电机2.1亿千瓦,占总装机的75.5%;水电6507万千瓦,占23.5%;核电210万千瓦,占0.8%。至1999年,全国的电站装机总容量增加为2.94亿千瓦,年增长6.1%。

火电300MW及以上的燃煤机组(亚临界机)总共6924万千瓦,占火电总装机的33.0%。300MW以下(不含300MW)的燃煤机组总共14493万千瓦,占火电总装机的67.0%:其中高压100MW机140台,1400万千瓦,占6.67%;超高压125MW机134台,1675万千瓦,占7.98%;超高压200MW机179台,3580万千瓦,占17.05%;苏制超高压鲍曼级210MW机17台,357万千瓦,占1.7%。

100MW以下(不含100MW)的高压、中压、低压参数机组,共7060万千瓦,占33.6%。

300MW以下(不含300MW)的燃煤机组,一般设计于50年代末至70年代初,但采用的都是前苏联四十年代的汽轮机设计技术。经济性低、煤耗大,相应的SO2和CO2的排放量也大,对环境产生较大污染。统计的供电效率和煤耗见表1-1,电站烟气排放见表1-2。

表1-1火电机和燃气轮机电站效率比较

简单循环

联合循环

汽轮机电站

燃机电站

燃气-蒸汽电站

类型

中压

高压

超高压

亚临界

超临界

1200-1300

双压/三压

供电效率%

21-23

29-31

34-35

37-38

39-41

32-42

48-58

折合的供电标煤耗

克/度

585-534

424-396

361-351

332-323

315-300

384-293

256-212

发电效率%

29-30

37-38

41-42

45-46

47-49

表1-2火电机和燃气轮机电站烟气排放比较

电站

汽机电站(有脱硫)

联合循环电站

NOX

70×10-6

10×10-6

SO2去除率%

90

99

粉尘mg/Mj

129

极少

由表1-1、表1-2可见,占火电总装机33.6%的100MW以下的燃煤机组,不但设计技术落后,而且采用的是低参数(初温、初压低)的循环,因此经济性差,煤耗高、污染严重。

火电机组经济性差最根本的问题还在于循环本身,这可以从卡诺循环看出。卡诺循环是一个理想的热力循环,永远也无法达到的,它在热机方面的贡献在于:指出了如何提高热机效率的方向。汽轮机的发展就是这样的:为了提高平均吸热温度,采用多级回热、再热、高温/高压等措施,研制了超高压机、亚临界、超临界、超超临界机;为了降低平均放热温度,采用低的凝汽压力,大循环水倍率等。卡诺循环见图1-1。

图1-1理想卡诺循环

理想卡诺循环效率见表1-3。

表1-3理想卡诺循环效率

热机类型

汽轮机循环

燃气轮机循环

联合循环

最高吸热温度℃

535

1300

1300

平均吸热温度℃

400

750

750

最高放热温度℃

35

600

35

平均放热温度℃

25

310

25

热机极限效率%

56

43

71

实际效率水平%

35-41

28-38

60

理想卡诺循环由无损失的等熵压缩、等温吸热、等熵膨胀和等温放热构成,实际是无法达到的。热机按平均吸热温度和平均放热温度可以估算出循环的极限效率,从而判定热机改进的潜力还有多大。

由表1-3可见,汽轮机循环效率低的根本问题是平均吸热温度低,而燃气轮机效率不高的根本问题是平均放热温度太高。燃气-蒸汽联合循环正是一种有高平均吸热温度和低平均放热温度的循环,所以有最高的循环效率。

2燃煤电厂改造成联合循环的可行性

燃气轮机循环如图2-1,燃煤电站循环如图2-2。

图2-1燃气轮机电站循环

图2-2燃煤电站循环

空气经滤清器进入压气机压缩成高压空气(大约10-30ata),被引入燃烧室喷油(或气体燃料)燃烧,并混合成1200-1400℃的高温燃气,高温燃气在涡轮机内膨胀作功(热能转变为机械能),作功后的燃气排向大气(大约550-600℃),形成开式循环。典型燃气轮机的性能见表2-1。

表2-1典型燃气轮机性能

制造商/机型

燃机功率MW

效率

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