燃气轮机余热锅炉技术

燃气轮机余热锅炉技术

燃气轮机余热锅炉技术

燃气一蒸汽联合循环发电是当今世界上发展极为迅速的一种高效、低污染发电技术，它己成为发达国家新建热力发电厂的首选系统。

经过近三十年的研究和不断改进，联合循环发电不仅在效率上超过蒸汽发电效率（后者

<=42％），而且在众多方面均体现出明显的优势。它己成为全世界公认的具有发电效率高，调峰能力强，单位功率投资少，建设周期短。占地面积小，污染程度低的新一代发电设备。

1．1原理及应用

燃气一蒸汽联合循环发电系统是由燃气轮机发电系统和锅炉蒸汽轮机发电系统所组成。众所周知，锅炉一蒸汽轮机发电是利用高中压过热蒸汽（通常参数为3.82～16.7MPa， 450～550℃）在汽轮机中作功转换成机械能，完成朗肯循环过程；燃气轮机发电系统是燃气在燃气涡轮机中经绝热膨胀作功的过程，这种热力循环又称布雷顿循环，它是由压气机将空气加压进入燃烧室，燃料燃烧后燃气在透平中膨胀作功，燃机将高温高压燃气的能量（通常参数约0．5～1Mpa 1000～1300℃）转换成机械能。在烟气温度降至500℃左右时排放，人们充分利用这两种热力循环的特点，把它们结合在一起，组成“联合循环”，使其具有较高的吸热平均温度和较低的放热平均温度，为提高电站热效率开辟了一条新途径，这是人类发电事业上继发明蒸汽轮机发电后技术上的又一突破。

目前燃气轮机发电在世界上已广为应用，其发电容量占世界总发电容量的11％。近些年来，世界上发达国家常规联合循环发电得到快速发展；每年新增的联合循环机组总装机容量约占火电总新增容量的的40％～50％。据报道，1981～1990年，世界各燃机制造公司共售出1661台燃机，总容量为54900MW，其中用于联合循环的占37．9％,1992年，这个比例上升为44．7％。美国在1992～1996年中，新增火力发电厂总装机容量的38．5％是采用燃机联合循环的。当今世界上单台燃机最大功率己达250MM，联合循环总功率达350MW。能生产300MW等级联合循环厂家有GE、SIEMENS、ABB和ALSTOM等著名公司，联合循环电站效率高达58％以上。现在燃气轮机正向着大功率、高燃烧温度发展。联合循环采用三压再热循环机组，具有更高的机组效率和可*性。燃气一蒸汽联合循环已经成为世界上火电建设的重要组成部分。

我国早在六十年代就己开始关注这项技术的发展，由于工业技术、经济能力及能源政策等诸多因素的影响，这种高难度的大型设备在我国一直停留在研究状态。近些年来，特别是改革开放以来，随着国民经济的发展和电力供应的需要。燃气轮机发电机组在我国己开始

投入使用并获得快速发展。我国己陆续引进了几十套燃气轮机发电机组和联合循环系统，到1998年6月，20MW以上的燃气轮机发电机组及联合循环电站总装机容量为6268．9MW，占国内火电机组总容量的3．5％。为联合循环发电设备在我国的推广应用建立了良好的条件。

1．2杭州锅炉厂开发燃机余热锅炉概况

1．2．1基础工作

杭州锅炉厂长期致力于燃机余热锅炉的研究和产品开发，早在七十年代中，就被原机械工业部定点作为我国余热锅炉的研究开发和制造基地。并于1977年批准成立杭州余热锅炉研究所。七十年代后期，我厂成功研制了燃机余热锅炉的高效换热元件及其关键非标绕制设备；八十年代初建成大型传热风洞试验台，进行了国产螺旋鳍片管的热力和阻力特性研究，获得了可普遍应用的热力和阻力计算准则方程式及其它研究结果，并通过了专家鉴定，为燃机余热锅炉产品开发创造了条件。

1．2．2产品开发概况

发展我国燃气一蒸汽联合循环发电技术，开发燃气轮机余热锅炉机组一直是国内动力行业梦寐以求的愿望，杭州锅炉厂在立足自我开发的基础上积极开展与国外著名公司的技术交往，分别与美国GE、法国ALST0M、英国R．R、荷兰NEM、比利时CMI、日本MHI等著名公司开展考察、交流、监造等活动。

八十年代中期，我厂在国家的支持下，通过技贸结合的方式与英国约翰·布朗（J．B）公司、荷兰斯坦特·法索（S．F．L．）公司建立了电力伙伴集团，合作为辽河、胜利、中原等油田及重庆江北电厂制造燃气轮机余热锅炉。通过消化、吸收、创新，杭州锅炉厂具备了独立设计制造多种各类新型燃气轮机余热锅炉的能力。迄今为止。我厂自行开发的燃机余热锅炉己有13台（套），其中7台（套）己投入商业运行，包括配FT8双联轻型燃机的三压余热锅炉和配PG6551B型（Ms6000系列）的燃重油燃机立式余热锅炉。如果计入与国外合作生产的己达24台（套），它们分别安装在广东的广州、深圳，江苏的无锡、苏州、常州，浙江的金华、瑞安、余姚、镇海，广西的柳州及天津等地。与荷兰NEM公司合作生产的配PG9171E型燃重油立式余热锅炉也己于1998年投入联合循环试运行。

近十年来，杭州锅炉厂燃机余热锅炉技术开发能力得到迅速提高。

1990年，为广东汕头燃机电厂修复了法国斯坦因（stein）公司36MW燃气轮机余热锅炉并

更换了大部分受压元件。

1991年，为深圳金岗电厂设计制造了我国首台23MW燃气轮机余热锅炉，开创我国独立设计制造联合循环机组余热锅炉的业绩，该锅炉一次投运获得成功，为用户创造了极好的经济效益。

1993年深圳金岗电厂向深圳市和国家有关部门申请建设国产50MW联合循环发电工程，并获国家经贸委批准立项。我厂承担了其中配36MW燃机余热锅炉的研制工作。该锅炉与国产pG6531B型燃气轮机相匹配，利用燃机排出的543℃烟气热能，产生压力为3．82Mpa、温度为450℃的过热蒸汽用于发电，锅炉蒸发量达65t/h。这也是当时我国自行设计制造单台容量最大的燃机余热锅炉。该锅炉于1995年1月投入运行，同年3月经浙江省机械工业锅炉产品热工测试中心测试。结果表明设备性能达到了设计要求。从1995年1月到1996年6

月的一年半实际运行结果表明，余热锅炉累计工作近5000小时，发电5700万kW，启停363次,所带最大负荷15.2MW。锅炉的主要技术性能和安全可*性均达到国际先进水平。机组的发电成功，实现了联合循环高效发电设备的国产化目标。1996年7月。国家经贸委、机械部、电力部在深圳召开了国产首台36MW燃机余热锅炉产品鉴定会，得到了各级领导和有关专家的肯定和赞扬。

1994年，我厂为无锡爱依斯一凯瑞克电厂设计制造了配美国TPM公司的FT8双联燃机的三压余热锅炉，它由中压和低压及除氧三部分组成。该锅炉的试制成功，在技术上实现了从单压到三压的飞跃，并进入燃机余热利用的国际先进行列。与此同时，我厂先后为余姚、苏州等地电厂设计制造了36MW的双压燃机余热锅炉。

1996年。我厂与荷兰NEM公司合作。为镇海燃机电厂300MW燃气一蒸汽联合循环电站制造了余热锅炉，该锅炉单件管箱最大重量达190吨，它的制造成功，为我厂研制开发更大容量的燃机余热锅炉打下了扎实的基础。

1996年，杭州锅炉厂在成功开发配燃天然气、轻柴油燃机的单压、双压、三压自然循环（卧式）余热锅炉后，为适应配各类燃重油燃机的需求，研制和开发了强制循环（立式）燃机余热锅炉，强制循环燃机余热锅炉的开发又为我厂燃机余热锅炉家族增添了一个新系列。1．2．3产品特点

我厂对产品的系列化和扩大燃机燃料的适用范围方面，进行了大量的研制开发工作，归纳起来主要有以下几个方面；

（1）锅炉压力等级

完成了从单压余热锅炉向双压、三压发展，锅炉自带除氧蒸发器。实现锅炉压力的多级化，可提高能源的利用率；

（2）锅炉水循环方式