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IGCC配套联合循环余热锅炉启动曲线动态模拟

更新时间:2016-07-05

0 引言

沙特阿美石油公司在建吉赞项目是目前全球最大IGCC电站项目,项目设计发电量3850MW,动力岛采用五个“二拖一”方式进行发电,每个发电模块设两台燃气轮机(西门子SGT6-5000F型)、两台余热锅炉和一台汽轮机(西门子SST6-5000F型)。燃气轮机可同时燃用合成气和柴油,其中主燃料为合成气,启动及特殊运行工况下燃用超低硫柴油。与常规的联合循环电站相比,该项目IGCC配套联合循环动力岛不仅需要对外供电,还需向石油精炼厂和IGCC其它工艺过程供应各参数等级的蒸汽、给水,同时还需接收来自这些工艺过程产生的蒸汽、回水,对外输入、输出接口繁多。余热锅炉作为蒸汽、给水关键的生产和接收设备,对全厂的安全可靠运行起着至关重要的作用[1-2]

通过动态模拟的方法,对余热锅炉冷启动、温启动及热启动曲线进行了研究,通过启动曲线获得不同启动方式下余热锅炉启动所需最短时间,所获结果可为相关工作提供参考依据。

1 余热锅炉性能参数和设计值

项目选用的余热锅炉为双压、再热卧式锅炉,设有两级烟道燃烧器补燃,循环方式为自然循环,蒸汽压力根据汽轮机负荷滑压运行。沿烟气流向依次布置过热器、再热器、高压蒸发器、中压蒸发器和省煤器,设有高压和中压汽包。典型工况下余热锅炉性能参数如表1所示。设计允许启动次数如表2所示。由于燃机的排气性质和联合循环机组快速启停的调峰要求,使得余热锅炉在结构、型式及运行操作上与常规燃煤锅炉有显著区别,启动操作完全不同。

2 模拟设定条件

动态模拟所用模型为Siemens编制的动态模拟程序。模拟的启动工况分别为冷启动、温启动和热启动。燃机启动初期需燃用燃油,当燃机负荷达到一定值后,将燃料由燃油逐步切换为合成气。

模拟研究前,假定条件如下:余热锅炉相关参数见表1工况4。启动次数满足表2相关要求。启动完毕后,燃机达到100%基准负荷。高压蒸汽达到最低压力时打开余热锅炉烟道燃烧器,同时燃机在10min内达到满负荷。高压蒸汽达到最低压力且燃机达到满负荷5min内,将需要引入的来自IGCC其它工艺过程的蒸汽引入余热锅炉高压汽包和中压汽包。余热锅炉高压蒸汽最低压力值为67.4bar,再热蒸汽最低压力值为18.2bar。余热锅炉高压系统设有连接冷再系统的旁路系统,设计容量100%。启动过程疏水及排汽根据情况进行开放。不同启动方式下,余热锅炉高压汽包和中压汽包初始条件如表3所示。

表1 余热锅炉性能参数

参数工况4工况13燃机数据燃机燃料合成气合成气燃机负荷/%100100环境温度/℃3030燃机排烟量/kg·s-1554.05554.55燃机排烟温度/℃604.8604.7烟道燃烧器数据一级烟道燃烧器/MW23.50二级烟道燃烧器/MW32.40余热锅炉数据过热蒸汽压力/bar111.895.1过热蒸汽温度/℃586.6561.0过热蒸汽流量/kg·s-1112.688.76冷再蒸汽压力/bar31.829.6冷再蒸汽温度/℃396.5387.7冷再蒸汽流量/kg·s-189.6483.84热再蒸汽压力/bar29.927.84热再蒸汽温度/℃583.0546.6热再蒸汽流量/kg·s-1103.698.42

[7]张志国.600MW直接空冷机组凝结水氢电导率异常的诊断与处理[J].电力科技与环保,2016,32(1):39-41.

表2 余热锅炉允许启动次数

启动方式总次数定义冷启动<50120h(长期停车)温启动<25048h(周末停车)热启动<5008h(夜间停车)

表3 汽包初始参数

启动方式高压汽包中压汽包压力/bar温度/℃压力/bar温度/℃冷启动130130温启动11001100热启动182074.8150

图1 动力岛热力系统示意

3 模拟结果及分析

参考文献

图2 余热锅炉冷启动曲线

冷启动、温启动和热启动的燃机启动曲线显示,燃机排气温度和压力随着负荷的提高而提高,余热锅炉相关参数随燃机负荷的提高而提高,但有一定的滞后性。自吹扫指令发出,至余热锅炉开始有蒸汽产生,需要的时间大约为20min。

[5]姚挺生,蒋建能,黄海保,等.无旁通烟囱燃气-蒸汽联合循环机组的启动[J].热能动力工程,1999,80(2):152-154.

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图3 余热锅炉温启动曲线

图4 余热锅炉热启动曲线

当有稳定蒸汽产生后,可以继续提升燃机负荷。当燃机负荷达到50%基准负荷时,进行燃料切换。燃油切换燃气过程中,保持燃机负荷稳定。负荷不变情况下,燃机燃气模式下排气的流量和温度均比燃油模式下高。燃机燃料切换过程历时10min,期间余热锅炉平稳升温升压。燃机燃料切换完成后,继续提升燃机负荷,冷、温、热三种启动模式下,燃机负荷从50%提升至100%所需时间均约10min。联合循环余热锅炉受热和承压部件热应力的制约,反应在对升温升压速率的严格控制。余热锅炉启动时蒸汽参数的大小、升压速度的快慢直接与燃机的排气温度和排气流量有关,而排气参数又与燃机的负荷相关。因此为满足锅炉以及汽轮机的升压、暖管、暖机的需要,燃机不能像简单循环运行方式下快速升至满负荷运行,必须放慢加负荷的速度,负荷提升速率应结合余热锅炉、汽轮机的需要[7-10]

不同启动模式下,余热锅炉完成启动过程所需的时间不同。以余热锅炉汽包参数趋近稳定作为锅炉完成启动的判断依据,由图2~4模拟所获余热锅炉冷启动、温启动和热启动曲线,大致可以得到余热锅炉冷、温、热启动所需的时间分别为80min、70min和57min,对应的燃机达到满负荷所需时间分别约为67min、58min和47min。一定时间范围内,机组停机时间越短,再启动所需要的时间也越短。冷态启动余热锅炉升压速度较快,如果经常冷态启动机组,必然有损锅筒。因此应尽量减少余热锅炉冷态启动次数,尽可能在热态或温态下启动。

4 结语

目前我国农业机械化立法已经初具规模,相关立法从各位阶概况到条文内容极为庞杂[4],伴随着第一部《中华人民共和国农业法》(1993年制定,2002年、2009年、2012年修改)的颁布,已经逐步形成一个较为清晰的准部门法体系。

结合燃机设备启动相关要求,拟定燃机启动顺序如下:环境温度条件下,对燃机、余热锅炉及相关管道吹扫至少10min,燃机以启动速度运转;吹扫完毕后,燃机按照正常启动程序启动,包括在启动速度下点火、空载加速至全速运转、同步、并网;当燃机排气温度达到340℃时,保持燃机负荷稳定,直至余热锅炉高压过热器出口联箱温度达到250℃;进一步提高燃机负荷至50%,保持燃机负荷稳定,10min内将燃料由燃油切换为合成气,切换过程中保持燃机负荷不变;燃料切换完成后,继续提高燃机负荷至100%;待高压蒸汽达到最低压力后,10min内启动余热锅炉烟道燃烧器,同时在5min内引入来自IGCC其它工艺过程的蒸汽。模拟所获余热锅炉冷启动、温启动和热启动曲线分别如图2~4所示。

[6]李学伟,王春芳.600MW超临界机组无炉水循环泵热态启动分析[J].电力科技与环保,2016,32(2):58-59.

读书少或未读书者,尽管妆容精致、珠光宝气,却无论如何也掩盖不住他们“金玉其外、败絮其中”的空洞和肤浅;而读书多的人虽更加青睐于淡妆素服,但他们的一颦一笑、一举一止却无不透露出“清水出芙蓉,天然去雕饰”的自然美,这正是苏轼的那句“粗缯大布裹生涯,腹有诗书气自华”能深入人心的原因。所以,读书的过程,就是不断修葺和充实自己灵魂的过程。

通过动态模拟的方法,对余热锅炉冷、温、热启动曲线进行了研究。启动过程余热锅炉相关参数随燃机负荷的提高而提高,但有一定的滞后性,冷、温、热启动所需的时间分别约为80min、70min和57min。启动过程需要控制受热面的升温升压速度,保证余热锅炉的安全可靠运行。

[2]刘洪涛,迟英伟,薛 利,等.IGCC动力岛余热锅炉给水设计热负荷降低的应对措施[J].电力科技与环保,2016,32(1):36-38.

[3]张才稳,姚玮倩,蔡攸敏,等.PG6111FA“二拖一”联合循环机组启动调试问题分析[J].燃气轮机技术,2012,25(2):55-58.

[4]刘文涛.余热锅炉快速启动的探讨[J].浙江电力,2002,21(2):38-39, 43.

燃机排气温度达到340℃时,保持燃机负荷稳定,直至余热锅炉高压过热器出口联箱温度达到250℃,不同启动模式下该过程持续时间不同。冷启动、温启动和热启动模式下,该过程所需时间分别约为24min、14min和4min。余热锅炉正常运行时,前排管束(过热器、再热器等)由于汽侧蒸汽的冷却作用,可以承受燃机的排气温度。但在余热锅炉启动初期,由于锅炉汽侧还没有蒸汽流通,如果不对燃机负荷进行控制,稳定排气温度,就有可能造成前排管束超温,当管束温度超过材料工作温度限值,就会造成受热面损坏,威胁余热锅炉的安全可靠运行[3-6]

[1]王 迪.余热锅炉启动特性仿真研究[J].锅炉制造,2016,(2):31-35.

动力岛热力系统示意图如图1所示。示意图仅简化显示了一台燃机和一台余热锅炉,实际设置情况为两台燃机和两台余热锅炉,余热锅炉产生的蒸汽汇合后一起送至汽轮机。余热锅炉为双压、再热、自然循环、卧式锅炉,设有两级烟道燃烧器补燃。沿烟气流向依次布置过热器、再热器、高压蒸发器、中压蒸发器和省煤器,设有高压和中压汽包。汽轮机为三压、再热汽轮机,汽轮机高压缸和中低压缸分别设有100%旁路系统,机组启动过程中需保证旁路系统和凝汽器可用。机组在引入IGCC气化单元VHP(超高压)蒸汽的同时,还需对外输出HHP(高高压蒸汽)、HP(高压)蒸汽、MP(中压)蒸汽和LP(低压)蒸汽,蒸汽引出管线上设有调温调压装置,以满足不同等级蒸汽参数设定要求。对余热锅炉启动过程中的高压蒸汽、再热蒸汽、中压蒸汽参数(流量、压力、温度),以及锅炉高、中压汽包参数(压力、温度)随时间的变化情况进行了模拟研究,发现各蒸汽参数随时间的变化规律与汽包参数变化规律基本一致。本文采用高、中压汽包参数变化情况判断余热锅炉启动情况。

[8]安贵成.660MW间接空冷机组循环水泵配置方案探讨[J].电力科技与环保,2016,32(2):55-57.

核桃是中国的主要经济树种,对外界环境的适应能力较强,在很多地区都可以栽种。十堰市是落叶和常绿果树混交带区域,海拔500 m以上的山地面积大约占全市面积的74%左右,气候湿润、光照充足、冬季少严寒、夏季少酷暑,温度年际变化较小,气温年差不大,山地多、平地少,适宜核桃树生长。

[9]Charles Herman Heimsath, SurjitMansingh, A Diplomatic History of Modern India, Allied Publishers, 1971, p.241.

[9]薛建明,柏 源,管一明,等.燃煤电厂超低排放综合技术路线[J].电力科技与环保,2016,32(3):12-15.

毫无疑问,当文化问题导致交流障碍时,除非法庭口译员能够提供必要的信息,否则各方是很难顺利沟通的。但是,在西方的司法系统里,法庭口译员的角色一直被认定是“传声筒”(conduit)。法官以及其他司法工作人员往往要求译员做出逐字的(verbatim)口译。在这种工作模式下,法庭口译员不能擅自解释文化问题。这种角色认定,实际上有悖于目前在交流方面的研究,否认了语言的内在复杂性,排除了口译中“人的因素”,如语言学、文化和社会的因素,反映了司法人员对口译的误解[2]26,因此一直受到质疑。

[10]张 洁,孙卫民,舒泽平.发电集团应对燃煤电厂超低排放的思考[J].电力科技与环保,2015,31(4):38-40.

刘洪涛,许晓华,迟英伟,薛利,胥登峰,马豪军
《电力科技与环保》 2018年第02期
《电力科技与环保》2018年第02期文献

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