低压给水再循环系统在燃气-蒸汽联合循环机组中应用的必要性.pdf
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1、现 代 制 造 技 术 与 装 备862023 年第 9 期总第 322 期低压给水再循环系统在燃气-蒸汽联合循环机组中应用的必要性陆雨非(上海闵行燃气发电有限公司,上海 200245)摘 要:在一些燃气-蒸汽联合循环机组中,低压给水再循环系统的投用率并不高。文章研究低压给水再循环系统在整个机组中的应用,并从安全性和经济性两方面分析此系统在日常生产中应用的必要性,为以后此系统的投用方式提供建议和参考。关键词:低压给水再循环系统;低温腐蚀;仿真;数字孪生Necessity of Application of Low Pressure Feed Water Recirculation System
2、 in Gas-Steam Combined Cycle UnitLU Yufei(Shanghai Minhang Gas Power Generation Co.,Ltd.,Shanghai 200245)Abstract:In some gas-steam combined cycle units,the operation rate of low pressure feed water recirculation system is not high.This paper will study the application of low pressure water supply r
3、ecirculation system in the whole unit,and analyze the necessity of the application of this system in daily production from two aspects of safety and economy,and provide suggestions and references for the future application of this system.Keywords:low pressure feed water recirculation system;low temp
4、erature corrosion;simulation;digital twin燃气-蒸汽联合循环技术是一种先进的发电技术,可以提高火力发电厂的热效率。余热锅炉作为燃气-蒸汽联合循环机组的重要设备,利用燃机排气的高热量换热将水变成蒸汽,使过热蒸汽在汽轮机里做功,承担着燃气轮机与汽轮机之间承上启下的重要枢纽作用。低压给水再循环系统位于锅炉低压侧,给水预热器进口与出口之间。以上海某 465 MW 燃气-蒸汽联合循环机组为例,其低压给水再循环系统的投入使用率并不高,文章从安全性和经济性两方面探讨低压给水再循环系统在燃气-蒸汽联合循环机组中应用的必要性。1 燃气-蒸汽联合循环安全性余热锅炉腐蚀是实际
5、使用过程中的一项重大问题。低温腐蚀主要是由于燃料中含有硫,在燃烧过程中将产生 SO2。一部分 SO2进一步氧化成 SO3,与烟气中的水蒸气反应生成硫酸蒸汽1。对于无补燃余热锅炉来说,尾部受热面的壁温并不是特别高。当其壁温低于硫酸蒸汽露点时,受热面上会凝结硫酸蒸汽进而腐蚀锅炉管道。低压给水再循环系统是解决低温腐蚀的常用手段。给水预热器出口的水通过再循环泵回到给水预热器进口,以提高给水预热器的进口水温,使得烟气尾部金属壁面温度高于硫酸蒸汽的凝结点,防止受热面发生低温腐蚀。对于燃气轮机来说,它的主要污染物构成为氮氧化物,几乎没有氧化硫。甲烷气体是天然气的主要成分,水分、灰分含量非常少2,在燃气轮机燃
6、烧筒中燃烧后主要生成 CO2和水,并释放大量热量。因此,低压给水再循环系统在以天然气为燃料的燃气轮机机组中,对余热锅炉的安全性保护并无必要。2 燃气-蒸汽联合循环经济性基于高级过程模拟(Advanced Process Simulation,APROS)仿真数字孪生建模,在机组运行中低压给水再循环系统投入及退出情况下,对余热锅炉的效率、汽机的效率等参数进行比较,从经济性角度探索低压给水再循环系统对燃气-蒸汽联合循环机组的必 要性。2.1 APROS 模型APROS 是由芬兰国家技术研究中心和芬兰富腾工程有限公司联合开发的一个用于工业过程全范围建模和仿真的软件,其仿真系统由图形界面、模型库、仿真
7、实时数据库、热力计算库以及仿真引擎共 5 部分组成。其中,热力计算库中提供了 2 种计算模型,包括一维水、水蒸气或气体均质流动模型和二维汽水两相流模型3。设 计 与 研 究87APROS 中均质流体模型主要包括一维质量守恒、动量守恒以及能量守恒方程。质量守恒方程为()+=0utx(1)式中:x为空间坐标,m;t为时间坐标,s;为流体密度,kg m-3;u为沿x方向的速度,m s-1。动量守恒方程为()2()+=xwuupgFtxx+(2)式中:p为压强,Pa;gx为重力加速度,m s-2;Fw为避免摩擦力,N。能量守恒方程为()()+=wuhhpQtxx+(3)式中:h为流体比焓,kJkg-1
8、;Qw为壁面热流量,W m-2。2.2 泵模型的仿真实现低压给水再循环系统里最重要的设备就是再循环泵,将泵的工作流量设为Gw、工作压头设为Hw。当工作流量Gw=0 时,工作压头等于静压头;当工作流量Gw 0 时,随着流量Gw的增加,系统的总阻力也会随之增加。泵的工作点由泵的特性曲线和系统的阻力曲线来决定。如果系统总阻力增加,则系统的流量减小4。工作压头表达式为Hw=A+BGw+CGw2(4)式中:A为静压头;B、C为动压头。当系统的设备、管件和布置确定后,A、B、C可由系统设备、管件以及布置来决定。以上海某燃气-蒸汽联合循环机组为例,其再循环泵采用的是 KSB 生产的离心泵,扬程为 122.2
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