电厂的运作是将热能转换为动能,然后再将动能转换为电能,如能将热能充分利用,不但可提高效率降低成本,更能降低电厂营运对环境的冲击。本文即是针对电厂两大热交换器一热回收锅炉及冷凝器做性能评估,并使热能充分利用。
一、复循环发电
复循环发电顾名思义是由两个热力循环(Braytoncyde与Rankinecyr.le)组合而成的发电系统,传统火力机组与复循环机组发电。复循环机组因具打建速度快(仅须二年即可完成)、环境污染低(以天然气为燃料,排放M为燃煤汽力机组的一半,且无煤灰处理问题)等优点,是未来发电的主流。但其燃料成本甚高,约为燃煤的3倍,因此如何将热能充分使用,以降低K运成本,是电厂一直在努力的目标。
电厂复循环机组是3对1批配(3台气涡轮机对1台蒸汽轮机),共有15台气涡轮机及5台蒸汽轮机。以天然气为燃料,天然气与高压空气混合燃烧后进入气涡轮机做功,热冋收锅炉是将气涡轮机做功后的热燃气(约567弋、324kg/Sec)冋收再利用的设备,其功用是将冷凝水逐步加热至约为7.8MPA、537t的过热蒸汽去驱动蒸汽轮机(Rankinecycle172MW/perunitx1unit)。复循环机组发电流程如图1。
二、热回收锅炉的炉管
热回收锅炉的炉管为交错式_鳍管,现场外观如图2。
管外是圆形鳍片式,?作流体为热燃气,温度范闱为560T:-100t。管内是平滑管,工作流体为水或蒸汽,温度范围为GOTl-SAOt。锅炉共分成7个区域:1.预热节能器、2.低压蒸发器、3.低压过热器、4.卨压节能器、5.卨压蒸发器、6.髙压过热器-1、7.高压过热器-2。预热竹能器及高压节能器是将低温水加热成高温水,低压蒸发器及高压蒸发器是将饱和水加热成饱和蒸汽,低压过热器及高压过热器-1是将饱和蒸汽加热成过热蒸汽,髙压过热器-2是将过热蒸汽加热成更高温过热蒸汽。总括时言,热回收锅炉的加热过程是:
低温水-髙温水-饱和蒸汽-过热蒸汽。管内的水或蒸汽是经过很严格的水处理,其硅土(Si02)含量需小于40PPh,因此管内壁较不易结垢。管外流体为热燃气,由于没有吹灰设备,管外积垢在运转中无法立即清理,长期运转后,炉管积垢将影响热回收锅炉性能,必须定期以干冰吹除管孽上的积垢。因此需建立评咕方法,以做为平时及大修时锅炉保养之依据。本软件除可执行热回收锅炉性能评估及尺寸设if*外,亦可执行管壁清洁度计算,让维修人员判断何时必须进行清管作业,以及评估淸管作业之后的效果。
三、冷凝器
在火力及核能电厂中,冷凝器是一个很重要的热交换器,其主要功能是将低压汽机做功后的蒸汽(干度约为0.91~0.98)凝结为水,再由冷凝水泵将凝结水打回锅炉系统加热循环0因此冷凝器必须能够将蒸汽完全凝结成水,但凝结水亦不宜过度冷却以免降低机组效率。冷凝器在电厂热能散失比例约占49%,如表1。
由表1可知,500MW的机组,满载运转时其冷凝器一天必须排放出1.4xl010kc.al的热能,因此目前火力电厂均需吸取大量的水作为冷凝器的冷却水。冷凝器管内的工作流体是水,管外侧为饱和蒸汽。水常使冷凝器管因腐蚀而穿孔破管,此时必须尽快将该支破管隔离,以防止水流入冷凝水侧进人锅炉,避免炉管亦受氯浸蚀破管甚至整个锅炉因而报废。因此冷凝器之运转管数在运转时是会逐渐减少的。洱者,当管子数B降至某个数量时,必须利用大修时将破漏的管子抽出,更换新的管子(有时亦会考虑更换管材),否则冷凝器将因容量不足,造成汽轮机背压太高,汽轮机效率因而大幅下降,甚至造成机组无法满载发电。本软件可执冷凝器的性能评估,让值班人员充分掌握冷凝器运转状况,及让维修人员对何时换管做正确的决定。
四、总结
电厂冷凝器建造完成后,其空间大小及端板孔径均已固定,所以管外径、管长均无法再改变。因此冷凝器的维修换管只能更改材质、管厚(B.W.GBirminghamWireGauge),管数。本软件可执行冷凝器的尺寸设计,在固定管外径及管长之下,对于不同之管材,执行管内径及管数之设计。
冷凝器之运转压力即为汽机排汽压力。汽机排汽压力高表示汽机的背压髙,将使汽机出力降低。影响冷凝器运转压力的因素很多,如机组负载、水进口温度、循环水泵运转台数等。通过对可执行冷凝器运转压力的计算,让值班人员模拟各种情况,使机组运转在最佳状况。
沈平,亚生江·依斯哈克,杨业儒
(作者单位:塔西南电力工程部轮南项目部)