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    150MW典型應用實例

    典型案例介紹:比利時 Electrabel(Herdersbrug)燃機電廠
    。2×150MW,西門子V94.2型)


    在2003年,位于比利時 Herdersbrug 的 Electrabel 燃機電廠進行了改造,安裝了荷蘭施托克公司的 SwirlFlash 系統,通過熱水閃蒸噴霧方式對燃機進氣進行冷卻,所安裝設備包括:高壓泵和換熱裝置、管路、噴水管件、控制裝置等。通過高壓泵將水加壓至130 bar后,采用低壓蒸汽加熱除鹽水至180℃。然后加壓熱水供給大量的噴水管組件,使之實現2%的過噴霧冷卻。這套裝置于2003年調試并運行。該電廠為聯合循環電站,用于基本負荷及調峰。

    (一)SwirlFlash® 熱水閃蒸噴霧技術的原理和描述:

    荷蘭施托克公司采用熱水閃蒸噴霧方式來冷卻燃機進氣的 SwirlFlash® 技術,能夠大幅提高燃機出力和降低 NOx 排放,同時將壓氣機葉片受沖蝕的風險降至最小。

    SwirlFlash® 熱水閃蒸噴霧技術是將極小的霧滴噴進燃機的進氣之中(全部霧滴直徑小于5微米)。這個概念包括:產生極其細小的霧滴以及霧滴在高壓高溫下進行閃蒸。由于極小的霧滴直徑和質量,霧滴對壓氣機葉片的沖蝕將會降至最低的水平。也是由于霧滴的直徑如此之小,因此在進入壓氣機的壓縮過程之中,霧滴將在幾毫秒之內瞬間蒸發,這一點特別不同于傳統的冷水噴霧技術。傳統的冷水噴射/噴霧技術,通常情況下的水滴平均直徑在25微米左右(最大達到50微米),導致了水滴質量的增加(質量是熱水噴霧霧滴的500~1000倍),從而對壓氣機的運行等方面造成了不利的影響。

    施托克的 SwirlFlash® 系統能夠運行在環境溫度低至5℃和相對濕度較高的環境條件下(直到100%)。
    相比于傳統的冷水噴霧進氣冷卻技術,施托克的 SwirlFlash® 技術的優勢在于:
    • SwirlFlash® 技術能夠在相同的環境條件下噴入更多的水,從而導致較高的出力增加,并相對獨立于相對濕度。
    • SwirlFlash® 技術產生的霧滴直徑全部 <5微米,比傳統冷水噴霧霧滴的重量輕500~1000倍。極細小的高溫霧滴,防止了壓氣機葉片的沖蝕,減少了霧滴蒸發時間。
    • 由于過噴霧的霧滴在壓縮過程中同時蒸發,這導致了壓縮機性能的改善(準等溫過程)。
    • 由于 SwirlFlash® 系統對環境溫度的運行限制是在5℃,因此大量增加了 SwirlFlash® 系統的可運行時間,相應地增加了更多的出力。
    • 相對較低的投資,使投資回收期較短。
    • 使用 SwirlFlash® 技術后的總體結果是:出力顯著增加(8~15%) 和NOx排放的顯著減少 (20%-45%)。
    (二)系統安裝描述:

    SwirlFlash®系統包括四部分: 1、加壓系統;2、換熱系統;3、水噴射系統;4、控制系統。
    .
    1、加壓系統:

    泵系統將水加壓至 130~150 bar,水質要求是鍋爐除鹽水,PH值 >9,如能 >9.5更好。所使用的泵系統應是高壓泵,適于 xx 千克/秒的水流量 (相當于進氣質量流量的2% 左右)。 這種已被證明了的設計適合于低流量、高壓力的應用,能夠將水加壓至130~150 bar。泵系統安裝在一個底架上,并裝有一個 xx V 的交流馬達,防護等級IP55,馬達轉速由箱式頻率控制器來控制。裝置放置在靠近燃機附近,所占的空間很小。

    2、換熱系統:

    換熱器的介質是從余熱鍋爐來的蒸汽,對于E系列燃機,每小時只需要幾噸的蒸汽。換熱器的型式根據當地的條件來確定是低壓型式(當和泵吸入口相連接時)還是高壓型式(當和泵的壓力側相連接時)。蒸汽加熱除鹽水至180~200℃。


    圖1:加壓和換熱裝置

    3、水噴射系統:

    在比利時的 Electrabel 項目中,水噴射系統共安裝了15根噴水管組件,每個噴水管組件上上安裝45個噴嘴(總共安裝680個噴嘴)、一個支撐法蘭/封頭、一個高壓細濾器(以防止噴水管結垢)和一個可手動調節的截止閥。噴射系統的流量大約11千克/秒除鹽水(2%的進氣質量流量)。噴嘴是為了滿足在這種工況條件下(130 Bar, 180℃)的連續運行,而專門設計和制造的。

    噴水管組件安裝在特殊設計的法蘭和支撐上,并焊接在進氣通道內(位于過濾器后,靠近壓氣機進口),以確保在噴水管件需要更換時,很容易地進行。


    圖2:噴霧裝置組件:
    (從左至右包括閥門、過濾器、支撐法蘭、進水管和噴嘴,所有組件均由不銹鋼制造)



    圖3:安裝在進氣道內噴水管件的供給系統
    (圖3顯示了供水系統與安裝在進氣風道內的噴水管組件之間的靈活連接。)

    4、控制系統

    SwirlFlash 系統能夠使用當地的PLC進行控制。PLC需要從DCS接入一個信號,以能夠啟動 SwirlFlash 系統。如下的控制被要求:
    (1) 噴水溫度控制:數字式水溫控制儀控制蒸汽流過換熱器,通過溫度傳感器來測量出水溫度。
    (2) 噴水流量測量:流量由安裝在泵系統的頻率控制儀來控制。

    一旦 SwirlFlash 系統出現故障,或者DCS無法輸出信號,高壓泵將關閉。

    (三)供貨范圍:

    SwirlFlash 系統供貨范圍不包括以下各項:

    • 對控制柜的電力供應;
    • 所有接線:從/到控制柜、傳感器、電動閥執行機構、透平輔助系統等;
    • 泵系統的啟動命令、停止命令、透平跳機信號;
    • 對透平輔助系統進行的必要的額外編程;
    • 燃機進氣道的排水;
    (四)Eletrabel 電廠 SwirlFlash 系統運行結果:

    1. 在全年平均溫度15℃,平均相對濕度60%的情況下:出力增加9%;
    2. 壓氣機葉片未受影響;
    3. 聯合循環熱效率以及熱耗率和改造前相同。
    4. 2005年準備為第二臺V94.2燃機加裝施托克的進氣冷卻裝置。

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