惠州LNG电厂调压站加热天然气方案浅谈

惠州LNG电厂加热天然气方案浅谈部门：技术部姓名：杨清勇导师：傅友强2010年6月101目录1.我国天然气现状...................................22.天然气发电应用前景................................23.天然气发电原理简介................................34.加热天然气原因...................................35.几种加热方案介绍.................................36.加热方案对比....................................57.方案对比结论....................................68.电厂加热天然气现状与解决方法........................621.我国天然气现状目前，我国天然气工业正处于发展高峰时期，且发展速度越来越快，这由两个标志体现出来：其一，天然气探明储量日益增长，到2010年年底，我国探明天然气总地质储量为6.4万亿立方米，其二，天然气年产量日益增多，2010年全国天然气产量为760亿立方米。天然气储量与产量的高速增长保证了能源的稳定供应。据了解，我国将大力提高天然气在我国能源消费结构中的比重。天然气在化石能源中是污染最少的能源，热值相应高于煤炭与石油。在目前我国的能源消费结构里，煤炭占67％，石油占20％，而天然气却只占3.4％，远低于23.5％的世界平均水平。加大天然气在能源消费结构中的比重，既有利于促进节能减排，又能够维持经济与社会可持续发展。2.天然气发电应用前景随着我国天然气项目的启动，电力部门提出了天然气发电的设想。发展到今天，天然气发电在我国已经初具规模。燃气发电与煤电、水电相比有很多的优势，燃气电厂占地面积小，一般为燃煤电厂的54％；耗水量小，仅为燃煤电厂的1／3；燃气电厂不需要为环保追加新的投资。发展天然气发电可以实现发电能源多元化，有利于改善我国的电力布局和能源结构。发展天然气发电还有利于我国提高天然气管道投产初期的输量，缩短投资回收期。随着我国城市天然气管线、管网的完善，分布式天然气热电联产更具发展潜力，是当前建立节约型社会和实现循环经济的适宜选择。我国正处于经济发展的高速时期，工厂企业对电网的负荷、稳定性、可调性都有很高的要求。天然气发电机组运行灵活，启动快且启停方便，除了做基荷电厂外还适合用作调峰电源。在负荷中心附近建厂，可以有效地解决经济发达地区供电峰谷差大的问题，减轻电网输电和电网建设的压力，提高电网运行的稳定性。根据我国能源结构规划，我国把适度发展天然气作为能源发展战略的重要任3务，今后要根据全国LNG接收站工程建设进度合理配套建设LNG电厂，预计到2010天然气发电的总装机容量达8000MW，其后还拟建一批燃用天然气为基础的联合循环电站，其台数大约有20台左右。由此可见随着我国能源结构的调整，我国燃气发电厂的比重将逐渐上升，天然气在我国能源消费的比重将加大。3.天然气发电原理简介天然气发电厂采用燃气-蒸汽联合循环发电，燃料在燃气轮机中燃烧，释放热能推动燃气轮机做功。燃气轮机排放出的废气温度还很高，正好用来加热水变成蒸汽，再利用蒸汽轮机做功。天然气与煤炭相比它的形态为气态，因此除了对发电厂的发电设备有要求外，对燃气的一些温度、压力参数也有要求。天然气电厂调压站是专门处理天然气压力温度的地方，经调压站处理燃气才能在燃烧器中稳定燃烧。4.加热天然气原因调压站是LNG接收站至燃机前置模块的调压模块，它降低来自接收站较高压力的天然气，使其降压、稳压达到燃机前置模块对天然气压力参数的要求。燃气机轮前置模块对天然气的参数要求设计压力为3.65MPa,设计温度为15℃不能低于5℃。而接收站至电厂的入口压力却为5.5MPa~5.9MPa,为了降低天然气的压力，天然气必须经过调压站调压阀降压。天然气本身的入口温度为-8℃-0℃之间，根据焦耳-汤姆森效应天然气经过调压阀压力的下降会导致其温度降低，工程实际情况下大约下降10℃，也就是说降压后输送到燃机前置模块的温度在-18℃-10℃之间，显然无法满足前置模块入口的温度要求。因此必须在调压站设置加热单元，使天然气达到燃机模块入口温度的要求。5.几种加热方案介绍我国将大力发展燃气电厂，选择经济可靠的加热天然气方案不但关系4着电厂的长久可靠运行，也关系着电厂的运营是否节能经济。目前我国天然气发电厂中加热天然气的方案种类繁多，有电加热器加热、海水换热、水浴炉加热、蒸汽加热。各种加热方案都有各自的优缺点，各电厂出于对系统的稳定性，投资运行成本，应用场合的不同选择不同的加热方案。电加热器加热方案：运用电加热器进行加热，方案设计简单初投资小，只需要在管道上添加一台电加热设备。电加热器加热速度快，能在短时间内将气体加热到需要的温度，但目前为止电加热器加热的流量都较小，而且电加热器本身带电运行有引起爆炸的危险。调压站对设备的防爆要求很高，因此对电加热器设计制造技术也有跟高的要求。海水换热方案：海水换热加热天然气是为厂址选择在海边的天然气电厂设计的，它通过天然气与海水的热交换实现加热天然气的目的。海水换热是单纯的热量交换不存在任何的排放，对环境影响小，方案十分的环保。但是海水换热加热天然气还处在试验阶段，它的换热效果、系统稳定性、设备投资、维护费用都需要探讨论证。水浴炉加热方案：水浴炉加热是天然气电厂中应用最多的加热方案。它通过燃烧天然气加热水的温度，在利用水加热天然气的温度。水浴炉加热天然气的效果好，系统运行稳定，国内外又有相关的工程经验，成熟的技术支持。但是水浴炉需消耗大量的天然气很浪费，即没有好好的利用天然气的能冷，又白白的消耗了大量的天然气。水浴炉安装在调压站中，需要点火运行，万一燃气泄露很可能造成爆炸，所以其安全性值得注意。蒸汽加热方案：蒸汽加热是通过从汽轮机的出气口和排气口抽取蒸汽加热天然气。为了提高能源的利用率燃气发电厂大多采用热电联产方式，既利用汽轮发电机作过功的蒸汽再对用户供热的生产方式。热电联产的蒸汽没有冷源损失，所以能将热效率提高到85％。调压站中蒸汽加热天然气就是热电联产的用户，它利用蒸汽发电的余热对天然气加热，其最大的好处就是利用电厂发电的余热加热天然气，提高了蒸汽的热效率。而且通过蒸汽加热天然气设备简5单，控制方式容易，主要的设备是增加一条蒸汽管道。6.加热方案对比系统的经济性和稳定性是发电厂选择一个方案重点需要考虑的因素，因此那种方案具有经济实用价值，更稳定可靠哪种方案就是被选择的对象。从四个方案的经济性来讲，水浴炉与电加热器加热天然气都是高耗能方式。惠州天然气电厂有做过统计，如果用水浴炉加热方案，他们每天所要消耗的天然气费用大概在6000块左右，按平均每年用180天的水浴炉算6000×180=1080000元，电厂的平均设计年限为25年108万×25=2700万，电厂将增加2700万的支出。而电加热器的热能是通过电能转换而来的，从能源的转化方式来看电能是由天然气的化学能转换而来的，通过发电厂发电机组的转化能量的转换效率只有40%-55%,因此电加热器的能源转换效率更低，所带来的成本也是越高，不适合长久运行。海水换热方案是一项既节能又环保的设计方案，它只是单纯的利用海水进行换热，零排放不会对环境造成任何污染。但海水换热所需场地设备庞大，初投资大概在800万左右，从长远看（与水浴炉方案2700万-800万=1900万）具有很高的经济价值。蒸汽加热方案热源来自蒸汽轮机的进气、排气口，惠州天然气电厂建有3台39万千瓦级的燃气-蒸汽联合循环机组和两台17.5万千瓦燃气-蒸汽循环热电联产机组，本身就对电厂本身与石化区提供大量的蒸汽，如果能利用蒸汽对天然气进行加热将不在考虑后续的燃料消耗费用，既节约了大量成本又提高了电厂热能的利用率，因此蒸汽加热天然气是一项十分经济实用的方案。从系统的稳定性来看，水浴炉加热与电加热器加热都具备相当的可靠性。水浴炉加热方案在过内外有相当多的工程经验，而且技术成熟，在我国投产的天然气电厂中大多沿用这种加热方式对天然气进行加热。电加热器方案加热速度快，能迅速的将天然气加热到需要的温度，而且结构简单维护方便，但是调压站所要加热的天然气流量庞大（三台机组3×67000Nm3/h）,现在还找不到加热如此大流量的电加热器。海水换热是专门为厂址选择在靠海的天然气电厂设计的，海水廉价取用方便，但海水换热的换热效果，系统的可靠性还值得论证，是一项值6得试验与探讨的方案。蒸汽加热系统简单，只需要在调压站与电厂的热力系统之间增设一条管道，其中控制部分简单与水浴炉相比系统的维护更简单方便。从系统的安全性、维护性来看，水浴炉和电加热方案都潜在着较大的危险，它们的设备都处在调压站里面，一个是要动火一个是要用电，而天然气又是一种易燃易爆的物质，静电和火花都可能引起爆炸，虽然有严密的技术与工程实际支持，它们的运用实际上还是存在一定的风险。海水换热与蒸汽加热都只是通过海水与蒸汽进行加热，不会引起天然气的爆炸。而从系统的维护来看，谁的结构越简单维护就越容易，因此从系统维护的易难程度可知电加热器最容易，海水换热最复杂，水浴炉与蒸汽加热维护难度适中。7.方案对比结论经比较蒸汽加热天然气相比其它方案具有很多的优点，系统结构简单易于维护，从蒸汽系统抽取热量热源充足加热效果好，热源来自热电联产余热系统无需消耗天然气节约能源，电厂有稳定的蒸汽管网系统加热管道运行安全稳定，蒸汽加热无污染节能环保。比较得出蒸汽加热天然气方案是最好的选择。8.电厂加热天然气现状与解决方法目前电厂中运用了两种方式加热天然气。两台水浴炉一用一备用于加热至燃机前置模块的天然气，每台设计的热负荷为天然气总负荷的65％，通流能力为全厂天然气流量的100％。一台电加热器，加热至水浴炉燃烧器入口的天然气。电厂相关部门有做过统计，加热水浴炉消耗的天然气每天达6000块，一年大概需要100万左右的燃气费用，如今能源短缺天然气价格呈上升趋势，燃气费用可能进一步增加。而且从2008年以来水浴炉经常出现熄火的现象，经多方维修调试问题依然存在，给电厂的稳定运行，电网的安全埋下了隐患。电厂也曾想到更换加热方式，但考虑到电网要求机组不能长时间停机，更换加热系统涉及到方方面面的设计、设备改动，出于电厂运行稳定性的考虑，水浴炉加热天然气方案沿用至今。惠州天然气电厂规划最终建设6台39万千瓦级的燃气-蒸汽联合循7环机组，如今已建成三台，因此如果新增的三台机组投入建设，电厂完全可以采用其它方案来替代水浴炉加热方式，而蒸汽加热方案就是最优的选择，它能解决了水浴炉的高耗能问题，简化系统的维护，提高电厂对热能的利用率，因此此方案一但投入运行并能带来可观的经济效益，也能为后续的燃气电厂积累经验值得应用推广。