燃气—蒸汽联合循环电厂整体配置选择

　　摘要：燃气—蒸汽联合循环能够对燃料中的化学能进行梯级利用，与常规火力发电相比，不仅效率高，建设周期短，也更加节能环保。文章分析了燃气—蒸汽联合循环工作原理，对联合循环整体配置选择进行了探讨。

　　关键词：联合循环发电 燃气轮机 蒸汽轮机 配置

　　我国电厂能源消费仍然以煤作为最主要的原料，随着我国能源消费的不断扩大，节能降耗，保护环境的呼声越来越高。燃气—蒸汽联合循环的优点在于能够对燃料中的化学能进行梯级利用，与传统燃煤蒸汽轮机相比，燃气—蒸汽联合循环机组效率更高，建设周期更短，用地用水也更少，并且燃气—蒸汽联合循环机组更加节能环保，其投资效益也更加明显，适宜于在我国生存和发展。当前，我国燃气—蒸汽联合循环机组基本依赖进口，探讨并选择燃气—蒸汽联合循环电厂整体配置，分析影响联合循环中整体性能的主要因素，将有助于燃气—蒸汽联合循环机组的国产化，帮助我国尽快掌握这一先进技术。

　　1、燃气—蒸汽联合循环工作原理

　　燃气—蒸汽联合循环机组主要部件包括燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机、发电机以及其它一些辅机[1]。探讨其整体配置选择，首先需要了解一下燃气-蒸汽联合循环的工作原理。

　　所谓燃气—蒸汽联合循环发电就是将燃气轮机的排气引入余热锅炉，产生高温、高压蒸汽驱动汽轮机，以带动发电机发电[2]。燃气—蒸汽联合循环的本质就是将高温区工作的燃气轮机Branyton循环与中低温区工作的蒸汽轮机Rankine循环重叠，形成总能利用系统。通过结合燃气轮机和蒸汽轮机两种成熟的机械各自的优点，实现热能的梯级利用。

　　燃气—蒸汽联合循环中的燃气轮机直接采用燃气作为工质，初温很高，排气温度也高;而蒸汽轮机受限于蒸汽性质，初温不能太高，但是蒸汽凝结温度低。可见，燃气—蒸汽联合循环充分吸收了燃气轮机平均吸热温度高、蒸汽轮机平均放热温度低的双重优点，其热能利用效率较单纯的燃气轮机循环和蒸汽轮机循环都高，从图1可以看出，其整体利用效率为：

　　(1)

　　当前，燃气轮机进气温度超过了1600K，压气机的压比达30，联合循环机组的热效率超过了60%。

　　2、联合循环整体配置选择

　　燃气—蒸汽联合循环机组配置主要包括主机选型、蒸汽系统设计选型、轴系配置等[3]，其中燃气轮机、余热锅炉与蒸汽轮机最为重要，对其进行合理选型至关重要。

　　2.1 燃气轮机选型

　　燃气轮机是余热锅炉中主要设备，决定着发电成本、运行可用率以及供电效率，其选型应主要考虑：热力性能、环境、经济性与可靠性等几个因素。[论文网]

　　单轴燃气轮机主要由轴流式压气机、燃烧室和透平三大部件组成。对于燃气轮机而言，影响联合循环性能最为关键的是比功，比功越大效率越高，而燃机的燃烧温度又是决定比功的关键。因此，从热力性能角度看，燃气轮机除了具有尽可能高的燃气初温外，还需要由适合联合循环最佳的压比和较高的排气温度。但在设计和实际过程中，透平初温与压气机压比不能无限制增大，透平初温要根据高温材料和冷却技术来确定，而压气机的压比则要根据热力循环设计优化确定。

　　燃气轮机以空气作为工作介质，由于环境条件、负荷等不断变化，其联合循环发电装置不总处于设计工况下，就需要根据实际条件作变工况运行，变工况由压气机、燃烧室以及透平的变工况特性联合确定。

　　此外，在环境保护越来越成为共识的今天，燃气机组选型还应有利于环境保护，机组的经济性要更高，例如，以E级和F级燃机为例进行比较，从经济性上看，F级成本可以比E级少10%。另外，燃气机组选择时，还应考虑所在地区的电站负荷与运行模式，对于承担调峰的机组，其加速加载性能应该更高，而对用于基本负荷和中间负荷的机组，在合适的燃料利用前提下，优先考虑热效率高和可用性好的型号。

　　2.2 余热锅炉选型

　　在燃气—蒸汽联合循环中，高温的燃机排气并不是直接进入大气中，而是经过余热锅炉回收燃气中的余热，从而得到高温高压的蒸汽去蒸汽机作功。与燃气轮机作为制造厂商定型产品不同，余热锅炉是按照燃气轮机型号以及厂址条件通过优化设计制造。按照汽水循环的方式，余热锅炉可分为自然循环、强制循环和直流锅炉3种，自然循环锅炉优点是结构简单，直流方式给水灾蒸发器中没有再循环，而直接由省煤器进入蒸发器蒸发成饱和蒸汽后进入过热器过热。