文守成，何竹春，李繼東

(國電中山燃氣發(fā)電有限公司，廣東 中山 528437)

1 燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的特點

燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)利用燃氣輪機作功后排出高溫氣體在余熱鍋爐中將給水加熱成過熱蒸汽，并送至汽輪機中繼續(xù)做功，把燃氣循環(huán)和蒸汽循環(huán)聯(lián)合在一起。使用天然氣作為燃料的燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的主要優(yōu)點:整體循環(huán)效率高;環(huán)保性好，污染物排放少;投資小，占地省，耗水少，建設快;設備簡單、布置緊湊;能快速啟停，調峰性能良好。目前，火電機組效率最高的1000 MW 級超超臨界火電機組的供電效率約為44%～46%，而燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)的供電效率則高達50%～60%，有效地提高了能源利用率。

2 燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組設備選型

2.1 燃機選型

燃氣輪機是燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組關鍵設備，其選型對機組性能和電廠經濟性影響較大。目前國際上燃氣輪機品種系列齊全，單機容量從數百千瓦到28 萬kW，三百多種型號。其中供熱能力較強的燃機主要為E 級燃機，單機容量在100～170 MW 之間，聯(lián)合循環(huán)最大出力可達28 萬kW。當前國內已經部分實現國產化的E 級燃機，主要有三大生產廠家，分別是南京汽輪電機公司與通用電氣合作生產PG9171E(9E)型燃氣輪機，上海汽輪機有限公司和西門子聯(lián)合制造的SGT5－2000E 型燃氣輪機以及東方汽輪機廠與三菱重工合作生產M701D 型燃氣輪機。

2.2 余熱鍋爐選型

余熱鍋爐位于燃氣輪機和汽輪機的結合點的位置，它是將燃氣輪機排氣的熱能轉換為蒸汽從而實現熱能回收的裝置。利用余熱鍋爐吸收燃機排放的高溫煙氣，使之產生蒸汽，進入汽輪發(fā)電機組發(fā)電，形成燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)，不僅提高了電廠的熱效率，節(jié)約了能源，而且起到了保護環(huán)境的作用。

余熱鍋爐從介質工作原理可分自然循環(huán)型和強制循環(huán)型兩大類，均具有負荷適應范圍廣、性能穩(wěn)定的特性。與但強制循環(huán)型余熱鍋爐相比，自然循環(huán)型余熱鍋爐由于閥門等附件可放在地坪操作及無強制循環(huán)水泵等原因，因此具有操作、運行和維護方便的特點，但自然循環(huán)型余熱鍋爐由于采用臥式布置形式，具有占地面積大的缺點。

從介質工作壓力系統(tǒng)分有單壓型和雙壓型(甚至三壓型)余熱鍋爐。設置多壓系統(tǒng)其目的是在于以多個壓力等級來分段分級吸收更多的熱量，達到降低排煙溫度，減少汽機回熱系統(tǒng)，提高鍋爐效率的目的。但應該注意的是壓力等級的選擇與投資額和投資回收期密切相關，因為壓力等級越多，受熱面就越大，雖然降低了排煙溫度，提高了熱交換率，但金屬耗量相應增大，即造價相應上升;另一方面，必須考慮到降低余熱鍋爐排煙溫度而造成煙氣損失的影響，因此壓力等級的選擇必須從提高供熱系統(tǒng)效率、燃料成份、成本的回收等因素統(tǒng)盤考慮。

余熱鍋爐蒸發(fā)量的大小與燃機的排煙溫度、排煙量、所選用的燃料品種以及余熱鍋爐本身的熱交換效率密切相關，燃機排煙量越大，排煙溫度及余熱鍋爐的熱交換效率越高，余熱鍋爐的蒸發(fā)量就越大;同樣，余熱鍋爐過熱器出口的蒸汽溫度也與燃機的排煙溫度有關，余熱鍋爐入口煙溫越高，其過熱器出口蒸汽溫度也相應越高，但為取得良好的傳熱效果，煙氣溫度與蒸汽溫度需保持一定的溫差，一般在20 ℃以上。余熱鍋爐過熱器出口蒸汽壓力的選擇要考慮以下因素:一是余熱鍋爐過熱器出口蒸汽壓力應與溫度相對應，盡可能符合系列標準;二是在煙氣溫度允許條件下，盡可能提高蒸汽參數。另外，余熱鍋爐的臺數一般宜與燃機相同。

2.3 汽輪機選型

聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的汽輪機特點:排汽流量大;節(jié)流調節(jié)，滑壓運行;配置旁路系統(tǒng);有多種排汽方式。

燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置中的燃氣輪機和汽輪機可以單軸布置，也可以多軸布置。單軸布置主要應用于燃氣輪機出力在250 MW 以上的大功率聯(lián)合循環(huán)機組;多軸布置為目前中小容量聯(lián)合循環(huán)機組廣泛采用，具有適應性強、運行靈活等諸多優(yōu)點。其中，與燃機搭配的汽輪機可采用背壓汽輪機、抽凝式汽輪機，并可采用2 臺燃燃機+1 臺汽機的“2 拖1”方案以及1 臺燃燃機+1 臺汽機的“1 拖1”方案，多套聯(lián)合循環(huán)機組的情況下，汽機還可采用背壓+抽凝的組合，形成多種組合方案，完全可適應熱負荷及電負荷需求。對于熱負荷較為穩(wěn)定的情況，可采用燃機+抽凝式汽輪機“2”拖“1”或“1”拖“1”方式，搭配背壓式汽輪機，以充發(fā)分揮背壓式汽輪機供汽量大、熱損失小的優(yōu)勢;對于熱負荷變化較大的情況，則可采用搭配抽凝式汽輪機，以充分適應熱負荷變化，同時機組的調峰能力也可得到提高。

3 需要注意的問題

3.1 旁路煙道的設置

旁路煙囪是設在燃氣輪機出口和余熱鍋爐進口之間的煙氣旁路裝置，可使燃氣輪機排氣不進入余熱鍋爐而直接排向大氣，由煙氣擋板、擋板驅動和密封機構和旁路煙囪等部分組成，主要作用有:增強聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組的靈活性;改善燃氣輪機和余熱鍋爐、汽輪機的協(xié)調性;提高機組運行的安全性。缺點是設備費用高，占地面積大，熱效率會下降。隨著技術進步，機組控制水平的提高，為降低投資，提高熱效率，旁路煙囪有被逐漸取消的趨勢。

3.2 汽機旁路的設置

建議在燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置系統(tǒng)中設置一定容量的高、低壓蒸汽旁路系統(tǒng)，燃氣輪機點火后，利用旁路系統(tǒng)，余熱鍋爐可以實現大流量快速提升汽溫，使得汽輪機啟動參數得到匹配，較好地控制蒸汽參數。

4 結語

燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機組可實現遠高于常規(guī)燃煤機組的能源轉換和利用效率，同時污染排放大大降低，供熱、調峰性能，隨著我國天然氣利用步伐不斷加快，可以預測其發(fā)展前景將更加廣闊。但也要注意到，燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱型調峰熱電廠各主機設備有其自身的特點，因此，工程設計初期就應重點從整個熱力系統(tǒng)運行靈活、安全，供熱連續(xù)可靠以及經濟性分析等多個方面進行考慮，才能取得良好的效果。

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