燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組配置及選型

伊小萍(遼寧科技大學材料與冶金學院， 鞍山 千山 114000)

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組配置及選型

伊小萍(遼寧科技大學材料與冶金學院， 鞍山 千山 114000)

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組是一種極有發(fā)展前景節(jié)能機組,燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組要想更好的發(fā)展必須重視機組配置的問題。因此，本文分析了兩種配置方案各自的優(yōu)缺點，并且針對燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的配置進行了簡單的分析,希望對燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的安全經(jīng)濟運行與正常工作有一定的參考價值和意義。

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán); 機組選型; 機組配置

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組是以天然氣為燃料，具有經(jīng)濟高效、調(diào)控靈活、環(huán)境友好等優(yōu)勢。目前天然氣在我國的價格仍較高，所以，在燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組軸系配置的型式選擇上進行全面的技術(shù)經(jīng)濟分析顯得尤為重要。由于燃氣輪機的熱效率和單機功率較高，聯(lián)合循環(huán)電站可作為尖峰負荷機組和緊急備用電源，并能攜帶基本和中間負荷，另外，天然氣資源也在世界范圍內(nèi)進一步被開發(fā)，燃氣輪機及其聯(lián)合循環(huán)技術(shù)在全球電力系統(tǒng)中的地位越來越高，發(fā)展聯(lián)合循環(huán)電站對我國的節(jié)能減排具有顯著的研究意義。

1 燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組選型的必要性

聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的主要設(shè)備有燃氣輪發(fā)電機組、蒸汽輪發(fā)電機組、余熱鍋爐三大部分。整個聯(lián)合循環(huán)中的核心部件是燃氣輪機，其性能顯著的影響聯(lián)合循環(huán)的發(fā)電熱效率。蒸汽系統(tǒng)的參數(shù)主要由燃氣輪機排氣的參數(shù)決定。因此，要提高聯(lián)合循環(huán)的效率，首先要優(yōu)化機組配置。燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)的機組選型工作是在確定燃機的前提下再對蒸汽系統(tǒng)進行合理的選擇和優(yōu)化，進而對排氣余熱進行最大限度的利用，提高蒸汽系統(tǒng)的熱效率，從而提升整個電站的工作性能。

2 燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組配置方案的分析

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組中主要的設(shè)備配置有：燃氣輪機、蒸汽輪機、余熱鍋爐、發(fā)電機、控制設(shè)備、電氣設(shè)備及其配套的設(shè)施。為了進行進一步的研究分析其設(shè)備配置，在實際操作過程中我們根據(jù)軸系將燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置進行了布置和分類，具體的方案可分為兩類：一類是多軸布置，即燃氣輪機和蒸汽輪機各自配備一臺驅(qū)動的發(fā)電機；另一類是單軸布置(最為常用、最為科學)，即燃氣輪機、蒸汽輪機和發(fā)電機串聯(lián)在一根軸線上，燃氣輪機和蒸汽輪機共同驅(qū)動一臺發(fā)電機工作。

2.1 單軸布置方案

燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的單軸布置方案通常將蒸汽輪機安裝在燃氣輪機與發(fā)電機之間，發(fā)電機布置在蒸汽輪機的排汽端，這樣便于將發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸向抽出檢修。但這種方案只適用于單臺燃氣輪機與單臺蒸汽輪機匹配的情況。

(1)單軸布置方案的優(yōu)點：①聯(lián)合循環(huán)單軸布置機組無論是在工藝系統(tǒng)還是廠房布置中都非常緊湊，真正的實現(xiàn)了獨立自成系統(tǒng)，操控和運行簡單。②機組取消了多軸配置的啟動電動機，簡化了電氣系統(tǒng)和設(shè)備。燃氣輪機與蒸汽輪機可共用一套潤滑油系統(tǒng)，簡化了運行和控制系統(tǒng)。③當蒸汽源現(xiàn)成時，可以利用蒸汽輪機來啟動燃氣輪機。

(2)單軸布置方案的缺點：①在安裝過程中，燃氣輪機的安裝周期比較短，而蒸汽輪機的安裝周期比較長，但燃氣輪機只能在蒸汽輪機安裝完畢后才能投產(chǎn)運行。②當蒸汽輪機有故障檢修時，燃氣輪機無法單獨運行。導致整臺機組無法快速啟動，機組對調(diào)峰運行的適應(yīng)性能大大降低。

(3)單軸布置方案的改進 單軸布置的主要問題是啟動時間過長、無法適應(yīng)調(diào)峰運行。為解決該問題，西門子公司改動了一下單軸布置方案：把發(fā)電機改裝在燃氣輪機的高壓蒸汽透平與壓氣機之間，而在高壓蒸汽透平與發(fā)電機之間安裝一個3S 離合器。此布置方式可使燃氣輪機與蒸汽輪機的主軸脫開，使燃氣輪機可以按照簡單的循環(huán)方式啟動，在20～25min 之內(nèi)就可以啟動并帶動65%聯(lián)合循環(huán)機組的全負荷，完成適應(yīng)調(diào)峰運行的要求。

2.2 多軸布置方案

多軸布置方案可以用多臺燃氣輪機與一臺蒸汽輪機相匹配，即“X ＋1”方案。

(1)多軸布置方案的優(yōu)點：①在整個建設(shè)周期內(nèi)，安裝周期較短的燃氣輪機及其所驅(qū)動的發(fā)電機組完成安裝后就能投產(chǎn)運行，這樣可以盡早回收資金，提高電站建設(shè)資金的周轉(zhuǎn)率和效益。②當蒸汽輪機出現(xiàn)故障時，燃氣輪機仍可以獨立運行，提高整個電站的收益和可用率。③多軸布置的聯(lián)合循環(huán)電站，燃氣輪機調(diào)峰能力強，可實現(xiàn)啟動快速。

(2)多軸布置方案的缺點：多軸布置的聯(lián)合循環(huán)機組的設(shè)備和系統(tǒng)比較復雜，電廠內(nèi)操控比較復雜，建廠投資高，并且占地面積也比較大。

3 建議

(1)機組軸系配置的確定要根據(jù)電廠建設(shè)的目的、長期工作的熱效率、建設(shè)的費用、運行的靈活性及維護的方便性等多方面綜合考慮，最后做出選擇。(2)發(fā)電機尾置方式比較適于帶基本負荷連續(xù)運行，發(fā)電機故障檢修比較方便。發(fā)電機中置方式投資相對較低，運行靈活，比較適宜于調(diào)峰運行，但發(fā)電機檢修需有專用裝置。(3)每天啟停的兩班制運行的調(diào)峰機組無疑適宜采用單軸聯(lián)合循環(huán)，而長期帶基本負荷運行的機可先考慮選擇多軸“2 拖1” 聯(lián)合循環(huán)機組。

4 結(jié)語

現(xiàn)今，我國在聯(lián)合機組發(fā)電上面臨的主要問題是天然氣的價格較高，并且燃氣輪機技術(shù)仍不完善。在此情況下，若想減少聯(lián)合循環(huán)電廠的單位投資、提高運行熱效率、并且能確保投產(chǎn)后具有較高的效益，就必須在設(shè)計過程對燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站機組的配置和選型工作進行全面而系統(tǒng)的研究和優(yōu)化。只有充分的重視該問題并對其進行科學的機組配置才能實現(xiàn)燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定、可靠的運行。

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[2]牛冠軍.燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組配置淺析[J].山東工業(yè)技術(shù).2014,13

[3]鄧小文.燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組軸系配置的思考[J].廣東電力.2005,04.