燃气-蒸汽联合循环发电

燃气-蒸汽联合循环机组概况

1.燃气轮机工作原理

燃气轮机的工作过程是，压气机连续地从大气中吸入空气并将其压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即进入燃机透平中膨胀做功，推动透平叶轮带着燃机发电机做功发电。燃气轮机静止起动时，需要将发电机转换为电动机用带动燃机旋转，待加速到一定转速后，启动装置脱扣，就可以以发电机形式来做功发电。燃气初温和压气机的压缩比，是影响燃气轮机效率的两个主要因素。提高燃气初温，并相应提高压缩比，可使燃气轮机效率显著提高。工业和船用燃气轮机的燃气透平初温最高达1200℃左右，航空燃气轮机的超过1350℃。目前美国通用电气最先进的9H型燃气轮机压缩比23.2，燃气透平初温1430℃。

2.燃气-蒸汽联合循环发电

燃气-蒸汽联合循环发电机组就是将燃气轮机的排气引入余热锅炉，产生的高温、高压蒸汽驱动汽轮机，带动汽轮发电机发电。其常见形式有燃气轮机、蒸汽轮机同轴推动一台发电机的单轴联合循环，也有燃气轮机、蒸汽轮机各分别与发电机组合的多轴联合循环。

目前，联合循环的热效率接近60%，“二拖一”的机组配置方式，提高了机组供热能力，整套机组的热效率比常规“一拖一”配置机组热效率高出0.6%，在冬季供暖期热效率高达79%。

燃气-蒸汽联合循环机组主要用于发电和热电联产，其具有以下独特的优点：

①发电效率高：由于燃气轮机利用了布朗和朗肯二个循环，原理和结构先进，热耗小，因此联合循环发电效率较高。

②环境保护好：燃煤电厂锅炉排放灰尘很多，二氧化硫多，氮氧化物为200PPM。燃机电厂余热锅炉排放无灰尘，二氧化硫极少，氮氧化物为(10～25)PPM。

③运行方式灵活：燃机电厂其调峰特性好，启停速度快，不仅能作为基本负荷运行，还可以作为调峰电厂运行。

④消耗水量少：燃气一蒸汽联合循环电厂的蒸汽轮机仅占总容量的1／3，所以用水量一般为燃煤火电的1／3，由于凝汽负压部分的发电量在全系统中十分有限，国际上已广泛采用空气冷却方式，用水量近乎为零。

⑤占地面积少：由于没有了煤和灰的堆放，又可使用空冷系统，电厂占地大大节

省，占地仅为燃煤火电厂的10％～30％，节约了大量的土地资源，这对地少人多的城市非常重要。

⑥建设周期短：燃气轮机系统发电的建设周期为8～10个月，联合循环系统发电的建设周期为16～20个月，而燃煤火电厂需要24～36个月，燃机电厂建设周期短、回收快。

3. GE燃气轮机的结构特点

①轴流式压气机

GE轴流式压气机的气缸、外壳和框架都有水平中分面。压气机的每一级叶片都有其独立的轮盘。各轮盘装配时用一组轴向螺栓紧固，通过选择螺栓的节圆直径形成动态刚性转子很好地传递扭矩。从压气机未级叶轮抽气以供应冷却空气给透平和转子叶片。抽气系统气流相对于透平作径向流动，它从压气机的轮盘外径进口处吸入低压损的压缩空气，冷却空气也完全从径向进入转子中心以避免产生旋涡。压气机叶轮材料基本上使用三种合金钢，即CrMoV、NiCrMo和

NiCrMoV。

②燃烧系统

除MS1002之外的所有GE重型燃气轮机都使用分管逆流式燃烧室，该系统尺寸较短、结构紧凑、重量轻，用法兰安装于同一透平缸上。分管逆流式燃烧室具有广泛的适应性：小直径燃烧器可以控制空气流型以实现控制烟气和低

N0x，可以简单地增加燃烧室的直径以适应低热值气体燃料。GE公司PG9351FA 燃机采用干式低氮燃烧器，可大幅降低燃烧过程中NOx的生成浓度。

③透平

燃气透平的发展，一直围绕着提高透平进气初温进行。主要措施是改进喷嘴和动叶的材料，完善叶片的冷却技术。透平采用大焓降和低反动度的级，每个单级都有很高的功率输出。透平动叶的空冷循环是在转子内部进行的。所有透平为避免共振都采取了二个重要措施：长柄叶根和根体围带。

4. 余热锅炉概况

锅炉主要由进口烟道、锅炉本体、出口烟道及烟囱、高中低压锅筒、除氧器、给水泵、再循环泵、排污扩容器等辅助设备组成。

5. 蒸汽轮机概况

机组新蒸汽从下部进入置于该机两侧的两个高压主汽调节联合阀，由每侧各一调节阀流出，经过2根高压导气管进入高压缸。进入高压缸的蒸汽通过10个压力级后，由外缸下半部两侧排出进入再热器。再热后的蒸汽从机组两侧的两个再热主汽调节联合阀，由每侧各1个中压调节阀流出，经过2根中压导气管由中部下半进入中压缸。进入中压缸的蒸汽经过9个压力级后，从中压缸上部2个排

汽口排出，经中低压连通管，分别进入低压缸。低压缸为双分流结构，蒸汽从流通部分的中部流入，经过正反向6个压力级后，流向每端的排气口，然后蒸汽向下流入安装在低压缸下部的凝汽器。此外，从汽轮机中压缸抽取两股蒸汽经热网加热器换热后对外供热。