燃气—蒸汽联合循环系统简述

摘 要：随着我国经济建设的告诉发展，燃气轮机及联合循环发电在我国的应用不断扩大，为了适应燃气-蒸汽联合循环电厂建设迅速发展的需要，提高联合循环电厂运行人员的技术水平。

关键词：燃气轮机；系统；蒸汽轮机

1 燃气—蒸汽联合循环过程概述

燃气轮机产品是国家“十五”规划和产业政策倡导下的节能环保产品。可在油田、冶金、化工等领域广泛使用，其中利用放散的高炉煤气是最佳的应用方式。

北京燃机机组为三菱M701F4型燃机组成的燃气-蒸汽联合循环二拖一供热机组。全厂配置为：2台M701F4型燃机、2台320MW燃气轮发电机、2台余热锅炉、1台供热蒸汽轮机和1台320MW蒸汽轮发电机。燃料为天然气。

空气由燃气轮机的进气装置引入压气机压缩后，进入环绕在燃机主轴上的分管式燃烧室。经过增压站分离、过滤和增压，满足燃机进口要求的天然气再经过燃机天然气前置模块的计量、加热、再过滤后，与进入燃烧室的压缩空气进行预混，通过燃料喷嘴喷入燃烧室后燃烧，燃烧后的高温烟气进入燃气轮机膨胀做功，带动燃气轮机转子转动，拖动发电机发电。

做功后的烟气温度依然很高，高温烟气通过烟道进入余热锅炉，烟气中的热量被充分吸收和利用，最后经余热锅炉的主烟囱排入大气。高温烟气加热锅炉给水产出过热蒸汽去汽机做功，

蒸汽轮机高中压模块和低压模块采用SSS离合器连接，蒸汽轮发电机位于高压侧，低压模块可通过SSS离合器脱开，实现供热工况下蒸汽轮机既可背压运行也可抽凝运行，非供热工况纯凝运行。

余热锅炉采用三压、自然循环、卧式、紧身封闭，设SCR装置，每台余热锅炉设置一个烟囱，在供热工况时，投入热网水水换热器，提高机组供热能力。

2 燃气轮机和联合循环发电技术的优点

（1） 电厂整体循环效率高。

常规燃煤电厂由于其循环及设备的限制，其热效率已很难有突破性的提高。目前超临界的600MW火电机组，其供电效率约40%左右。而燃气蒸汽联合循环发电效率达58%—60%。

（2）对环境的污染极小。

（3）在同等条件下，单位投资较低。

（4）调峰性能好、启停快捷。

燃气轮机从启动到带满负荷运行，一般不到20min，快速启动时更短。联合循环发电机组热态启动60min、温态90min、冷态120min可带满负荷。而汽轮发电机组启动至满负荷为：90min、温态180min、冷态300min。

（5）占地少。

联合循环电厂由于无需煤场输煤系统、除灰等系统，厂区占地面积比火电厂小得多。燃气轮机和余热锅炉都是户外布置，安装场地少。与同容量火电厂相比，联合循环电厂占地面积只有火电厂的30%—40%，建筑面积也只有火电厂的20%。

（6）耗水量少。

燃气轮机不需要大量冷却水，一般燃气轮机单循环只需火电厂的2%—10%的用水量，联合循环也只需要同容量火电厂的1/3左右。

（7）建厂周期短，且可分期投产。

（8）自动化程度高，运行人员少。

3 主系统概况

3.1燃气轮机系统

3.1.1 燃机入口空气系统

布置燃机入口空气系统的目的向燃机压缩机提供清洁的、无尘的空气，并且最大限度的降低气流和压气机噪声。系统将空气通过入口过滤器吸入燃机。入口过滤器直接和燃机入口空气系统相连。在空气通过过滤后进入压气机进气系统。进气系统中装有消音器来消除气流噪声。

3.1.2 燃烧系统

M701F4燃气轮机采用干式低NOX燃烧技术，燃气通过DLN系统燃烧。燃气轮机用DLN燃烧器燃烧气体燃料。

3.1.3 透平冷却空气系统

燃气轮机冷却系统执行两个基本功能。第一个功能是给暴露在烟气通道，温度高于工作金属的温度极限的部件提供直接冷却。第二个功能是给透平环境控制提供服务。为确保整个透平维持设计的环境，系统在不同临界点提供正确压力和温度的空气。

3.1.4 燃机压气机叶片清洗系统

在燃气轮机正常运行期间，在轴流式压气机动叶和静叶上形成污垢有不同种原因。这些污垢降低了压气机的效率，因此也降低了机组的最大输出功率。压气机叶片清洗系统可对压气机进行两种模式的清洗：在机组停机时离线清洗；在机组运行时在线清洗。

3.1.5 燃机罩壳/燃机燃气单元通风系统

安装通风风扇排出燃机和管道在运行过程中发出的热量，以防止燃机罩壳/燃机燃气单元内温度升高，也能降低爆炸事故的风险。

3.1.6 燃机壳体冷却系统

燃气轮机停机后，燃机壳体温度很高，与壳体下半相比，壳体上半的冷却速度较慢，从而导致缸体产生猫背效应。产生猫背效应的情况下，燃气轮机不能启动。为减轻或消除猫背效应设置了缸体冷却系统。

3.1.7 油系统

油系统向燃气轮机、发电机/励磁、盘车装置提供温度、压力符合要求的，过滤后的清洁油。另外，油系统向电机氢气密封油系统供油，冷却透平支撑并维持超速跳闸系统的压力。

3.1.8 控制油系统

控制油系统以合适的温度和压力向燃气轮机的液压驱动设备提供控制油。

3.1.9燃料供应系统

来自城市管网的天然气进入厂界后，首先接入贸易计量用超声波流量计，随后被送入粗精一体的分离过滤器，经过清洁的干净的天然气稳压后进入天然气增压机，天然气的压力从厂界设计点的3.2MPa被增压至燃机要求的压力。被增压的天然气通过厂区天然气管道被分别送至1、2号燃机入口。

3.2 余热锅炉系统

锅炉由进口烟道、换热室、出口烟道及烟囱组成；所有受热面均为螺旋齿型鳍片管，垂直布置于换热室内，高、中、低压三个汽包布置于炉顶钢架上，采用支撑方式。整台锅炉为全钢构架，自支撑型钢结构，炉顶采用封闭结构。在本体炉壳的内侧设置了保温层与内护板。锅炉为正压运行，凡穿过炉壳的管道都采用良好的密封与膨胀结构。

3.3 蒸汽轮机系统

3.3.1主蒸汽系统

高压蒸汽经过高压进汽导管进入蒸汽轮机高压缸，蒸汽在高压缸中的级中膨胀做功。然后，高压缸的排汽再次回到余热锅炉系统，作为冷再热蒸汽重新加热。

冷再热蒸汽与中压主蒸汽经再热器加热后形成再热蒸汽后通过中压蒸汽进汽导管进入蒸汽轮机中压缸，在蒸汽在中压缸中的级中膨胀做功后，排汽进入低压并汽导管。

低压主蒸汽与中压缸的排汽混合后，全部或部分的进入低压缸或热网水加热器，最终的排汽将进入凝汽器。

3.3.2蒸汽轮机本体

蒸汽轮机为三压、再热、双缸、向下排汽、可背压可纯凝运行。高压缸与中压缸合缸为一个中高压缸。

3.3.3 SSS离合器

汽轮机中低压转子之间采用SSS离合器连接，当所有的中压排汽用于热网加热器时，SSS离合器为脱离状态，低压缸解列，大大提高了机组的供热能力。在其他工况下，SSS离合器为啮合状态，低压缸在额定或部分负荷下工作。

4 主要设备技术规范

（1） 联合循环

机组毛出力：827.08MW（供热工况）；923.42MW（年平均工况）；

机组毛效率：87.55%（供热工况）；58.35%（年平均工况，性能保证工况）。

（2）燃气轮机

燃气轮机型号：M701F4；额定功率：306.9MW；天然气入口压力：4.25 MPa。 （3） 蒸汽轮机

型式：三压、再热、双缸、向下排汽、可背压可纯凝运行；蒸汽轮机型号：TC2F-40.5；额定输出功率：309.6 MW。

（4） 燃气、蒸汽轮发电机（每台）

额定功率：320MW/376MVA；额定电压：16kV；冷却方式：全氢冷。

5 结论：

总之，燃气—蒸汽联合循环式一种有显著优点的、有较大发展潜力的动力装置。随着世界性的电力体制改革，电力市场的建立，环境意识的增强，加快了联合循环发电的发展步伐。在21世纪，由联合循环取代传统的锅炉—汽机发电的模式已成定局。

参考文献

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[4] 杨顺虎.燃气—蒸汽联合循环发电设备及运行[M]，北京：中国电力出版社，2003，70-75.

作者简介：

贾建伟，1985年——，男（汉），工学学士，从事电力生产工作。