燃气-蒸汽联合循环机组性能分析研究

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1、燃气-蒸汽联合循环机组性能分析研宄中海油深圳电力有限公司518120摘要：从工程热力学出发，建立了大容量燃气-蒸汽联合循环机组热力学理论模型。以此为基础，提出了运用线性小偏差法与机组运行数据相结合的方法研究联合循环机组特性。并计算各参数变化对机组性能的影响系数，分析了机组性能与热力参数的依变关系，为联合循环机组出力和热效率的提高提供了理论依据。关键词：燃气轮机；蒸汽轮机；联合循环机组燃气一蒸汽联合循环发电具有热效率高、三废排放少、占地面积小、水资源消耗少、运行维护方便、适于调峰等优点。近年来，节能环保、低碳发展、PM2.5监测治理等问题受到社会广泛关注，大中城市投产了越来越多

2、的供热联合循环机组，以缓解环境污染的问题。木文以F级燃气一蒸汽联合循环机组为研宄对象，通过运行试验和数学建模等方法得到了联合循环机组在各种运行模式下的供热能力及调峰性能，为电网和热网更好的协调调控提供了数据支撑。一、联合循环机组的重要性燃气-蒸汽联合循环发电装置的主要设备由三大主要部分组成，即燃气轮发电机组、余热锅炉、蒸汽轮发电机组。其中燃气轮机是联合循环中的关键部件，其性能对联合循环的热效率十分关键。余热锅炉和蒸汽轮机所组成的蒸汽系统，其参数主要取决于燃气轮机的排气参数，受到燃机排气条件的限制，要使联合循环只有较高的效率，首先要在机组配置上达到最佳。燃气-蒸汽联合循环电站的

3、机组选型工作，首先要确定燃气轮机，在选定燃机的情况下，对蒸汽系统进行合理选择和优化，最大限度利用燃气轮机的排气余热，使蒸汽系统取得较高的效率，从而使整个电站的性能更好。二、联合循环机组配置分析1、轴系布置联合循环装置的轴系布置可分为单轴和多轴联合循环。单轴是指燃气轮机和汽轮机共同拖动一台发电机运行。多轴是指燃气轮机和汽轮机分别拖动发电机运行。单轴布置机组从工艺系统到厂房布置，都完全独立自成系统，控制简单、运行操作简单。但是部分负荷效率大幅度下降，NOx排放物大幅增加，适合于带基本负荷。主轴较长，轴系统复杂。多轴配置的联合循环电厂，燃气轮机可快速启动，调峰能力强。但设备和系统较

4、复杂，全厂的调节控制也较复杂，占地也较多。联合循环轴系配置对电站投资成本、总体布置与占地面积、运行操作以及热力性能有很大影响，是决定电厂结构和机组效率及灵活性的重要因素。根据己建联合循环项目看，当燃气轮机单机容量在150MW级及以下，一般考虑燃气轮机与蒸汽轮机不同轴，即采用多轴布置；燃气轮机容量在200MW及以上吋，可考虑与蒸汽轮机同轴布置，即单轴联合循环。2、动力岛布置模式动力岛布置是指燃气轮机、余热锅炉与蒸汽轮机的组合方式。有“1+1”、“2+1”的方案可供选择。“1+1”是指1台燃气轮机、1台余热锅炉、1台蒸汽轮机组成联合循环。“2+1”是指2台燃气轮机、2台余热锅炉、

5、1台蒸汽轮机组成联合循环。其中“1+1”方案的主要优点在于其系统相对简单独立，运行控制方便灵活，可靠性高。“2+1”方案的特点在于其全负荷吋整体效率要略高于“1+1”机组，在半负荷以下运行吋，整体效率不及“1+1”。但是由于其多台燃机共用一台汽轮机，当其中一台燃气轮机出现问题解列或者低负荷运行吋，蒸汽轮发电机组经济性较差，同吋余热锅炉需要并汽运行，各燃机之间需要协调参数运行等问题，控制及运行相对复杂。三、联合循环机组选型分析1、燃气轮机在联合循环电站中，蒸汽轮机的出力与燃机出力比例一般为1/3〜1/2,因此，提高燃气轮机效率比冋等程度提高蒸汽轮机效率对于整个联合循环效率的提高

6、更加明显。燃气轮机的热力性能是机组选型时的关键因素，在设计联合循环时，应优先考虑满足燃气轮机要求。燃气轮机热效率随比功的增人而增加，而燃机的燃烧温度是决定比功的主要因素。从热力学角度讲，提高联合循环电厂热效率的首要途径是选择透平初温较高的燃气轮机。此外，还应具奋对联合循环最佳的压比和较高的排气温度。这样才能做到燃气循环和蒸汽循环效率的最佳配比,使联合循环效率最大。2、余热锅炉余热锅炉是能量交换设备，同时连接着燃气轮机和蒸汽轮机，在系统中起承上启下的作用。其设备选型、参数设定对于整个联合循环的效率会产生重要影响。余热锅炉在设计选型时主要考虑以下几个因素：一是，余热锅炉的效率高；

7、二是，余热锅炉的烟气侧阻力低，以防止燃气轮机的功率和效率下降较多；三是，启动过程中，允许快速升压。3、蒸汽轮机联合循环中的蒸汽轮机不同于常规火电厂的蒸汽轮机。燃气轮机是定型产品，具冇相对明确的排气参数。而供热量是通过汽轮机抽汽供应的，因此余热锅炉设计参数，炉型结构必须与汽轮机组相匹配，冋吋还受到汽轮机制造厂设计模块组合的制约。与燃气轮机相比，蒸汽轮机的生产和运行技术在国内要成熟许多，但是联合循环中的蒸汽轮机也具有一定的特殊性，与常规蒸汽轮机相比，主要有以下特点：一是，采用滑压调节方式，无调节级，全周进汽