M701F4型燃气—蒸汽联合循环机组采暖运行热力分析及可行性研究

摘 要：本文主要分析了天津地区建设燃气-蒸汽联合循环机组热电联产的重要意义，对天津陈塘庄热电厂煤改气搬迁工程机组采暖季运行方式进行了热力学及可行性分析，研究得出该工程是合理解决天津市集中供热、供电、节能、环保问题的重要手段，是落实节约资源基本国策、建设节约型和谐社会的一项重要措施，也是国民经济和社会发展的一项长远战略方针和紧迫任务。

关键词：燃气-蒸汽联合循环；采暖；可行性分析；

1. 绪论

天津市作为一个国际化的大都市，其能源结构目前主要以燃煤为燃料，约占65%，能源消耗量大，利用效率不高，另外，燃煤也是造成天津市大气环境污染的主要因素之一。随着国家节能减排政策的实施，改变本市的能源结构，寻找合理可行的清洁能源及其高效利用模式是天津市环境保护和可持续经济发展的必然趋势。

2010年8月，天津市被正式列入国家低碳城市试点，开始建设清洁、高效、低污染、低排放的陈塘庄燃气-蒸汽联合循环热电厂，这对天津市的能源结构的调整和经济的可持续发展起着重要的作用。天津陈塘庄热电厂所在区域已成为城市中心地带，根据天津市城市发展规划的总体布局调整，为改善该区环境条件，天津市政府决定启动陈塘庄热电厂搬迁工程，本期工程建设了2套900MW级燃气-蒸汽联合循环“二拖一”供热机组。

2. 燃气-蒸汽联合循环机组运行热力分析

燃气-蒸汽联合循环机组的主要特点是机组可靠、启动迅速、运行灵活，以天然气为燃料的热电联产采暖方式，其能源利用率远高于锅炉采暖。M701F4燃气-蒸汽联合循环机组在满足供热的同时，发电效率高达50%以上， 大大增强了电网调度的灵活性和调控能力。从能源利用效率的角度看，燃气热电联产是一种更为理想、更为先进的采暖方式，主要运行与热力学特点如下：

2.1机组运行调整灵活

燃气轮机具有重量轻，体积小，自动化程度高，操作灵活等特点，所以它启停快，可在15分钟内达到启动正常至满负荷运行。M701F4燃气-蒸汽联合循环机组从机组启动到带满负荷的时间分别是冷态启动180 min ，温态启动140 min ，热态启动110 min 。但具体的启动时间与余热锅炉的运行情况有一定的关系。M701F4联合循环机组提供了强大的控制系统，使机组运行灵活可靠，机组能够在30 %～100 %负荷区间内稳定运行，适应于电网对负荷多变的要求。

2.2对环境影响小

以清洁天然气作为能源燃料，其采暖污染物的排放量很低，悬浮颗粒的排放量极少。天然气的SO2排放浓度仅为0.7mg/m3，主要排放物NOx排放浓度为17mg/m3，对环境的影响也远低于从2012年1月1日开始实施的《火电厂大气污染物排放标准》中要求的50mg/m3。这种燃气热电联产所带来的节能和环保效益是非常显著的。

2.3热电效率高

目前就一次能源转换为电能的过程方面而言，联合循环发电的热效率为最高，而且还可节约大量用水。M701F4燃气-蒸汽联合循环热电联供机组，联合循环发电机组效率大于50%，热电联供总热效率超过85%，且具有良好的调峰能力。

3. 燃气-蒸汽联合循环机组运行方式可行性分析

3.1“二拖一”机组主要参数

3.2采暖季运行方式可行性探讨

3.2.1联合循环热力系统工作原理

燃气-蒸汽联合循环机组的热力系统主要由燃气循环系统、余热锅炉-汽轮机汽水系统两部分组成，如图1所示。燃气轮机排气排入余热锅炉，余热锅炉产生蒸汽驱动蒸汽轮机，从汽轮机中压缸末级排出的蒸汽和低压主蒸汽一起进入低压缸做功，或供热网加热器加热热网循环水。

蒸汽轮机纯凝运行时，凝汽器来的凝结水通过凝结水系统加压后送入锅炉尾部低压省煤器，之后进入低压汽包兼除氧器。一部分除过氧的给水通过低压蒸发器和过热器生成低压过热蒸汽，其余的给水经过高、中压给水泵，分别经过高、中压省煤器、蒸发器和过热器分别生成高、中压过热蒸汽。高压缸排汽与中压过热汽混合后送入再热器生成再热蒸汽。余热锅炉产生的高压过热蒸汽、再热蒸汽和低压过热蒸汽分别送入汽轮机的高、中压缸入口和低压补汽口，在汽轮机中做功后，乏汽排入凝汽器。

蒸汽轮机抽凝运行时，热网疏水回至凝结水泵前置泵出口。热网疏水进入凝结水系统，和凝结水一起送入锅炉尾部低压省煤器，并进入低压汽包兼除氧器。余热锅炉产生的高压过热蒸汽、再热蒸汽分别送入汽轮机的高、中低压缸做功，乏汽排入凝汽器。余热锅炉产生的低压主蒸汽与汽轮机中压缸排汽合并一部分进入采暖供热抽汽至热网加热器，实现对外供热，另外一部分进入汽机低压缸做功。

蒸汽轮机背压运行时，低压缸随转，凝结水泵前置泵间歇运行。热网加热器疏水回至凝结水泵前置泵出口凝结水系统，通过凝结水泵送入锅炉尾部低压省煤器，并进入低压汽包兼除氧器。余热锅炉产生的低压过热蒸汽与全部汽机中压缸排汽一起进入热网加热器。

汽轮机事故全切运行时，汽轮机全部汽门关闭。余热锅炉产生的高压过热蒸汽，经汽机高旁减温减压后送入再热器，加热生成高温再热蒸汽与中压过热汽混合后经汽机中压旁路减温减压后和低压蒸汽一起进入热网加热器。热网加热器疏水回至凝结水系统，送入锅炉尾部低压省煤器，并进入低压汽包兼除氧器。

非采暖季蒸汽轮机纯凝运行，采暖季蒸汽轮机通常背压运行，也可抽凝运行。汽轮机采用“二拖一”背压机+SSS离合器的供热方案，冬季按照背压机运行，中压缸的全部排汽用于供热，非采暖期按照凝汽式运行，此种机组配置没有低压缸最小冷却蒸汽流量的要求，可使汽轮机供热量能达到最大化，大大提供机组的热效率。

3.2.2机组运行及供热方式分析

本工程建成投产后主要向中心城区和环城四区供热，承担供热区域内的基本负荷，2套900MW级燃气-蒸汽联合循环“二拖一”供热机组，安装2台可背压、可纯凝凝汽式汽轮发电机组，每台机组额定工况可抽采暖蒸汽779.6t/h，对外可供净热负荷650MW（含余热锅炉烟气加热器热量），两台机组共计1300MW，可满足本供热区内近期的采暖热负荷需要，并留有一定供热余量。

燃气-蒸汽联合循环热电联产机组中，燃气轮机、余热锅炉、汽轮机的匹配原则一般是，余热锅炉的蒸发量与燃气轮机排出的烟气余热相匹配，汽轮机的进汽量与余热锅炉的蒸发量相匹配，以使能源的利用效率最大化。当热负荷较小时，汽轮机抽凝运行，抽汽可以随着热负荷的变化而调节，整个机组可以长期保持较高的热效率。当热负荷较大时，汽轮机背压运行，为尽可能多的抽汽，汽机低压缸可通过SSS离合器解列，高中压缸背压运行，高中压缸抽汽、排汽和低压主蒸汽全部用于加热热网加热器。此种机组配置没有低压缸最小冷却蒸汽流量的要求，低压缸冷却蒸汽可全部抽去供热，可使汽轮机供热量能达到最大化。

冬季正常运行工况下，按照“以热定电”的方式运行。汽轮机为分段式，高中压模块和低压模块之间通过离合器连接。冬季供热工况时，汽轮机可采用抽凝方式运行，也可采用低压缸解列，高中压缸背压运行，其排汽及低压主汽全部用于加热热网加热器。非供热工况时，高中低压缸通过离合器连成一个轴，汽轮机纯凝运行。此种机组配置没有低压缸最小冷却蒸汽流量的要求，可使汽轮机供热量能达到最大化，大大提供机组的热效率。机组配置如下图2所示。

冬季事故运行工况时，通过旁路运行或降负荷等方式来满足供热需求。

当一台燃气轮机或是余热锅炉故障停运时，一套“二拖一”机组提供650MW采暖供热量，另一台机组降负荷运行。其余机组还能提供约975MW采暖供热量，同时切除汽轮机，将另一台运行的余热锅炉高温蒸汽通过事故减温减压器后变为低温低压蒸汽，供给热网加热器，可保证供热区域65%以上的采暖热负荷。

当一台汽轮机故障停运时，另一套机组还能提供约650MW采暖供热量，同时切除汽轮机，通过余热锅炉旁路运行，将2台运行的余热锅炉高温蒸汽通过事故减温减压器后变为低温低压蒸汽，供给热网加热器，可保证供热区域65%以上的采暖热负荷。

考虑极端不利因素，在冬季气源不足的情况下，根据燃气量，通过采取余热锅炉旁路运行，即余热锅炉产生的蒸汽不进入汽轮机，直接用来供热的方式来保证采暖热负荷要求。

4.总述

M701F4燃气-蒸汽联合循环机组具有供热效率高、占地小、保护环境、减少供电线损和应急突发事件等综合功能。本工程采用燃机方案满足响应国家政策，充分发挥了天然气作为高效、清洁燃料的节能效应和环保效应。为把天津市建设成生态宜居城市、发展低碳经济提供有效支撑。

参考文献

[1] 焦树建.燃气-蒸汽联合循环[M].北京：机械工业出版社， 2000.

[2] 清华大学热能工程系动力机械与工程研究所， 深圳南山热电股份有限公司， 燃气轮机与燃气-蒸汽联合循环装置[M]， 中国电力出版社. 2007

[3] 刘燕燕，周伟国，罗时杰，等.天燃气再燃技术在电厂锅炉的应用[J].上海电力学院学报， 2004， 20（3）： 35-39.

[4] 云曦.积极稳妥推进燃气电厂建设助力天津经济又好又快发展[J].天津经济， 2012， 2：74-76.

[5] 林汝谋，金红光.燃气轮机发电动力装置及应用[M].北京：中国电力出社，2004.

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

[7] 何语平.燃用天然气的350MW级联合循环机组的效率优化和机组选型[J].燃气轮机技术，2003，16（2）：9-14.

[8] 康家甦，天然气热电联产采暖运行方式可行性探讨[J].上海电力学院学报，2006，22（1）：33-35，47.

[9] 马婉玲，丁明，吴红斌，等.分布式能源系统中燃气轮机热电联产运行方式的优化[J].发电设备，2008，22（2）：106-110.

[10] 李纪峰.热电联产集中供热系统节能技术分析与环保效益评价[D].辽宁：大连理工大学，2003.

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