关于联合循环机组蒸汽系统的设计优化

摘 要：在对联合循环机组蒸汽系统进行优化和设计时，需要参考的因素非常多，比如：燃料、气温以及电厂的海拔。笔者从联合循环机组蒸汽系统的参数优化方法以及选择进行了分析，结合算例，最终完成对关于联合循环机组蒸汽系统的设计优化的分析和探讨。

关键词：联合循环 蒸汽系统 设计优化

中图分类号：TM611.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（c）-0068-01

联合循环机组蒸汽系统的经济性会因以下几个因素产生变动，即燃料、气温以及海拔。因此，在对联合循环机组蒸汽系统进行优化和设计时需要从这几个因素出发。在确定燃气轮机后，那么排气温度以及排气流量就是在进行联合循环机组蒸汽系统设计时需要考虑的重要参数。一般说来，环境对燃气轮机性能的影响比较大，因此设计人员要从电站厂周围的环境状况出发，针对蒸汽流程配置以及参数实施优化设计，这样就会有利于联合循环机组的出力和效率。

1 燃气轮机及联合循环机组性能随海拔﹑气温等条件变化的规律

笔者在对燃气轮机及联合循环机组性能随海拔﹑气温等条件变化的规律进行探索时，使用的是GE公司PG9171E型燃机。研究规律见表1。

2 设计方案设计以及性能设计的方法

在设计时，我们使用到的软件有：GT Pro和GT Master。GT Pro的优点是：该软件的数据比较丰富，比如：各种型号的燃气轮机数据，因此非常有利于燃气轮机联合循环电站方案的设计。此外，具备各式各样的模型，比如：完整的蒸汽轮机模型、各种类型的余热锅炉模型、先进的燃气轮机模型以及、冷却系统模型等。GT Pro得出计算结果后，GT Master就会根据原则性流程进行实际的转换，最终得到实际的设备。

3 联合循环机组蒸汽系统流程选择

我们可以对蒸汽系统中余热锅炉以及汽轮机进行分类，主要的分类依据是汽水工值的压力等级，因此可以划分为3个方式，即：三压、双压以及单压。我们可以使用再热方式，这样蒸汽循环的平均吸热温度就会得到提高。使用频率最高的有三压、双压、单压、三压再热以及双压再热。使用再热和多压可以有效的提高蒸汽循环的效率，但是存在的弊端是会让流程变得复杂。当ηh× ηst的积最大时，就是我们的蒸汽参数优化目标。其中，ηh表示余热锅炉的当量效率，而ηst则表示汽轮机的有效循环效率。

笔者选用了4个典型的先进燃气轮机构成的联合循环为例子，对双压再热、三压、双压以及三压再热余热锅炉组成的蒸汽系统进行计算，这4种燃气轮机包括：德国Siemens公司的V94.3A型、三菱-西屋的701F型、ABB公司的GT26型以及美国GE公司的9FA型。

在进行余热锅炉的计算时，我们使用了接近点温差以及相同的节点温差等。为了提高机组循环效率，我们使用了进汽参数，此外也充分的考虑了相同的节点温差。

计算结果：（1）效率最高的是三压再热蒸汽系统的联合循环机组。和双压蒸汽系统相比，三压再热蒸汽系统要高出1.3个百分点，可以看出其经济性最好。（2）在对双压再热蒸汽系统的机组效率和三压非再热蒸汽系统的机组进行分析和比较后，发现前者的效率要高一些。二者的共同点是系统都比较复杂。（3）双压非再热蒸汽系统不适合和上面的先进燃气轮机进行匹配，这是因为该系统的流程效率比较低。

4 蒸汽系统参数的优化

我们选取了某联合循环发电工程作为分析实例。使用了GE公司9E型燃气轮机，此外也使用了国产设备，比如汽轮机和余热锅炉，这样做是为了降低机组造价。从电厂的燃料供应情况出发，我们将之前使用的重油燃料替换为天然气，二者之间的差异比较大，因此当GE公司9E型燃气轮机在使用重油燃料和天然气时，性能呈现出比较明显的差异。

蒸汽系统的优化计算。该计算是建立在燃气轮机在两种大气条件的排气流量和参参数的基础上的：（1）大气温度是15 ℃，标准环境条件对应的大气温度。（2）大气温度为25 ℃，当地平均参考大气温度。蒸汽系统的设计工况是：凝汽器压力0.007 MPa、大气温度25 ℃的优化结果。

4.1 单压蒸汽系统

单压蒸汽系统的优化结果：大气温度℃/25、25、15；汽轮机进汽参数MPa/℃/0.007、0.007、0.004；余热锅炉排烟温度℃/171.9、178.8、163.5；机组净功率MW/152.91、152.85、163.47。

4.2 双压蒸汽系统

双压蒸汽系统的优化结果：大气温度℃/15、25；汽轮机低压补汽参数MPa/℃/114.7、121.3；机组净功率MW/184.21、172.10。

4.3 优化的蒸汽参数

当烧重油时，优化的结果是：适用单压蒸汽系统，最佳汽轮机进汽压力为4.17 MPa。当烧天然气时，优化结果是：适用双压余热锅炉，联合循环的效率和高压蒸汽压力之间呈正相关关系。关于汽轮机的进汽压力值，我们使用的是5.0 MPa，这样做的目的是顾及到后面的设备改造。最终，设计工况条件是：当大气温度为25 ℃、凝汽器压力0.007 MPa，烧重油时，设计工况为单压蒸汽系统优化结果。而当烧天然气时，双压蒸汽系统的优化结果。

5 结语

在对联合循环机组蒸汽系统的进行设计和配置时，需要参考很多因素，这样效率和出力才能得到保证，希望本文分析对大家有借鉴的意义。

参考文献

[1]朱宝田，徐越，白慧峰.联合循环机组蒸汽系统的设计优化[J].热力透平，2011（23）.

[2]李建春，李强，康文广.浅谈联合循环机组蒸汽系统的运行方式[J].燃气轮机技术，2013（3）.

[3]李颖.燃气电厂M701F联合循环机组蒸汽系统性能优化[J].华北电力大学（北京），2013（7）.

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