燃气—蒸汽联合循环机组探究

【摘要】对燃气-蒸汽联合循环机组的性能优点进行了分析，并结合工程实例，对其在实际应用中需要注意的问题和相应的安全防范措施进行了阐述。

【关键词】燃气-蒸汽联合循环机组；性能；安全防范

前言

随着社会经济的发展，人们的生活水平得到了极大提高，对于自身的生活环境也提出了更高的要求，各种为人们生活提供方便的家用电器和设备不断得到应用，也带动了电力行业的发展。在市场需求不断扩大的前提下，传统燃煤发电机组已经逐渐难以满足实际需求，因此，在单机设备效率提升越来越困难的情况下，采用联合循环方法，对机组进行改进，成为发电企业研究的重点。

一、燃气-蒸汽联合循环机组概述

1.结构 就目前而言，燃气-蒸汽联合循环机组是由燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机以及相应的发电机组共同构成的，一种联合循环的发电机组。

2.特点 燃气-蒸汽联合循环是一种对热能进行逐级利用的有效方式，可以使得锅炉热能在几个不同的温度等级内，得到逐级利用，从而极大地提高热效率，降低成本。其工作的基本原理为：首先，天然气在进入燃烧室后，与其中的压缩空气进行混合燃烧，产生高温烟气，对燃气轮机进行膨胀做功，进而带动发电机进行发电。然后，做功后，烟气的温度虽然有所下降，但是相对而言依然较高，以9E级燃机为例，做功后的烟气温度可以保持在540℃以上，依然具有极高的利用价值。因此，烟气会通过相应的排气烟道，进入余热锅炉，对锅炉给水进行加热，产生水蒸汽，推动蒸汽轮机做功，进而再次带动汽轮发电机发电，大大提高了燃料利用的效率。

3.优势 燃气-蒸汽联合循环机组相对于传统发电机组而言，具有几个主要的优势，⑴电厂整体循环效率高。目前超临界的600MW燃煤机组供电效率约为40%左右，而燃气-蒸汽联合循环供电效率达58%左右。⑵燃气-蒸汽联合循环采用天然气为燃料，基本无粉尘和SO2排放，相比于燃煤电厂，减少了三分之二的CO2和95%的NOX排放。⑶调峰性能好，启停快捷。联合循环热态启动60min、温态90min、冷态120min带满负荷。⑷占地少，只有同容量燃煤机组的10%--30%。⑸耗水量少，只需同容量燃煤机组1/3左右。⑹建厂周期短，一般一年内可发电运行。⑺自动化程度高，运行人员少。一般只有同容量燃煤机组人员的20%左右。总之，燃气-蒸汽联合循环是一种有显著优势的、有较大发展潜力的发电模式，是当前形势下发电企业研究的重点和关键。

二.燃气-蒸汽联合循环机组的实际应用

1.工程概况 中山市永安电力有限公司始建于1985年，最初只是为了满足当地居民的生活照明用电，规模极小，但是却为集体经济的发展奠定了基石。在1990年，电厂进行了扩建，添加了新的柴油发电设备，规模得到了扩大，但是发电效率较低，供电的稳定性难以保障。因此，在92-96年，引入了新的改进型发电机组，使得电厂的总装机容量大大提升。到2003年，电厂决定进行进一步改组，引入一套18万kW的燃气-蒸汽联合循环机组，使得电厂的年发电能力提升到9亿千瓦时，可以说是电厂实现跨越式发展的里程碑。

2.设备配置 S109E燃气-蒸汽联合循环机组主体工程采用“1+1+1”配置型式，由1套GE公司燃气轮发电机组、1套余热锅炉和1套蒸汽轮发电机组组成。其设备规格特点如下：

（1）燃气轮机，由GE公司生产，由一个额定功率为1000KW的启动马达，一个17级的轴流式压气机、一个由14个燃烧室组成的燃烧系统、一个3级透平转子组成，其规格如下：

型号：PG9171E；型式：单轴、重型、户外快装式；出力：120MW；燃烧室型式：环管式；点火形式：电火花；点火器：2个；排气温度：543℃。

压气机、燃烧室、透平等主机设备成套安装在一个公共底盘上，形成箱装式发电机组，有轻、小、简便等优点。

（2）余热锅炉，杭州锅炉厂生产，三压悬吊立式无补燃强制循环余热锅炉。

参数：高/低压过热蒸汽流量：172.9/31.1t/h；高/低压过热蒸汽压力：5.55/0.6MPa；高/低压过热蒸汽温度：519/251℃；给水温度：104℃；排烟温度：100℃；锅炉效率：77.9%；

余热锅炉采用模块式结构，便于安装，可缩短现场安装工期，降低建造费用。强制循环余热锅炉有锅内水量小、热惯性小、循环倍率小等特点，能较快地启动，满足调峰电厂的需求。

（3）蒸汽轮机，哈尔滨汽轮机厂生产，双压、单缸、冲动式汽轮机，汽轮机参数如下：

型号：N60-/5.6/0.56/527/255型；高/低压进汽压力：5.30/0.55MPa；高低压进汽温度：516/249℃；高/低压进汽量：172.9/31.10t/h；发电机功率：60MW；冷却方式：空冷。

没有给水回热系统，凝结水和锅炉给水的加热完全依靠吸收燃机的排气余热。设置了100%高、低压蒸汽旁路，可以加快机组启停速度。具有启动快速、调峰性能高、滑参数运行、排汽量大等特点。

3.需要注意的问题

在实际应用过程中，为了切实保证燃气轮机生产的安全与稳定，需要注意以下几个方面的问题：

（1）燃机排烟温度的变化和温度场分布偏差变化是衡量燃烧室和高温部件工作状况的很重要的参数。排气温度有较大的差异很可能是燃烧室、高温热通道部件已损坏或排气热电偶出现故障。机组排气温度分布偏差超过允许值，则机组会遮断停机。

（2）燃机的振动值超过12.7mm/s时报警，超过25.4mm/s时跳闸。如果机组运行一直很正常，仅在某次启动过程中突然振动值增加，往往是由于上次停机后盘车工作不正常所造成的。机组冷态启动的振动值通常要比热态启动的振动值高一些，有时还会超过报警值。如果机组达到全速后，振动值能降到报警值以下仍属正常情况。若机组一直存在振动不正常的情况，其主要原因是由于转子不平衡或机组对中不好所造成的，要重新平衡转子或重新对中。此外，燃烧振荡也有可能造成机组的振动。

⑶严密监视燃机轮间温度。当任何轮间温度的平均值超过温度限定值时，机组会发出故障报警，但不会跳机。如果机组长时间超温运行，会给热通道部件造成永久性损害。引起轮间温度高的可能性原因有：①热通道部件的冷却空气通道阻塞；②透平密封的磨损；③透平转子变形过大；④热电偶故障；⑤燃烧系统的故障；⑥外部管道泄漏；⑦排气扩压器的变形过大。

三、结语

总而言之，通过相应的技术改造，凭借燃气一蒸汽联合循环自身良好的能源利用效率、排污少、调峰性能好等优点，中山市永安电力有限公司的生产效率得到了极大提升，不仅可以满足当地经济发展对于电力的需求，而且可以减少对于环境的污染，提高了企业的经济效益和社会效益，对于当地社会经济的发展起到了极为关键的推动作用。

参考文献

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[2]司派友，左川.“二拖一”燃气蒸汽联合循环机组的并汽与退汽[J].热力发电，2010，39（12）：61-64.

[3]李方吉，邓旭东.大型燃气-蒸汽联合循环机组维修策略[J].热力发电，2009，38（9）：89-91.

作者简介

邓玲琳（1984—），女，重庆永川人，热能工程专业助理工程师，中山市永安电力有限公司生产部热机助理工程师。

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