燃气-蒸汽联合循环发电机组轴系配置研究

摘要：当前，在我国的西气东输线路上燃气-蒸汽联合循环的发电机组系统举足重轻，成为了广大用户的优选轴系配置方案。文章根据我国当前常用的控制系统分布论述了燃气-蒸汽联合循环发电机组的控制系统构成，最终提出了较优的发电机组轴系的配置方案。

关键词：燃气蒸汽；联合循环；发电机组；轴系配置

中图分类号：TK262文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）21-0014-02

联合循环机组包括燃气轮机、余热回收锅炉，而燃气轮机则是联合循环机组的核心产品，使用燃气-蒸汽组合的联合循环发电机组更大化地解决了当前的经济及使用问题。一般而言，国际上制造商将机组型号为200MW级的燃气机概括为F级，其中以西门子、通用电气、三菱等公司为代表，是世界各国发电市场使用较多、技术较成熟、大容量的先进的重型发电机组设备。然而对于现阶段的燃气-蒸汽联合循环发电机组也存在了一定的问题，包括其工作环境的温度、大气压设置，以及设备投产投资的数量设定都需要进行较为深入的思考。本文则主要分析了燃气-蒸汽联合循环发电机组的控制系统配置、总结了联合循环系统的主要优点，对其联合循环发电机组的轴系配置进行了深入的探讨。

1联合循环系统介绍

燃气轮机联合循环发电的流程是：抽取大气中大量的空气经过滤器的过滤后，进入到压气机中反复压缩，然后经过压缩后的空气流入燃烧室中与其中的燃料（天然气、柴油、重油等）同时混合燃烧，通过产生该废气温度可升至400℃～600℃）产生一定的大气压及热能带动发电机组的发电工作。联合循环系统则是包括了：进气系统、燃烧系统、多级轴压气机系统、排气系统等，蒸汽循环系统由HRSG和汽轮机，通过将燃气轮机与蒸汽轮机的循环系统融合在一起共同发电则统称为燃气-蒸汽联合循环的发电系统。数据显示，燃气-蒸汽联合循环发电机组的效率可高达50%以上，高于一般电厂的发电的热效率。一般而言，在燃气-蒸汽联合循环发电机组的容量分配中，燃气轮机与汽轮机分别为2∶1。比如：分别使用1台容量为250MW的燃气轮机和1台容量为125MW的汽轮机组加起来可以联合组成1套容量为375MW的燃气-蒸汽联合循环机组的发电机组合。

2联合循环发电机组的一般模式

理论上讲联合循环机组的发电机轴系配置分为两个模式：多轴模式：燃气轮机机组和汽轮机组分别单独地拖动同一台发电机设备工作；单轴配置：燃气轮机机组和汽轮机组共同工作来推动同一台发电机设备。

其中，联合循环的多轴系配置还包括两种：（1）将一台燃气轮机的排气推入至一台余热回收锅炉中，让其产生的蒸汽在大气压的动力下来带动另外的汽轮机发电设备进行发电，这中多轴模式也被称作“1+1”方式。（2）使用两台或两台以上的燃气轮机的发电设备工作，将其排气全部送入余热回收锅炉中，最后收集器产生的所有蒸汽推送至同一台燃气发电机组设备中，这也被称作为“2+1”方式。

3燃气-蒸汽联合循环机组配置的主要优势

3.1发电效率高

燃气轮机主要是利用了两个循环系统：布朗和朗肯，其系统原理和整体构造较为先进，工作中机器设备产生的热耗较小，因此总体上看燃气-蒸汽联合循环发电的工作效率较高。

3.2轴系运行方式简便灵活

燃气-蒸汽联合循环发电机系统的启动停止速度快，综合协调特性好，所以在负荷下可以基本运行并可以作为电厂调峰操作模式运行。

3.3设备工作环境好

一般情况下，燃煤蒸汽发电厂中的锅炉会排放出一定的灰尘、氮氧化物以及二氧化硫等气体，所以在燃煤蒸汽发电车间都会有一定的清洁设备保持其工作环境的稳定性，确保发电厂的余热回收锅炉中排放出安全的气体，保证发电厂中的工作环境为无灰尘、极少的二氧化硫及其他部分的气体。

3.4燃气-蒸汽消耗材料少

燃气-蒸汽联合循环电厂使用的大部分大气，利用其大气压进行压力调控，其蒸汽轮机为总容量的1/3左右，工作中的用水量仅需要总容量的1/3左右。而且当前全系统中基本都使用凝汽负压进行调控，甚至在燃气-蒸汽联合循环设备中所需的用水量几乎为零。

3.5整体设备使用的占地面积少

燃气-蒸汽联合循环发电机无需过多的原材料，在整个工作过程中没有煤料及灰尘的堆积，导致电厂占地较少，电厂所承受的资金压力较小。

4燃气-蒸汽联合循环发电机组轴系配置研究

4.1有效调节燃气轮机的室内温度

现行的在建的以及已经开始投入运行的容量为50Hz的燃气-蒸汽联合循环发电机组基本是全部使用的是燃气轮机。制造厂商按照ISO的具体规定，燃气轮机分别以空气作为工作介质，将其环境温度调为15℃，相对湿度设定为60左右。因为，燃气轮机的整体性能会因为其工作环境而发生一定的变化，当大气温度和大气压发生变化时，其发电效率会随之下降。

4.2控制燃气轮机的大气压环境

当燃气轮机发生超低负荷的压力工作时，其整体工作效率将会大幅度地下降，比如其在50%的超负荷下发电效率会下降5%～7%左右。所以说，燃气轮机不能进行负荷运行，要确保其工作环境在ISO规定的范围内。可以利用压气机通过进气导叶的力度将其大气压调节为70%～100%来控制燃气轮机的进气量。然而当燃气机工作环境大气负荷小于70%的时候，就必须要通过控制燃气机的燃料来调控燃气轮机的整体出力情况。

4.3燃气轮机需要及时采取保温措施

在较大压强的作用下，燃气轮机的起动时间不到30min，时间较短。所以在燃气-蒸汽联合循环的工作下，确保其设备性的维护和保修工作，在燃气-蒸汽联合循环发电机停机后必要时可以采取保温措施，以免引起发电设备的负荷运动。

4.4联合循环结构复杂、投资较大，需有效合理

分配

对于三压型的热蒸汽系统，虽然其发电热效率较高，在多重发电设备的联合下发电工作效率有一定的突破，但是整体的燃气-蒸汽联合循环系统则较为复杂，内部结构陈设较多，对其电厂设备的投资量也较大。所以，一般情况需要在设备使用前进行有效的经济性分析，根据电厂设备成本及其热效率指数进行合理分析总结出合理的联合循环组合。

5结论

从我国的装机容量来看，当前我国最大的燃气蒸汽联合循环发电机组为F级，其比较传统而且具有一定的经济优势，作为全国电气公司首选的联合循环发电机组的F级，本文进行了认真仔细的分析，从F级机组循环的布置型式着手，简单介绍了该机组的分布类型。燃气-蒸汽联合循环机组作为发电机组的动力设备，其控制系统主要分为机组级控制和辅助车间级的机组控制系统，其均选用国产优质DCS、同时设置集中的控制网络进行轴系的系统配置。所以，当前燃气-蒸汽联合循环发电机组轴系配置使用的是最为普遍的技术设备，经济优势大，且便于使用后的产后维修、设备管理和广泛使用。

参考文献

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