燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組

在60年代初，我國就開始引進燃氣輪機發(fā)電機組。先后測繪仿制或自行設(shè)計制造過多種機型，機組功率等級都在幾千kW以內(nèi)，燃氣初溫，一般為600-700℃ ，熱效率僅為16%-25%。雖然這些機組由于使用上或技術(shù)上的問題沒有長期運行下去,也沒有形成批量生產(chǎn)，但取得了一些研究和制造經(jīng)驗，培養(yǎng)了我國早期燃氣輪機設(shè)計、制造人才。上海汽輪機廠仿制成功了6.2MW燃氣輪機列車發(fā)電站南京汽輪電機廠自行設(shè)計制造了1.5MW帶回熱的燃氣輪機并在四川五通橋電廠試運行；哈爾濱汽輪機廠自行設(shè)計制造的2237kW船用燃氣輪機又改成發(fā)電機組在天津并網(wǎng)運行。這是我國燃氣輪機發(fā)展的第一時期。

70年代后期到80年代初期，基于國外燃氣輪機發(fā)電技術(shù)已有較大發(fā)展，同時國內(nèi)石油和天然氣的開發(fā)也有進展，我國燃氣輪機發(fā)展進人第二時期。當時水電部先后從英國JB公司、日本日立公司和法國阿爾斯通公司引進了10套MS5op系列，單臺功率為21.7-23MW燃氣輪機發(fā)電機組，又從加拿大奧倫達公司引進2套OT-2100，單臺功率為9MW的燃氣輪機列車電站，從而使我國燃氣輪機發(fā)電裝機容量達到300MW左右。這些機組大部分都經(jīng)長期運行，有些機組幾經(jīng)搬遷還在運行。

在此期間，國家重點投資了南京汽輪電機廠和燃氣輪機研究所，列為國家燃氣輪機的專業(yè)廠和所,并引進了美國GE公司的生產(chǎn)設(shè)備和部分制造技術(shù)。對引進的MS5000系列燃氣輪機進行測繪仿制,并成功通過國家驗收，相繼生產(chǎn)3臺。南京汽輪電機廠又和美國GE公司合作生產(chǎn)MS6000系列機組。我國航空工業(yè)部也積極開展航機改為地面動力和發(fā)電的技術(shù)開發(fā)工作。

80年代開始，隨著我國改革開放，國民經(jīng)濟迅速發(fā)展，燃氣輪機發(fā)電又進人新的高潮，這是我國燃氣輪機發(fā)展的第三時期。華能汕頭燃機電廠為了解決汕頭市嚴重缺電的被動局面，利用燃氣輪機投資省、起步快、建設(shè)周期短的優(yōu)點，在較短的時間內(nèi)建成1套103MW燒原油的聯(lián)合循環(huán)機組，電廠于1986年投產(chǎn)，對汕頭市電力不足起到了補充作用。

由于機組效率高、性能好，使電廠很快取得效益。在汕頭成功經(jīng)驗帶動下，深圳月亮灣燃機電廠、珠海洪灣燃機電廠以及廣東其他各地，后又發(fā)展到全國建設(shè)起一大批燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)電廠。

90年代以來，我國燃氣輪機發(fā)電不僅裝機容量大幅度提高，機組的性能水平也更趨先進，深圳、上海、浙江溫州、寧波和武漢等地分別引進美國GE公司GE型燃氣輪機共10臺，該機型單臺簡單循環(huán)出力123MW，效率達33%。

采用聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的機組比較普遍，全國聯(lián)合循環(huán)裝機容量達5500MW,占燃氣輪機和聯(lián)合循環(huán)電廠總裝機容量的80%。

70年代全國燃氣輪機電廠約20座，90年代已有80余座（不包括香港、臺灣等地）；發(fā)電機組由20余臺（套）增加到140臺(套）。裝機容量從30MW,增加到7200MW(包括香港將超過10000MW)。其中，廣東、海南地區(qū)現(xiàn)燃氣輪機共裝機46臺總裝機容量達2030MW；深圳經(jīng)濟特區(qū)裝機20臺達1140MW；經(jīng)濟基礎(chǔ)雄厚的長江三角洲，上海、江蘇、浙江、福建等地區(qū)現(xiàn)燃氣輪機共裝機30臺總裝機容量達2030MW；其他地區(qū)有武漢、重慶、合肥、成都等地裝9機臺，容量約480MW；大慶、勝利、中原和新疆地區(qū)油田和石化工廠共裝機65臺（套），總裝容量約1000MW。

隨著我國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，環(huán)保要求日益嚴格，廣東等地正在規(guī)劃建設(shè)幾座總?cè)萘繛榘偃fkW等級燃天然氣的燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站。華東地區(qū)隨著西部開發(fā)戰(zhàn)略、西氣東送計劃的實施，也正規(guī)劃建設(shè)百萬kW等級的聯(lián)合循環(huán)電站。

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)作為一種先進的發(fā)電技術(shù)，在我國電力生產(chǎn)行業(yè)中的地位日益提高。燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)設(shè)備在國內(nèi)和國外的市場很大，并隨著能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整和清潔煤利用技術(shù)的完善，需求量將進一步擴大。國內(nèi)燃氣輪機市場被外國大公司占領(lǐng)也使國家寶貴的資金流出國門。面對國內(nèi)外龐大的市場需求，發(fā)展我國燃氣輪機及聯(lián)合循環(huán)設(shè)備產(chǎn)業(yè)，掌握先進的燃氣輪機設(shè)計技術(shù)和制造工藝，提高燃氣輪機及聯(lián)合循環(huán)設(shè)備成套能力，將有利于擴大國內(nèi)燃機市場占有份額，增加參與國外燃機市場的競爭能力，其經(jīng)濟效益和社會效益將是巨大的 。2100433B

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，由于具有高效低耗、啟動快、調(diào)節(jié)靈活、可用率高、投資省、建設(shè)周期短及環(huán)境污染小等優(yōu)點，在國外電力行業(yè)正日益得到重視和發(fā)展。世界上燃機技術(shù)參數(shù)及性能發(fā)展為4代年：60代開始建設(shè)聯(lián)合循環(huán)電廠，當時的燃氣輪機參數(shù)很低，聯(lián)合循環(huán)的熱效率僅為35%，達不到大型火電機組熱效率的水平，因此在此階段發(fā)展較慢；70年代，燃氣輪機初溫提高到以1000℃左右，其聯(lián)合循環(huán)熱效率達40%-45%，已接近或超過大型火電機組效率；80年代，燃氣輪機的初溫進一步提高到1100-1288℃，排氣溫度達500-600℃ ,這使聯(lián)合循環(huán)發(fā)電效率超過50%，因大大超過大型火電機組效率而得到迅速發(fā)展，單機功率100MW等級的燃氣輪機已成功地投人商業(yè)運行，并有很好的運行業(yè)績；90年代，由于燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)機組具有明顯的優(yōu)越性能，其技術(shù)出現(xiàn)了很大飛躍，國外大公司相繼推出了先進的大功率高效率的燃氣輪機系列及聯(lián)合循環(huán)機組，燃氣初溫1300℃ ，效率36%-38%，單機功率等級的大功率燃氣輪機及其先進型聯(lián)合循環(huán)裝置投人商業(yè)運行，這種先進型聯(lián)合循環(huán)機組是各大燃機廠商推出及研究發(fā)展的機型。與此同時，燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)在世界電力系統(tǒng)中的地位也發(fā)生明顯變化，在世界發(fā)電容量中所占份額明顯地快速增長燃氣輪機不僅用作緊急備用電源和調(diào)峰機組，而且能攜帶基本負荷。

從1987年開始美國發(fā)電用燃氣輪機的年生產(chǎn)總功率數(shù)已超過了發(fā)電用汽輪機，按美國電力發(fā)展規(guī)劃,在90年代計劃新增1億kW發(fā)電設(shè)備中，燃氣輪機及其聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置將占45%。韓國規(guī)劃在今后15年內(nèi)燃氣輪機及其聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置將占新增機組容量的1/4以上。據(jù)分析，2000年以后，在新增的發(fā)電設(shè)備總裝機容量中，燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置將超過常規(guī)火電站，占電力發(fā)展的主導地位。

世界上共有100多家企業(yè)生產(chǎn)燃氣輪機，從技術(shù)、信譽、銷售等因素考慮，歸納起來具有代表性的主要有五大廠商，即美國的GE公司，法國的GECALSTHOM公司、美國的西屋公司、德國的Siemens公司和瑞士的ABB國際有限公司。其中法國GEC AL-STHOM公司采用美國公司技術(shù)生產(chǎn)制造燃氣輪機。

自70年代以來，我國燃氣輪機發(fā)電有了逐步的發(fā)展，但僅局限于燃機單機容量較小的機組，且大多由國外購買成套設(shè)備，因此，相對燃煤機組而言，設(shè)計院的工作較少，以前也沒有形成這方面的設(shè)計規(guī)定。但隨著近年來我國燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組有了越來越多的應用，且聯(lián)合循環(huán)機組容量將越來越大，我國已投入運行的燃機單機容量最大為100MW級，現(xiàn)已有幾個燃機單機容量200MW級的大容量燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組正在可行性研究階段。在設(shè)計上越來越需要有統(tǒng)一的設(shè)計和建設(shè)標準，為此國家電力公司電力規(guī)劃設(shè)計總院在2000年版的《火電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》修訂中增加了燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)的主要設(shè)計原則的有關(guān)內(nèi)容同時組織華東電力設(shè)計院和西南電力設(shè)計院主編《燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠設(shè)計規(guī)定》，以指導今后此類工程設(shè)計。

為完成《大火規(guī)》和《燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠設(shè)計規(guī)定》的編寫，華東院和西南院對國內(nèi)已投運的主要燃機電廠進行了調(diào)研工作，根據(jù)調(diào)研和幾次會議的研討，對燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組提出了一些主要設(shè)計原則。

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組燃氣輪機選擇原則

單機容量較小、年利用小時低的燃氣輪機，可以采用單循環(huán)，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較第期燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的技術(shù)發(fā)展概況及其主要設(shè)計原則后確定是否預留加裝余熱鍋爐和汽輪機場地。

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組余熱鍋爐選擇原則

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)宜采用1臺燃氣輪機配1臺余熱鍋爐，不設(shè)備用。余熱鍋爐應根據(jù)燃料和煙氣特性設(shè)計，應能適應燃氣輪機快速啟動的特點。其最大蒸發(fā)量應與燃氣輪機的煙氣量和煙氣特性相匹配。余熱鍋爐型采用強制循環(huán)或自然循環(huán)，應根據(jù)工程情況經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較確定。

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組蒸汽輪機選擇原則

聯(lián)合循環(huán)機組每個單元應只設(shè)置1臺蒸汽輪機，即由1臺或多臺燃氣輪機與1臺蒸汽輪機組成1個單元。蒸汽輪機的進汽量宜與相應的余熱鍋爐最大蒸發(fā)量之和相匹配。余熱鍋爐采用單壓、雙壓或三壓，應經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較確定。

余熱鍋爐聯(lián)合循環(huán)機組特點

汽輪機的容量和新蒸汽參數(shù)由燃氣輪機容量、排汽溫度決定,汽輪機不能單獨運行,而且汽輪機負荷隨燃氣輪機而變動。

補燃余熱鍋爐聯(lián)合循環(huán)機組特點

加裝補燃器,利用燃氣輪機排氣中還有14%－18%的氧幫助燃燒,增加輸入熱量,提高汽輪機的功率和效率。

增壓鍋爐聯(lián)合循環(huán)機組特點

因鍋爐增加燃燒,燃燒迅猛,使傳熱系數(shù)大為增加,燃氣輪機的蒸汽參數(shù)隨燃氣輪機進氣溫度提高而增加;燃氣輪機和汽輪機都不能單獨運行。

排氣助然鍋爐聯(lián)合循環(huán)機組特點

不僅回收燃氣輪機的排氣余熱,同時充分利用排氣中的余熱,燃氣輪機和汽輪機可以分開運行;可配置高參數(shù)大型汽輪機;鍋爐中的所用燃料可任意選擇。

鞍鋼CCPP發(fā)電機組

是世界上功率最大、最先進的燃燒低熱值高爐煤氣的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，也是國內(nèi)第一臺利用高爐煤氣發(fā)電的聯(lián)合機組。機組以高爐產(chǎn)生的副產(chǎn)品——高爐煤氣和焦爐煤氣為燃料，在燃氣——蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組中發(fā)電。這一具有國際先進水平的機組在鞍鋼投入使用，可以使鞍鋼高爐生產(chǎn)中產(chǎn)生的高爐煤氣全部得到回收利用，既可減少高爐煤氣的散放，降低能源損失、減輕大氣環(huán)境污染，又能利用此裝置較高的熱點效率獲得大量的電能。新發(fā)電機組每小時可燃燒高爐煤氣47萬立方米、焦爐煤氣4.2萬立方米，每小時發(fā)電量可達30萬千瓦時，年發(fā)電量可達23億千瓦時以上，比同等水平的熱電廠每年可節(jié)約標準煤70萬噸以上，每年利用高爐煤氣約33億標準立方米，可減少一氧化碳排放10億標準立方米，減少溫室氣體二氧化碳排放約190萬噸，在節(jié)能的同時還保護了環(huán)境。鞍鋼CCPP發(fā)電機組的投入運行，使鞍鋼電力自給率由原來的48%提高到72%，不僅在很大程度上緩解了企業(yè)電力緊張的局面，還具有良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。2100433B

用提高初溫的辦法來提高蒸汽輪機循環(huán)的效率時,受到金屬材料的限制,使初溫難以繼續(xù)提高。由于蒸汽輪機的循環(huán)終參數(shù)較低,而燃氣輪機循環(huán)的初參數(shù)卻較高,所以蒸汽-燃氣聯(lián)合循環(huán)機組,利用燃氣輪機循環(huán)有較高初溫及蒸汽輪機循環(huán)有較低終參數(shù)的優(yōu)點來提高整個循環(huán)的熱效率。采用不同方式的機組特點不同。

《燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組運行與檢修·電氣分冊》是MPCP1-M701F3“燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組運行與檢修”叢書的電氣分冊，該分冊以MPCP1-M701F3燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組為例，結(jié)合實際運維經(jīng)驗，介紹燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組發(fā)電、輸變電及廠用電主要一、二次設(shè)備的基本原理、運行性能、典型結(jié)構(gòu)、電氣系統(tǒng)及運維特點。

《燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組運行與檢修·電氣分冊》共十章，首章側(cè)重介紹220kV系統(tǒng)一、二次設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理及運維；第二章至第三章重點介紹燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組主要發(fā)變電設(shè)備——發(fā)電機及變壓器；第四章介紹勵磁系統(tǒng)；第五章側(cè)重講解發(fā)變組保護配置、原理及運維；第六章介紹聯(lián)合循環(huán)機組發(fā)電機啟動裝置——SFC的相關(guān)知識；第七章詳細介紹廠用電系統(tǒng)及其設(shè)備的原理、運行方式、聯(lián)鎖保護；第八章講解電廠UPS及直流系統(tǒng)配置、結(jié)構(gòu)原理及運維。第九章及第十章簡要介紹電氣系統(tǒng)綜合自動化及通信、電氣儀表的相關(guān)知識。

《燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組運行與檢修·電氣分冊》適合從事大型燃氣輪機及其聯(lián)合循環(huán)電廠調(diào)試、運行、維護的技術(shù)人員、管理人員使用，可作為運行人員及相關(guān)生產(chǎn)人員的培訓教材，也可供電氣專業(yè)師生參考。