燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置

排氣余熱利用型聯(lián)合循環(huán)裝置　這是最簡單而且已成熟的方案(圖1)。燃氣輪機的約為 500℃的排氣被引向余熱鍋爐，后者產(chǎn)生的蒸汽進入汽輪機,總的輸出功率約是原燃氣輪機的1.3～1.5倍。70年代末，這類裝置的熱效率已達 42～46%。隨著燃氣初溫的提高，熱效率可望達到50%以上。此外，它的運行機動性好、耗水少、基本投資低和占地面積小。排氣余熱利用型除圖中的無補燃的以外，還有一類是帶補燃的。它們的區(qū)別在于：鍋爐中除引入燃氣輪機的排氣外，還加入燃料燃燒，以提高進入汽輪機的蒸汽參數(shù)和增大流量，使汽輪機的輸出功率增加。在補燃時可采用價格較低的燃料。這類裝置還可用來改造已有的蒸汽動力發(fā)電站，以提高其熱效率。燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置煤氣化的燃煤聯(lián)合循環(huán)裝置　這種裝置以煤為燃料，煤先在高壓(2～3兆帕)的氣化裝置中氣化為粗煤氣，氣化用的壓縮空氣引自壓氣機（即壓縮機），氣化用的蒸汽從汽輪機抽汽而來（圖2）。粗煤氣經(jīng)凈化后先至煤氣膨脹透平作功，再作為燃氣輪機的燃料進入燃燒室，其余部分原則上與圖1的方案相同。這種裝置能減少對環(huán)境的污染,隨著燃氣初溫的提高,它在熱效率方面的潛力也較大。主要問題是煤的氣化和煤的凈化還有待于解決，如氣化效率、除塵和長期運行可靠性等。這種裝置還處于中間工業(yè)試驗階段，熱效率一般還低于常規(guī)蒸汽動力發(fā)電站。一些國家正研究用核能來提供煤的氣化所需的熱量和蒸汽。

沸騰燃燒的燃煤聯(lián)合循環(huán)裝置　這種聯(lián)合循環(huán)裝置分為用加壓沸騰爐的和用常壓沸騰爐的兩類。

① 用加壓沸騰爐:從壓氣機出來的壓縮空氣通向加壓沸騰爐，燃燒后排出溫度為850～900℃的煙氣進入燃氣透平。加壓沸騰爐中所產(chǎn)生的蒸汽引向汽輪機（圖3）。在這種裝置中燃燒是在高壓下進行的，故結構緊湊，便于向大容量發(fā)展。對劣質燃料的應用和減少環(huán)境污染都有較好的效果。對70年代末，已有數(shù)兆瓦級的中間試驗裝置并正常運行千余小時。但是，這種裝置的熱效率受到沸騰床溫的限制（低于900℃），最高只能達 40%。同時，還有一些技術問題，如高溫除塵、大型加壓沸騰爐和高溫耐磨蝕的燃氣透平等尚有待解決。燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置② 用常壓沸騰爐:為了避開用加壓沸騰爐聯(lián)合循環(huán)裝置的一些技術困難，70年代中期以來一些國家建造常壓沸騰燃燒的燃煤聯(lián)合循環(huán)裝置（圖4）。從壓氣機出來的壓縮空氣，在埋于沸騰床中的管道內被加熱到700～800℃，然后再向燃燒室中噴入附加燃料把溫度進一步提高，高溫、高壓空氣引向燃氣透平。燃氣輪機的排氣分別通入沸騰床和常規(guī)煤粉鍋爐。由于進入燃氣透平的基本上是干凈的空氣，技術上難度較小，易于實現(xiàn)商業(yè)運行，但其熱效率潛力不大。

聯(lián)合循環(huán)裝置的設想在燃氣輪機發(fā)展早期就已經(jīng)提出，大約在60年代初便有了較成熟的、利用排氣余熱的聯(lián)合循環(huán)裝置。此后以石油和天然氣為燃料的聯(lián)合循環(huán)裝置得到了廣泛的應用。以煤為燃料的"整體"聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置正在興起，許多國家都很重視燃煤聯(lián)合循環(huán)裝置的研究工作。聯(lián)合循環(huán)裝置的排氣余熱利用、煤氣化和沸騰燃燒等幾種主要形式。

燃氣–蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置，把燃氣輪機和汽輪機裝置聯(lián)合而成的發(fā)電裝置。

根據(jù)熱力學第二定律，對于熱力發(fā)動機，提高循環(huán)工作介質的加熱溫度，或者降低放熱溫度，都能提高熱效率。隨著技術的發(fā)展，20世紀90年代投入運行的燃氣輪機初溫已經(jīng)達到1?200～1?400℃，但燃氣輪機的排氣溫度也很高，一般在500～600℃，熱效率最高只達39%。同時燃氣輪機的工質流量又很大，大功率燃氣輪機的排氣流量在300千克/秒以上，有著大量可利用的熱量?，F(xiàn)代常規(guī)蒸汽輪機的放熱溫度比較低，燃氣–蒸汽聯(lián)合循環(huán)就是將燃氣輪機和蒸汽輪機循環(huán)聯(lián)合起來的使之既具有燃氣輪機的高溫加熱，又具有蒸汽輪機的低溫放熱，實現(xiàn)熱能的梯級利用，組成熱效率更高的發(fā)電裝置。具有供電效率高，電廠造價低，建設周期短，運行靈活性大，污染排放少等優(yōu)點。80年代以來其技術得到迅速發(fā)展，投入運行的單機最大功率已達到400兆瓦，熱效率可達到58%。它不僅已用作電網(wǎng)調峰和緊急備用機組，而且用于承擔基本負荷。余熱鍋爐型聯(lián)合循環(huán)裝置　由燃氣輪機、余熱鍋爐和汽輪機組成，使用燃料為天然氣或礦物油（見圖）。燃氣輪機的排氣被引入余熱鍋爐，利用排氣中的熱量加熱余熱鍋爐的給水，產(chǎn)生的蒸汽送入汽輪機做功。在同樣的燃料消耗量下，聯(lián)合循環(huán)裝置的總輸出功率約為燃氣輪機的1.5倍。余熱鍋爐型聯(lián)合循環(huán)還有一種帶補燃的，除引入燃氣輪機的排氣外，還補充燃燒一定量的燃料，以增大余熱鍋爐的蒸汽量，提高主蒸汽的參數(shù)，增大汽輪機的輸出功率，但這時聯(lián)合循環(huán)的熱效率比無補燃情況下有所降低。整體煤氣化燃氣–蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置(IGCC)　由煤的氣化及其凈化系統(tǒng)和燃氣–蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置兩部分組成。煤在氣化爐中氣化成中熱值或低熱值煤氣，經(jīng)過凈化處理后成為清潔的煤氣，供給燃氣輪機作燃料，既能得到較高的熱效率，又有很好的環(huán)保性能。至2000年，電站熱效率達到45%。增壓流化床燃氣–蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置(PFBC–CC)　由增壓流化床鍋爐，燃氣輪機和汽輪機組成。空氣經(jīng)壓氣機壓縮后送入增壓流化床鍋爐，與供入的煤和脫硫劑沸騰燃燒。產(chǎn)生的蒸汽進入汽輪機，產(chǎn)生的煙氣（近850℃）經(jīng)過除塵后，進入燃氣輪機。聯(lián)合循環(huán)裝置的熱效率現(xiàn)已達到40%～42%。 2100433B

《燃氣輪機與燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置（上下冊）》是一本全面介紹燃氣輪機及其聯(lián)合循環(huán)裝置的著作，書中既有理論講解又對現(xiàn)場具有很強的指導性。編寫本書的主要目的是為了培養(yǎng)燃氣輪機及其聯(lián)合循環(huán)機組的運行和管理人員，并為設計研究人員提供深入學習設計、研究知識前的理論基礎。全書共分二十五章，前十三章側重于介紹燃氣輪機的工作原理、性能、結構、調節(jié)控制系統(tǒng)以及某些必要的輔助設備和系統(tǒng)，后十二章則側重于有關聯(lián)合循環(huán)方面的工作原理、余熱鍋爐、汽輪機、軸系布置、技術經(jīng)濟分析等的論述。為了增強實用性，本書特別加強了對燃氣輪機輔助設備和系統(tǒng)、燃氣輪機和聯(lián)合循環(huán)的調節(jié)控制系統(tǒng)、大型燃氣輪機結構、聯(lián)合循環(huán)電廠的應用實例、燃氣輪機和聯(lián)合循環(huán)機組的運行維護及聯(lián)合循環(huán)機組的性能驗收試驗等內容的論述。

本書是一本全面介紹燃氣輪機及其聯(lián)合循環(huán)裝置的著作，書中既有理論講解又對現(xiàn)場具有很強的指導性。編寫本書的主要目的是為了培養(yǎng)燃氣輪機及其聯(lián)合循環(huán)機組的運行和管理人員，并為設計研究人員提供深入學習設計、研究知識前的理論基礎。全書共分二十五章，前十三章側重于介紹燃氣輪機的工作原理、性能、結構、調節(jié)控制系統(tǒng)以及某些必要的輔助設備和系統(tǒng)，后十二章則側重于有關聯(lián)合循環(huán)方面的工作原理、余熱鍋爐、汽輪機、軸系布置、技術經(jīng)濟分析等的論述。為了增強實用性，本書特別加強了對燃氣輪機輔助設備和系統(tǒng)、燃氣輪機和聯(lián)合循環(huán)的調節(jié)控制系統(tǒng)、大型燃氣輪機結構、聯(lián)合循環(huán)電廠的應用實例、燃氣輪機和聯(lián)合循環(huán)機組的運行維護及聯(lián)合循環(huán)機組的性能驗收試驗等內容的論述。

本書可供從事能源、發(fā)電工程、燃氣輪機及燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置的科研、管理、運行、生產(chǎn)的工程技術人員和大專院校的師生閱讀參考。