燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組探究

【摘要】對燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的性能優(yōu)點進行了分析，并結合工程實例，對其在實際應用中需要注意的問題和相應的安全防范措施進行了闡述。

【關鍵詞】燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組；性能；安全防范

前言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們的生活水平得到了極大提高，對于自身的生活環(huán)境也提出了更高的要求，各種為人們生活提供方便的家用電器和設備不斷得到應用，也帶動了電力行業(yè)的發(fā)展。在市場需求不斷擴大的前提下，傳統(tǒng)燃煤發(fā)電機組已經(jīng)逐漸難以滿足實際需求，因此，在單機設備效率提升越來越困難的情況下，采用聯(lián)合循環(huán)方法，對機組進行改進，成為發(fā)電企業(yè)研究的重點。

一、燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組概述

1.結構 就目前而言，燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組是由燃氣輪機、余熱鍋爐、蒸汽輪機以及相應的發(fā)電機組共同構成的，一種聯(lián)合循環(huán)的發(fā)電機組。

2.特點 燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)是一種對熱能進行逐級利用的有效方式，可以使得鍋爐熱能在幾個不同的溫度等級內(nèi)，得到逐級利用，從而極大地提高熱效率，降低成本。其工作的基本原理為：首先，天然氣在進入燃燒室后，與其中的壓縮空氣進行混合燃燒，產(chǎn)生高溫煙氣，對燃氣輪機進行膨脹做功，進而帶動發(fā)電機進行發(fā)電。然后，做功后，煙氣的溫度雖然有所下降，但是相對而言依然較高，以9E級燃機為例，做功后的煙氣溫度可以保持在540℃以上，依然具有極高的利用價值。因此，煙氣會通過相應的排氣煙道，進入余熱鍋爐，對鍋爐給水進行加熱，產(chǎn)生水蒸汽，推動蒸汽輪機做功，進而再次帶動汽輪發(fā)電機發(fā)電，大大提高了燃料利用的效率。

3.優(yōu)勢 燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組相對于傳統(tǒng)發(fā)電機組而言，具有幾個主要的優(yōu)勢，⑴電廠整體循環(huán)效率高。目前超臨界的600MW燃煤機組供電效率約為40%左右，而燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)供電效率達58%左右。⑵燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)采用天然氣為燃料，基本無粉塵和SO2排放，相比于燃煤電廠，減少了三分之二的CO2和95%的NOX排放。⑶調(diào)峰性能好，啟?？旖?。聯(lián)合循環(huán)熱態(tài)啟動60min、溫態(tài)90min、冷態(tài)120min帶滿負荷。⑷占地少，只有同容量燃煤機組的10%--30%。⑸耗水量少，只需同容量燃煤機組1/3左右。⑹建廠周期短，一般一年內(nèi)可發(fā)電運行。⑺自動化程度高，運行人員少。一般只有同容量燃煤機組人員的20%左右?？傊細?蒸汽聯(lián)合循環(huán)是一種有顯著優(yōu)勢的、有較大發(fā)展?jié)摿Φ陌l(fā)電模式，是當前形勢下發(fā)電企業(yè)研究的重點和關鍵。

二.燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的實際應用

1.工程概況 中山市永安電力有限公司始建于1985年，最初只是為了滿足當?shù)鼐用竦纳钫彰饔秒?，?guī)模極小，但是卻為集體經(jīng)濟的發(fā)展奠定了基石。在1990年，電廠進行了擴建，添加了新的柴油發(fā)電設備，規(guī)模得到了擴大，但是發(fā)電效率較低，供電的穩(wěn)定性難以保障。因此，在92-96年，引入了新的改進型發(fā)電機組，使得電廠的總裝機容量大大提升。到2003年，電廠決定進行進一步改組，引入一套18萬kW的燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，使得電廠的年發(fā)電能力提升到9億千瓦時，可以說是電廠實現(xiàn)跨越式發(fā)展的里程碑。

2.設備配置 S109E燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組主體工程采用“1+1+1”配置型式，由1套GE公司燃氣輪發(fā)電機組、1套余熱鍋爐和1套蒸汽輪發(fā)電機組組成。其設備規(guī)格特點如下：

（1）燃氣輪機，由GE公司生產(chǎn)，由一個額定功率為1000KW的啟動馬達，一個17級的軸流式壓氣機、一個由14個燃燒室組成的燃燒系統(tǒng)、一個3級透平轉子組成，其規(guī)格如下：

型號：PG9171E；型式：單軸、重型、戶外快裝式；出力：120MW；燃燒室型式：環(huán)管式；點火形式：電火花；點火器：2個；排氣溫度：543℃。

壓氣機、燃燒室、透平等主機設備成套安裝在一個公共底盤上，形成箱裝式發(fā)電機組，有輕、小、簡便等優(yōu)點。

（2）余熱鍋爐，杭州鍋爐廠生產(chǎn)，三壓懸吊立式無補燃強制循環(huán)余熱鍋爐。

參數(shù)：高/低壓過熱蒸汽流量：172.9/31.1t/h；高/低壓過熱蒸汽壓力：5.55/0.6MPa；高/低壓過熱蒸汽溫度：519/251℃；給水溫度：104℃；排煙溫度：100℃；鍋爐效率：77.9%；

余熱鍋爐采用模塊式結構，便于安裝，可縮短現(xiàn)場安裝工期，降低建造費用。強制循環(huán)余熱鍋爐有鍋內(nèi)水量小、熱慣性小、循環(huán)倍率小等特點，能較快地啟動，滿足調(diào)峰電廠的需求。

（3）蒸汽輪機，哈爾濱汽輪機廠生產(chǎn)，雙壓、單缸、沖動式汽輪機，汽輪機參數(shù)如下：

型號：N60-/5.6/0.56/527/255型；高/低壓進汽壓力：5.30/0.55MPa；高低壓進汽溫度：516/249℃；高/低壓進汽量：172.9/31.10t/h；發(fā)電機功率：60MW；冷卻方式：空冷。

沒有給水回熱系統(tǒng)，凝結水和鍋爐給水的加熱完全依靠吸收燃機的排氣余熱。設置了100%高、低壓蒸汽旁路，可以加快機組啟停速度。具有啟動快速、調(diào)峰性能高、滑參數(shù)運行、排汽量大等特點。

3.需要注意的問題

在實際應用過程中，為了切實保證燃氣輪機生產(chǎn)的安全與穩(wěn)定，需要注意以下幾個方面的問題：

（1）燃機排煙溫度的變化和溫度場分布偏差變化是衡量燃燒室和高溫部件工作狀況的很重要的參數(shù)。排氣溫度有較大的差異很可能是燃燒室、高溫熱通道部件已損壞或排氣熱電偶出現(xiàn)故障。機組排氣溫度分布偏差超過允許值，則機組會遮斷停機。

（2）燃機的振動值超過12.7mm/s時報警，超過25.4mm/s時跳閘。如果機組運行一直很正常，僅在某次啟動過程中突然振動值增加，往往是由于上次停機后盤車工作不正常所造成的。機組冷態(tài)啟動的振動值通常要比熱態(tài)啟動的振動值高一些，有時還會超過報警值。如果機組達到全速后，振動值能降到報警值以下仍屬正常情況。若機組一直存在振動不正常的情況，其主要原因是由于轉子不平衡或機組對中不好所造成的，要重新平衡轉子或重新對中。此外，燃燒振蕩也有可能造成機組的振動。

⑶嚴密監(jiān)視燃機輪間溫度。當任何輪間溫度的平均值超過溫度限定值時，機組會發(fā)出故障報警，但不會跳機。如果機組長時間超溫運行，會給熱通道部件造成永久性損害。引起輪間溫度高的可能性原因有：①熱通道部件的冷卻空氣通道阻塞；②透平密封的磨損；③透平轉子變形過大；④熱電偶故障；⑤燃燒系統(tǒng)的故障；⑥外部管道泄漏；⑦排氣擴壓器的變形過大。

三、結語

總而言之，通過相應的技術改造，憑借燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)自身良好的能源利用效率、排污少、調(diào)峰性能好等優(yōu)點，中山市永安電力有限公司的生產(chǎn)效率得到了極大提升，不僅可以滿足當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展對于電力的需求，而且可以減少對于環(huán)境的污染，提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益，對于當?shù)厣鐣?jīng)濟的發(fā)展起到了極為關鍵的推動作用。

參考文獻

[1]徐清.燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組整體性能保證方式探討[J].中國電機工程學報，2007，27（z1）：70-74.

[2]司派友，左川.“二拖一”燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組的并汽與退汽[J].熱力發(fā)電，2010，39（12）：61-64.

[3]李方吉，鄧旭東.大型燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組維修策略[J].熱力發(fā)電，2009，38（9）：89-91.

作者簡介

鄧玲琳（1984—），女，重慶永川人，熱能工程專業(yè)助理工程師，中山市永安電力有限公司生產(chǎn)部熱機助理工程師。