燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析及展望

王政允

摘要：隨著社會的發(fā)展和科技的進步，我國蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)在不斷發(fā)展，成為國民經(jīng)濟的重要組成部分，有效提高了人們的生活質(zhì)量。文章圍繞蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的現(xiàn)狀和展望進行了闡述，值得同行相關(guān)技術(shù)人員借鑒。

關(guān)鍵詞：燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)；清潔能源；發(fā)電技術(shù)；天然氣發(fā)電；余熱鍋爐 文獻標識碼：A

中圖分類號：TK47 文章編號：1009-2374（2017）08-0194-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.095

在當代社會中，能源、環(huán)境危機的不斷加劇，促使清潔能源發(fā)電技術(shù)快速發(fā)展起來，而燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)作為清潔能源發(fā)電技術(shù)的一種，也得到了快速的發(fā)展。基于此，本文以《基于現(xiàn)狀分析燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)及展望》為題，進行了以下幾方面的分析與探討。

1 系統(tǒng)介紹

聯(lián)合循環(huán)是將兩個獨立的動力循環(huán)進行聯(lián)合，在這樣的情況下，兩者會產(chǎn)生能量，這時能量會出現(xiàn)相互交換的情況，從而形成一個新的循環(huán)。根據(jù)熱力學原理，理想的熱力循環(huán)又稱卡諾循環(huán)，該公式顯示，當熱源的溫度不斷升高時，冷源的溫度不斷降低，循環(huán)的效率不斷提高。燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)里的高溫熱源溫度較高，超過了蒸汽循環(huán)產(chǎn)生的蒸汽溫度，而且燃氣單循環(huán)產(chǎn)生的排氣溫度要超過燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)中的溫冷源溫度，因此燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)能夠有效實現(xiàn)高溫熱源吸熱效果。所以，對于普通的循環(huán)熱效率而言，必須低于聯(lián)合循環(huán)產(chǎn)生的熱效率。為了有效改善聯(lián)合循環(huán)效率的效果，在對聯(lián)合循環(huán)進行設(shè)計的過程中，技術(shù)人員必須考慮效率與功率的相關(guān)條件，當燃氣輪機符合設(shè)計內(nèi)容后，企業(yè)決策者還需要從成本角度和循環(huán)效率方面來看，汽輪機與余熱鍋爐的系統(tǒng)形式是否在配置規(guī)范方面存在問題。因此，為了提高循環(huán)聯(lián)合效率，技術(shù)人員需要選擇透平初溫相對高的燃氣輪機。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，當燃氣輪機的初溫不斷提高時，聯(lián)合循環(huán)的效率也會得到明顯提高，這時聯(lián)合循環(huán)的效率會超過簡單循環(huán)的效率。

在當代社會中，人們的環(huán)保意識不斷增強，燃氣發(fā)電技術(shù)發(fā)展得越來越快。通常情況下，燃氣發(fā)電系統(tǒng)的原理為：空氣進入到壓氣機內(nèi)，壓氣機會向空氣施加壓力，進而將空氣壓縮成一定氣壓，而后將氣壓送往燃燒室中與燃料混合進行燃燒，進而會產(chǎn)生高溫燃氣，這些高溫燃氣一旦進入到膨脹機后，會進入做功的狀態(tài)，壓氣機在透平轉(zhuǎn)子的作用下會進行不斷旋轉(zhuǎn)，同時帶動發(fā)電機進行做功，從而產(chǎn)生電能。對于燃氣機釋放的尾氣而言，其較高的溫度會存在很多劣勢，當排入大氣后，會導致熱能不斷損失，在很大程度上降低了機組的熱效率。因此，技術(shù)人員必須注意這一點，充分發(fā)揮循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的作用。一般情況下，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)會通過某個特定的方式組合燃氣輪機循環(huán)與蒸汽輪機循環(huán)。形成綜合性質(zhì)的發(fā)電系統(tǒng)，屬于當代社會中的新型發(fā)電技術(shù)，能夠有效降低煤耗，不斷提升熱效率，保護環(huán)境。一般情況下，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)主要具有以下特點：對于建設(shè)投資而言，燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)具有建設(shè)周期短的特點，投資回收時限短，使資金的利用率高；對于發(fā)電效率而言，燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的供電效率高，已經(jīng)大于燃煤的蒸汽輪機發(fā)電

機組。

不同于燃煤電廠，燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)能夠有效降低環(huán)境污染，大量減少碳排放量，不會排放出有害物質(zhì)，對于燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)而言，由于其具有自動化的運行優(yōu)勢，所以從管理方面來看，能夠通過在線監(jiān)控實現(xiàn)遠程管理。由于燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)具有響應效率高的特點，所以從運行方面來看，能夠有效提高電網(wǎng)調(diào)峰能力，進一步改善電網(wǎng)運行質(zhì)量，確保電網(wǎng)的正常、穩(wěn)定運行。不難發(fā)現(xiàn)，采用燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)有助于提升企業(yè)的經(jīng)濟效益與社會效益。

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)主要涉及兩個方面，即蒸汽發(fā)電系統(tǒng)、燃氣發(fā)電系統(tǒng)。蒸汽發(fā)電系統(tǒng)包括發(fā)電機、余熱鍋爐、汽輪機。燃氣發(fā)電系統(tǒng)主要包括以下方面：透平、發(fā)電機、壓氣機、燃燒室。

2 燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析

2.1 研究天然氣發(fā)電技術(shù)的工作

對于燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)方面而言，我國仍與國際方面存在很多差距，原因如下：由于我國研究在燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的時間較晚，然而近年來我國在很多方面取得了一定的進步，例如優(yōu)化設(shè)計、系統(tǒng)能耗分析、設(shè)備研發(fā)等。在當代社會中，我國燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)不斷發(fā)展，我國對燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀主要體現(xiàn)在以下方面：世界天然氣消費量在不斷增長，對于當代世界能源消費結(jié)構(gòu)而言，天然氣消費量屬于三大主力之一。在當代社會中，國際能源界的很多學者認為，世界天然氣產(chǎn)量、消費量會不斷增長，幾年后將超越石油、煤，因此天然氣屬于當代世界的重要能源。在國際社會中，應用最為廣泛的發(fā)電技術(shù)主要有熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電。

2.2 優(yōu)化設(shè)計循環(huán)系統(tǒng)

對于聯(lián)合循環(huán)的設(shè)計而言，燃氣輪機的效率不是越高越好。技術(shù)人員在選擇燃氣輪機的過程中，應盡量選擇設(shè)計良好的燃氣輪機。對于不補燃的聯(lián)合循環(huán)而言，由于蒸汽循環(huán)的參數(shù)會受到排氣溫度的限制，蒸汽循環(huán)的效率與燃氣循環(huán)具有密切的聯(lián)系。對于燃氣輪機的效率而言，在提高的狀態(tài)下，蒸汽循環(huán)效率具有很多優(yōu)勢，該方式屬于積極影響的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)。在聯(lián)合循環(huán)過程中，最合理的聯(lián)合循環(huán)效率并不意味著選擇燃氣輪機的效率最大值，當燃氣初溫確定后，值得技術(shù)人員注意的是，由于燃氣輪機的效率雖然高，余熱鍋爐的循環(huán)效率、蒸汽參數(shù)處于低狀態(tài)。同時，低壓比的燃氣輪機排氣溫度高，正氣循環(huán)通過采用再熱技術(shù)并且發(fā)揮其優(yōu)勢，能獲取較佳的蒸汽部分效率。

對于聯(lián)合循環(huán)而言，將燃氣輪機排出的“廢氣”直接引入余熱鍋爐，隨后加熱水會產(chǎn)生出高溫高壓的蒸汽，最終推動汽輪機做功。因此，汽輪機的朗肯循環(huán)與燃氣輪機的布雷頓循環(huán)通過結(jié)合，能有效形成能源梯級的利用總能系統(tǒng)，實現(xiàn)較高的熱效率，該方式屬于聯(lián)合循環(huán)，大多數(shù)聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)應用于發(fā)電行業(yè)。