燃气－蒸汽联合循环供热项目主机选型方案刍议

文守成，何竹春，李继东

(国电中山燃气发电有限公司，广东 中山 528437)

1 燃气—蒸汽联合循环发电的特点

燃气－蒸汽联合循环利用燃气轮机作功后排出高温气体在余热锅炉中将给水加热成过热蒸汽，并送至汽轮机中继续做功，把燃气循环和蒸汽循环联合在一起。使用天然气作为燃料的燃气－蒸汽联合循环发电的主要优点:整体循环效率高;环保性好，污染物排放少;投资小，占地省，耗水少，建设快;设备简单、布置紧凑;能快速启停，调峰性能良好。目前，火电机组效率最高的1000 MW 级超超临界火电机组的供电效率约为44%～46%，而燃气－蒸汽联合循环的供电效率则高达50%～60%，有效地提高了能源利用率。

2 燃气－蒸汽联合循环发电机组设备选型

2.1 燃机选型

燃气轮机是燃气－蒸汽联合循环发电机组关键设备，其选型对机组性能和电厂经济性影响较大。目前国际上燃气轮机品种系列齐全，单机容量从数百千瓦到28 万kW，三百多种型号。其中供热能力较强的燃机主要为E 级燃机，单机容量在100～170 MW 之间，联合循环最大出力可达28 万kW。当前国内已经部分实现国产化的E 级燃机，主要有三大生产厂家，分别是南京汽轮电机公司与通用电气合作生产PG9171E(9E)型燃气轮机，上海汽轮机有限公司和西门子联合制造的SGT5－2000E 型燃气轮机以及东方汽轮机厂与三菱重工合作生产M701D 型燃气轮机。

2.2 余热锅炉选型

余热锅炉位于燃气轮机和汽轮机的结合点的位置，它是将燃气轮机排气的热能转换为蒸汽从而实现热能回收的装置。利用余热锅炉吸收燃机排放的高温烟气，使之产生蒸汽，进入汽轮发电机组发电，形成燃气－蒸汽联合循环，不仅提高了电厂的热效率，节约了能源，而且起到了保护环境的作用。

余热锅炉从介质工作原理可分自然循环型和强制循环型两大类，均具有负荷适应范围广、性能稳定的特性。与但强制循环型余热锅炉相比，自然循环型余热锅炉由于阀门等附件可放在地坪操作及无强制循环水泵等原因，因此具有操作、运行和维护方便的特点，但自然循环型余热锅炉由于采用卧式布置形式，具有占地面积大的缺点。

从介质工作压力系统分有单压型和双压型(甚至三压型)余热锅炉。设置多压系统其目的是在于以多个压力等级来分段分级吸收更多的热量，达到降低排烟温度，减少汽机回热系统，提高锅炉效率的目的。但应该注意的是压力等级的选择与投资额和投资回收期密切相关，因为压力等级越多，受热面就越大，虽然降低了排烟温度，提高了热交换率，但金属耗量相应增大，即造价相应上升;另一方面，必须考虑到降低余热锅炉排烟温度而造成烟气损失的影响，因此压力等级的选择必须从提高供热系统效率、燃料成份、成本的回收等因素统盘考虑。

余热锅炉蒸发量的大小与燃机的排烟温度、排烟量、所选用的燃料品种以及余热锅炉本身的热交换效率密切相关，燃机排烟量越大，排烟温度及余热锅炉的热交换效率越高，余热锅炉的蒸发量就越大;同样，余热锅炉过热器出口的蒸汽温度也与燃机的排烟温度有关，余热锅炉入口烟温越高，其过热器出口蒸汽温度也相应越高，但为取得良好的传热效果，烟气温度与蒸汽温度需保持一定的温差，一般在20 ℃以上。余热锅炉过热器出口蒸汽压力的选择要考虑以下因素:一是余热锅炉过热器出口蒸汽压力应与温度相对应，尽可能符合系列标准;二是在烟气温度允许条件下，尽可能提高蒸汽参数。另外，余热锅炉的台数一般宜与燃机相同。

2.3 汽轮机选型

联合循环发电的汽轮机特点:排汽流量大;节流调节，滑压运行;配置旁路系统;有多种排汽方式。

燃气－蒸汽联合循环装置中的燃气轮机和汽轮机可以单轴布置，也可以多轴布置。单轴布置主要应用于燃气轮机出力在250 MW 以上的大功率联合循环机组;多轴布置为目前中小容量联合循环机组广泛采用，具有适应性强、运行灵活等诸多优点。其中，与燃机搭配的汽轮机可采用背压汽轮机、抽凝式汽轮机，并可采用2 台燃燃机+1 台汽机的“2 拖1”方案以及1 台燃燃机+1 台汽机的“1 拖1”方案，多套联合循环机组的情况下，汽机还可采用背压+抽凝的组合，形成多种组合方案，完全可适应热负荷及电负荷需求。对于热负荷较为稳定的情况，可采用燃机+抽凝式汽轮机“2”拖“1”或“1”拖“1”方式，搭配背压式汽轮机，以充发分挥背压式汽轮机供汽量大、热损失小的优势;对于热负荷变化较大的情况，则可采用搭配抽凝式汽轮机，以充分适应热负荷变化，同时机组的调峰能力也可得到提高。

3 需要注意的问题

3.1 旁路烟道的设置

旁路烟囱是设在燃气轮机出口和余热锅炉进口之间的烟气旁路装置，可使燃气轮机排气不进入余热锅炉而直接排向大气，由烟气挡板、挡板驱动和密封机构和旁路烟囱等部分组成，主要作用有:增强联合循环发电机组的灵活性;改善燃气轮机和余热锅炉、汽轮机的协调性;提高机组运行的安全性。缺点是设备费用高，占地面积大，热效率会下降。随着技术进步，机组控制水平的提高，为降低投资，提高热效率，旁路烟囱有被逐渐取消的趋势。

3.2 汽机旁路的设置

建议在燃气—蒸汽联合循环装置系统中设置一定容量的高、低压蒸汽旁路系统，燃气轮机点火后，利用旁路系统，余热锅炉可以实现大流量快速提升汽温，使得汽轮机启动参数得到匹配，较好地控制蒸汽参数。

4 结语

燃气－蒸汽联合循环供热机组可实现远高于常规燃煤机组的能源转换和利用效率，同时污染排放大大降低，供热、调峰性能，随着我国天然气利用步伐不断加快，可以预测其发展前景将更加广阔。但也要注意到，燃气－蒸汽联合循环供热型调峰热电厂各主机设备有其自身的特点，因此，工程设计初期就应重点从整个热力系统运行灵活、安全，供热连续可靠以及经济性分析等多个方面进行考虑，才能取得良好的效果。

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