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摘要：随着我国经济的快速发展，石油天然气资源短缺，能源危机日渐严重。但煤的蕴藏量较高，有潜力开发利用。据估计，现已探明的化石燃料储量中，石油天然气占19.800，煤占80.2%。所以各工业发达国家竞相研究燃煤发电新技术。在这种新形势下，燃气一蒸汽联合循环发电技术得到一定程度的重视，因此，需要不断促进燃气一蒸汽联合循环技术的深度发展，才能发挥这种联合循环发电模式的良好经济效益。本文，首先对燃气-蒸汽联合循环发电的主要优点进行了简要概述，并以包钢为例，详细探讨了论燃气—蒸汽联合循环发电技术的应用，旨在实现将放散的煤气全部回收进行发电，解决当前的能源浪费和环境污染问题。
关键词：燃气—蒸汽联合循环；发电技术；应用
近些年，随着经济的迅速增长，社会上对于能源的需求量大大的增强。目前为止，世界上绝大多数的火电厂仍以汽轮机为主，但是随着技术的革新，汽轮机在电厂长期占主要地位的局面已经开始动摇，新型的“大型电站以联合循环发电机组为主，中、小型以热电并供居多相继成为大多数工业发达国家的主要发电方式。燃气轮机的适配性强，具有多种发电模式，目前已经成为世界上各大中小型电厂的主要发电方式之一，又由于该套装置具有极高的效率、机动性能优越，既能满足电网的高峰负荷，又能满足电网的基本用电负荷，还能满足日益要求严格的环保要求，必将成为今后电厂的主流趋势。
1燃气-蒸汽联合循环发电的主要优点
燃气-蒸汽联合循环装置的主要技术特点是通过将具有较高吸热温度的布雷顿循环和较低放热温度的朗肯循环的蒸汽轮机联系起来，将燃气轮机的废热加以回收利用，作为其拖动汽轮机循环的发热源，大大提升了联合循环的热能转化率。燃气-蒸汽联合循环发电装置的主要设备由燃气轮机发电机组、余热锅炉、汽轮
发电机组三大部分构成燃气-蒸汽联合循环装置是一种能源综合利用技术，相对于传统的蒸汽轮机发电技术具有如下明显的优点：（1）具有较高的热转化效率。在同等功率条件下，该装置的效率要高出其他蒸汽轮机15%以上。众所周知，常规传统的火力发电机组由于自身的设备及系统的限制而难以提高热效率。近年来，国内外企业相继开始进行燃机机组的研发工作，目的是为了生产出更为先进的大容量，高效率的燃机机组，透平入口温度可达1300℃，极大的提高了燃机机组的热效率。例如，美国GE公司生产制造的单机容量达到226MW的MS9001F/FA型燃机机组，其单纯发电效率达35%，与余热锅炉发电系统联合循环容量348MW，综合发电效率达55%；西门子公司生产的单机功率240MW的GT26型燃气轮机，可达到37%的发电效率，整体循环容量为362MW，综合发电效率高达57%。（2）环境优越性。燃气-蒸汽联合循环发电装置几乎没有氮氧化物等污染气体的排放，行业内称之为“清洁电厂”。再加上这种类型的发电设备以气体或油为燃料，不存在灰渣排放的问题；在特定工况下完全燃烧，产物中少量的氮氧化物很容易控制到国家标准以下。近几年，国家逐渐提高了对火电厂污染物的排放标准，为了响应国家的节能减排政策，燃煤火电厂需在环保方面花费大量人力、物力、财力，如近几年兴起的烟气脱硫、脱硝装置等。据统计，这些设备的使用和维护费用将占发电厂总成本的将近三分之一。通过比较，燃气-蒸汽联合循环发电装置相对常规燃煤火电站具有其很大的优势。循环发电装置主要包括燃气轮机、余热锅炉等设备，通常通过隔音设施布置在室外，减少噪音污染，同时在排气系统也装设消音器等装置，满足国家对生产噪音限值的规定。（3）电站建设成本低。目前，单位发电功率的基础建设的投资费用仅为5000元/KW，而传统的蒸汽轮机发电站基建投资高达10000元/KW左右。（4）土地和水资源消耗少。一般相当于普通蒸汽轮机发电站规模和用量的三分之一左右。（5）运行稳定可靠，有极高的自动化程度。一个装机容量157MW的燃机电厂人员仅需50余人。以包钢动供总厂燃气轮机发电装置为例，开始生产以来，年可靠运行达7500小时以上。
2燃气——蒸汽联合循环发电机组在包钢的应用
包钢于2006年新建了两套153MWCCPP发电机组。两台发电机组正常发电时厂用电率约为4.59%，可供电量262.6MW，年供电量约18.38×108kWh。采用日本三菱公司M701S（DA）×153.3MWCCPP机组，发电机容量为2×153.3MW，出线电压为15.7kV。自备电厂建成后，将为包钢提供大量电能，并能有效缓解包钢电网的供电压力，减少环境污染，从而给包钢带来显著的经济及社会效益。
2.1包钢燃气——蒸汽联合循环发电机组工作原理
燃气轮机又称为燃汽涡轮引擎（GasTurbineEngine）俗称涡轮引擎。燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，连续不断的吸收大量的空气进行压缩。压缩后的空气与喷入燃烧室的燃料进行混合后在燃烧室内进行燃烧生成高温燃气，产生的燃气进入燃气透平后膨胀做功，使透平叶轮带动压气机叶轮一起旋转，使高温蒸汽在加热后的做功能力大大提高。在燃气透平带动压气机运行时，还剩余一部分能量作为输出功使燃气轮机正常运行。燃气轮机在静止状态下启动时，需要用到启动设备，使其加速到能够独立运行时，才能将启动机移开。
图1为三菱重工M701S（DA）燃气——蒸汽联合循环机组在包钢CCPP机组中的工艺流程。其工艺流程如下：高煤与焦煤充分混合，经一系列的脱水、除尘后送入煤气压缩机升压，与高压空气混合燃烧，产生的高温高压燃气用于膨胀做功，并带动发电机发电。燃烧后的废气排到余热锅炉去加热水生产符合汽轮机要求的水蒸汽，高温高压水蒸汽再通入到汽轮机中，利用蒸汽推动汽轮机发电。经过余热锅炉的废气排入大气，最终完成联合循环发电，从而提高了系统的热效率。
图1.包钢CCPP燃气——蒸汽联合循环工艺流程
2.2燃气——蒸汽联合循环电站基本结构
燃气——蒸汽联合循环发电主要由燃气轮机、蒸汽轮机发电机组、余热锅炉、循环冷却水站、煤气加压站组成。主要由空气过滤系统、冷却空气系统、燃料系统、闭式循环冷却系统、煤气净化系统、氮气系统、CO2灭火系统及控制系统、并网及输配电系统等组成。
2.3燃气轮机的构造及功能
燃气轮机主要由空气压缩机、燃烧室、燃气透平系统、以及改善热效率用的热交换器等部分构成。空气压缩机：可分成离心式与轴流式两种。其作用是由进气口将外界空气吸入，并将其压入燃烧器中。空气压缩机出口的空气压力和入口的压力比值对于引擎的性能影响很大，一般称为压力比，其值约为3-6：1。燃烧室：压缩压气机内的空气产生热量，使燃料燃烧，从而增加工质的做功能力，增加比容；燃烧器是空气和燃料混合燃烧的装置，有多孔供空气流入，以及装有燃料喷射阀将燃料连续喷入，再利用点火装置将其点火燃烧，引擎一但启动后，燃烧器内的高温即可引燃后续喷入的燃料，因此点火装置在引擎启动后即不再点火。燃气透平：气体膨胀，对外做功，产生热能推动燃机大轴转动，这时燃气的热能转变为机械能。燃烧器内经膨胀燃烧后的气体就会从固定于外売的喷嘴叶片高速喷出，吹向紧邻于后方的透平叶片，带动透平旋转，其转速可高达3000rpm。这些叶片因暴露于700-900℃的高温气体中，必须使用特殊耐热的合金材料。热交换器：热交换器通常安装于空气压缩机和燃烧器之间，由许多小管组成。空气流经小管内侧，燃烧后的废气则流经小管外侧，同时将热传至管内的空气中，其目的是用来提高进气温度，以提高热效率。
总体布置：从图2可以看到：发电机组各设备采用主轴刚性连接，在中分面下方固定，在工厂做成不可拆卸的一体，连同底盘运输并安装。转子两端用两个轴承支撑，防止轴承长期遭受高温环境；滑动轴承和推力轴承都采用可倾瓦结构，排气缸受热不易变形；排气管沿机组方向轴向布置，减少压力降，有利于余热锅炉的轴向布置。
图2.M701S（DA）燃气轮机的基本结构
3.结束语
综上所述，伴随着我国电力行业迅猛发展，电网峰谷差的趋势也日益增大，燃气-蒸汽联合循环发电技术也因此得到了极大的重视和快速的发展。燃气-蒸汽联合循环发电技术的有效应用，不仅可以有效的缓解电力的紧缺，而且还能充分发挥其增强电网调峰能力的作用，同时可减少煤气排放对周围环境的污染，符合国家能源、经济和环保政策，属国家鼓励发展的产业和技术，具有良好的经济效益和环境效益，是国家推广示范点优良方案。
参考文献：
[1]王柏仁.燃气—蒸汽联合循环发电技术发展对策研究[J].湖北电力，2007，（01）：64-66.
[2]吴亦三.燃气/蒸汽联合循环发电技术[J].能源研究与信息，1991，（04）：37-51.
[3]许宝成.燃气—蒸汽联合循环发电中的若干问题[J].华北电力学院学报，1983，（01）：57-66.