燃?xì)狻�蒸汽�?lián)合循環(huán)電廠整體配置選擇

　　摘要：燃?xì)?mdash;蒸汽聯(lián)合循環(huán)能夠?qū)θ剂现械幕瘜W(xué)能進(jìn)行梯級(jí)利用，與常規(guī)火力發(fā)電相比，不僅效率高，建設(shè)周期短，也更加節(jié)能環(huán)保。文章分析了燃?xì)?mdash;蒸汽聯(lián)合循環(huán)工作原理，對(duì)聯(lián)合循環(huán)整體配置選擇進(jìn)行了探討。

　　關(guān)鍵詞：聯(lián)合循環(huán)發(fā)電 燃?xì)廨啓C(jī) 蒸汽輪機(jī) 配置

　　我國(guó)電廠能源消費(fèi)仍然以煤作為最主要的原料，隨著我國(guó)能源消費(fèi)的不斷擴(kuò)大，節(jié)能降耗，保護(hù)環(huán)境的呼聲越來越高。燃?xì)?mdash;蒸汽聯(lián)合循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)θ剂现械幕瘜W(xué)能進(jìn)行梯級(jí)利用，與傳統(tǒng)燃煤蒸汽輪機(jī)相比，燃?xì)?mdash;蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組效率更高，建設(shè)周期更短，用地用水也更少，并且燃?xì)?mdash;蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組更加節(jié)能環(huán)保，其投資效益也更加明顯，適宜于在我國(guó)生存和發(fā)展。當(dāng)前，我國(guó)燃?xì)?mdash;蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組基本依賴進(jìn)口，探討并選擇燃?xì)?mdash;蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠整體配置，分析影響聯(lián)合循環(huán)中整體性能的主要因素，將有助于燃?xì)?mdash;蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的國(guó)產(chǎn)化，幫助我國(guó)盡快掌握這一先進(jìn)技術(shù)。

　　1、燃?xì)?mdash;蒸汽聯(lián)合循環(huán)工作原理

　　燃?xì)?mdash;蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組主要部件包括燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐、蒸汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)以及其它一些輔機(jī)[1]。探討其整體配置選擇，首先需要了解一下燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)的工作原理。

　　所謂燃?xì)?mdash;蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電就是將燃?xì)廨啓C(jī)的排氣引入余熱鍋爐，產(chǎn)生高溫、高壓蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)，以帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電[2]。燃?xì)?mdash;蒸汽聯(lián)合循環(huán)的本質(zhì)就是將高溫區(qū)工作的燃?xì)廨啓C(jī)Branyton循環(huán)與中低溫區(qū)工作的蒸汽輪機(jī)Rankine循環(huán)重疊，形成總能利用系統(tǒng)。通過結(jié)合燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)兩種成熟的機(jī)械各自的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)熱能的梯級(jí)利用。

　　燃?xì)?mdash;蒸汽聯(lián)合循環(huán)中的燃?xì)廨啓C(jī)直接采用燃?xì)庾鳛楣べ|(zhì)，初溫很高，排氣溫度也高;而蒸汽輪機(jī)受限于蒸汽性質(zhì)，初溫不能太高，但是蒸汽凝結(jié)溫度低�？梢�，燃?xì)?mdash;蒸汽聯(lián)合循環(huán)充分吸收了燃?xì)廨啓C(jī)平均吸熱溫度高、蒸汽輪機(jī)平均放熱溫度低的雙重優(yōu)點(diǎn)，其熱能利用效率較單純的燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)和蒸汽輪機(jī)循環(huán)都高，從圖1可以看出，其整體利用效率為：

　　(1)

　　當(dāng)前，燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣溫度超過了1600K，壓氣機(jī)的壓比達(dá)30，聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的熱效率超過了60%。

　　2、聯(lián)合循環(huán)整體配置選擇

　　燃?xì)?mdash;蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組配置主要包括主機(jī)選型、蒸汽系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型、軸系配置等[3]，其中燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐與蒸汽輪機(jī)最為重要，對(duì)其進(jìn)行合理選型至關(guān)重要。

　　2.1 燃?xì)廨啓C(jī)選型

　　燃?xì)廨啓C(jī)是余熱鍋爐中主要設(shè)備，決定著發(fā)電成本、運(yùn)行可用率以及供電效率，其選型應(yīng)主要考慮：熱力性能、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)性與可靠性等幾個(gè)因素。[論文網(wǎng)]

　　單軸燃?xì)廨啓C(jī)主要由軸流式壓氣機(jī)、燃燒室和透平三大部件組成。對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)而言，影響聯(lián)合循環(huán)性能最為關(guān)鍵的是比功，比功越大效率越高，而燃機(jī)的燃燒溫度又是決定比功的關(guān)鍵。因此，從熱力性能角度看，燃?xì)廨啓C(jī)除了具有盡可能高的燃?xì)獬鯗赝�，還需要由適合聯(lián)合循環(huán)最佳的壓比和較高的排氣溫度。但在設(shè)計(jì)和實(shí)際過程中，透平初溫與壓氣機(jī)壓比不能無限制增大，透平初溫要根據(jù)高溫材料和冷卻技術(shù)來確定，而壓氣機(jī)的壓比則要根據(jù)熱力循環(huán)設(shè)計(jì)優(yōu)化確定。

　　燃?xì)廨啓C(jī)以空氣作為工作介質(zhì)，由于環(huán)境條件、負(fù)荷等不斷變化，其聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置不總處于設(shè)計(jì)工況下，就需要根據(jù)實(shí)際條件作變工況運(yùn)行，變工況由壓氣機(jī)、燃燒室以及透平的變工況特性聯(lián)合確定。

　　此外，在環(huán)境保護(hù)越來越成為共識(shí)的今天，燃?xì)鈾C(jī)組選型還應(yīng)有利于環(huán)境保護(hù)，機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性要更高，例如，以E級(jí)和F級(jí)燃機(jī)為例進(jìn)行比較，從經(jīng)濟(jì)性上看，F(xiàn)級(jí)成本可以比E級(jí)少10%。另外，燃?xì)鈾C(jī)組選擇時(shí)，還應(yīng)考慮所在地區(qū)的電站負(fù)荷與運(yùn)行模式，對(duì)于承擔(dān)調(diào)峰的機(jī)組，其加速加載性能應(yīng)該更高，而對(duì)用于基本負(fù)荷和中間負(fù)荷的機(jī)組，在合適的燃料利用前提下，優(yōu)先考慮熱效率高和可用性好的型號(hào)。

　　2.2 余熱鍋爐選型

　　在燃?xì)?mdash;蒸汽聯(lián)合循環(huán)中，高溫的燃機(jī)排氣并不是直接進(jìn)入大氣中，而是經(jīng)過余熱鍋爐回收燃?xì)庵械挠酂�，從而得到高溫高壓的蒸汽去蒸汽機(jī)作功。與燃?xì)廨啓C(jī)作為制造廠商定型產(chǎn)品不同，余熱鍋爐是按照燃?xì)廨啓C(jī)型號(hào)以及廠址條件通過優(yōu)化設(shè)計(jì)制造。按照汽水循環(huán)的方式，余熱鍋爐可分為自然循環(huán)、強(qiáng)制循環(huán)和直流鍋爐3種，自然循環(huán)鍋爐優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，直流方式給水災(zāi)蒸發(fā)器中沒有再循環(huán)，而直接由省煤器進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)成飽和蒸汽后進(jìn)入過熱器過熱。

　　影響余熱鍋爐特性的因素主要有以下幾個(gè)：

　　(1)節(jié)點(diǎn)溫差。為了充分利用余熱，應(yīng)盡可能降低排氣離開余熱鍋爐的溫度值，由于總要保證鍋爐給水的飽和蒸發(fā)段起始點(diǎn)與燃?xì)鈧?cè)之間保持一定溫差，因此，排氣終溫不可能無限制降低。從聯(lián)合循環(huán)最佳效率看，應(yīng)選擇一個(gè)最佳的余熱鍋爐節(jié)點(diǎn)溫差。

　　(2)接近點(diǎn)溫差。余熱鍋爐的一個(gè)重要指標(biāo)就是接近點(diǎn)溫差。一旦鍋爐尺寸確定，若進(jìn)入燃?xì)鉁囟入S著機(jī)組負(fù)荷減小時(shí)，接近點(diǎn)溫差就會(huì)隨之減小。

　　(3)鍋爐入口燃?xì)鈪��?shù)與排煙溫度。余熱鍋爐出口排煙溫度越低，其效率就越高，但因此要擴(kuò)大受熱面積和增加設(shè)備費(fèi)用。

　　(4)煙氣成分。在溫度相同時(shí)，不同成分的煙氣燴值不一樣，特別是水與其它成分的差別較大。計(jì)算一定溫度下煙氣比焙，應(yīng)根據(jù)各煙氣成分在對(duì)應(yīng)溫度下的比燴和其百分含量的代數(shù)平均而得。

　　(5)蒸汽參數(shù)。產(chǎn)生的蒸汽溫度越高，蒸汽量就會(huì)減少，汽輪機(jī)的輸出功率則會(huì)增加，提高機(jī)組效率。

　　2.3 蒸汽輪機(jī)選型

　　為了提高聯(lián)合循環(huán)效率，由余熱鍋爐和汽輪機(jī)等組成的蒸汽系統(tǒng)應(yīng)充分回收燃機(jī)的透平排熱，為此，必須合理確定系統(tǒng)流程和參數(shù)。根據(jù)所選系統(tǒng)的不同壓力、溫度和流量蒸汽，蒸汽循環(huán)可分為單壓、多壓和再熱式循環(huán)方案。

　　在實(shí)際工程中，對(duì)于某個(gè)具體的電廠，優(yōu)化選型蒸汽輪機(jī)是提高聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)效率的關(guān)鍵之一。由于燃機(jī)的排氣溫度基本上可以認(rèn)定為定值，因此，對(duì)汽輪機(jī)的優(yōu)化選型，主要是壓力選取問題。

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