天然气联合循环发电技术的应用分析

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  【摘要】:为配合“西气东输”和液化天然气(LNG)的输入,我国东部地区正在建设一批大型联合循环电厂。为了使建成后的电厂单位投资省、热效率高、投产后具有较好的效益,对天然气联合循环发电技术进行全面而系统的研究和优化至关重要。
  【关键词】:天然气;联合循环;发电;燃气
  一、天然气联合循环发电技术概况
  使用天然气发电所使用的设备装置与运作流程是不同于燃煤发电的,后者的发电流程一般都是如下图所示:
  而天然气发电生产流程为:
  天然气发电技术的运作需要燃气轮机排气温度达到430℃以上。它的运作原理主要是通过废热锅炉在高温下产生大量蒸汽并利用蒸汽作为发电动力,同时蒸汽的热效能还能起到供热的作用。目前,很多国家及地区所使用的天然气发电方式大都采用燃气与蒸汽相互作用的联合电厂(CCGT)的方式。由于使用天然气发电与使用燃煤方式发电所产生的发电效果完全不一样,燃气与蒸汽联合电厂产生的热效率远远高于普通的燃煤电厂所产生的热效率。许多相关行业如火电厂、燃煤电厂就已经利用天然气来取代燃煤的方式,这样不光节省了煤资源,更重要的是解决了使用燃煤方式发电所带来的环境,人力及工业运输等成本方面的问题。
  二、天然气联合循环发电技术的应用
  天然气联合循环发电技术的应用在我国最早出现在二十世纪90年代,发展到今天,这项技术已经日渐成熟。无论从环境还是经济的角度来看,这项技术的发展在我国都非常符合国情。
  天然气联合循环电厂的运作在投资、环境、效益等方面来说都要比燃煤电厂的运作更有利,前者可以在更多低成本的条件下产生高效能。但是,这项技术在实际应用过程中所遇到的问题是其对燃料的高要求以及上网电价的过高,这在一定程度上制约着燃气轮机及其联合循环发电技术在世界范围内的市场份额只占有一半左右。
  如今,天然气作为发电燃料的发电机组已经达到百分之四十左右的供电效率。如果进一步提升天然气的发电效率,可以在供热效率方面也得到相应的提高。蒸汽与燃气相互循环作用的运作原理,在这一方面有显著效果,可以利用它的优点制造更先进的发电设备。从热力学的角度来说,热力循环的吸热平均温度T1和放热平均温度T2是影响热力循环效率的最主要因素,如何提高T1、降低T2可以使用它相关的热力循环效率公式来表达:
  作为一种广泛使用的动力机械燃气轮机,它的吸热平均温度T1是比较高的。随着各行业技术的发展,燃气轮机初温t3也随之升高,平均增长速度达到15℃左右,是大型发电燃气轮机的初温已经升至1280℃,它的热效率为35%左右。如果利用现代技术,燃气轮机初温可达1400℃左右,这会使燃气轮机循环热效率再次提升41%以上。不过,它的排气温度t4一般在500℃左右,这会让大量热能也随之进入大气而导致燃气轮机循环热效率不能达到最理想的数值。所以,对于燃气与蒸汽循环热效率发电来说,还是存在一定的限制因素。
  从理论的角度来说,燃气与蒸汽循环发电原理就是“布雷顿循环”与蒸汽轮机的“朗肯循环”放在了一起,然后形成一个总的循环热效能系统。在无补燃的余热锅炉型方案中,由燃气轮机排气的冷却过程4-5释放出来的热能,被用来把蒸汽循环中的给水,从工况点6起始加热升温,经历过程6-11-7-8-9,变为具有一定压力的过热蒸汽。在该方案中蒸汽的初温T9必然受到燃气轮机温度T4的限制,即T9T4,因而蒸汽的初温T9可以高于T4(即蒸汽初温不受燃气轮机排气温T4的限制),而蒸汽量可以大幅度地增加。显然,那时蒸汽轮机发出的功率可以剧增,它能比燃气轮机的功率高2-6倍左右。
  三、天然气联合循环的分类
  天然气联合循环发电实际上就是为了提高发电效率,减少耗煤成本以及保护环境所作出的一项现代化发电设备。
  因为天然气联合循环系统所使用到的燃料也有一定的分类,其中有燃烧液体的方式,如烧油,当然也有带补燃的余热锅炉方式,还包括对锅炉进行增压等方式,它们都是天然气联合循环发电方式中的一些具体方案。
  参考文献:
  [1]范秋芳,马扬;价格管制对天然气工业的影响及对策探析[J];价格理论与实践;2003年09期.
  [2]吴悫华,张呢喃;应用液化天然气发电的若干问题[J];热力发电;2005年08期.
  作者简介:
  1.卢国炜,男,汉族,生于1987年12月,工作单位:中国石油青海油田天然气电力公司,研究方向:石油机械、天然气发电、机械互换性
  2.刘锦,工作单位:中国石油青海油田天然气电力公司
  3.谭小宝,工作单位:中国石油青海油田天然气电力公司
  4.杨玲莉,工作单位:国家电网青海省电力公司海西供电公司
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