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[摘 要]根据燃煤火力发电厂历史以来长期存在的相关缺陷，通过对相关流程的技術革新，近阶段推出了把燃煤火力发电装置改进成燃气-蒸汽联合循环发电流程。通过对设计方案、设备配套设置及产生的环境效果进行评价，再配合以详细的计算，对该套新型发电装置的改造过程及运行收益进行分析、研究，以促使其整个改造程序更加完善，促进发电行业的健康发展。
[关键词]燃气-蒸汽联合循环发电；设备配备；环境收益；经济评价
中图分类号：TM611.31 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0115-01
引言
通过对我国大多数燃煤火力发电厂长期运行状况进行系统地总结可以看出，地处城市区域中心的燃煤火力发电厂一般都是按所需外供热量来确定发电规模的运行模式，并将其当做为冬季供暖期集中供热的主要热力资源。因为各城市的热电厂普遍性都是运行历史较长的发电装置，并且有的电厂设备运行维护不到位，造成整体装置运转的热力损失颇大，燃煤消耗比例过重。针对现实煤炭资源日趋紧张，煤炭价格持续上扬，致使部分火力发电企业经营濒临亏损边缘，还有近一时期部分火力发电厂采用质量很次的劣质燃煤，在燃烧的过程中放出了很多的有毒气体、灰尘等污染物，并且严重损害了大气环境等状况。为执行国家的节能减排的方针，这些处于人口密集地区的燃煤热电企业都必须实行工艺改造，以便大幅度增加煤炭热利用效率，并尽量降低对环境的污染程度。
1、联合循环发电工艺技术改进方案
鉴于燃气-蒸汽联合循环发电机组装置具备发电效率高、余热利用效果好、环保价值高等诸多优点，但是，城市居民生活给热力发电厂带来了周期性不稳定的供热负荷，下面就实施组合循环发电装置的配套技术改造进行详细的说明。
1.1 改造方案拟定
（1）普通非补燃型蒸汽废热锅炉组合循环发电装置，利用燃气轮机和蒸汽余热锅炉替换以前的烧煤锅炉，蒸汽废热锅炉属于不用补给燃料的产生二次蒸汽的锅炉装置。此种改进措施尤其适合于周期性负荷模式的火力发电厂的工艺技术改造，在经过改进以后，燃气轮机能够一直工作在适宜的运行指标下，其供热的负荷能够依托调整汽轮机抽取的蒸汽流量来恰当调节。
（2）尾气助燃热力锅炉组合循环发电装置，把燃煤锅炉予以保留，再添置燃气轮机，把燃气轮机排放的烟气用来提高燃煤锅炉进气温度，也就是提高所通入的起助燃作用的空气的温度。
（3）平行动力设置组合循环式发电装置，保留燃煤蒸汽锅炉，并添置蒸气燃气轮机和蒸汽废热锅炉，把蒸汽废热锅炉、烧煤热力锅炉制出的蒸汽一起作为汽轮机的通入蒸汽，经过对工艺技术改进之后，燃气轮机和汽轮机能够分别独立维持生产运转。
（4）供水预热组合循环发电装置，把燃煤锅炉保留下来，添置燃气轮机和预热器，利用预热器排水替换汽轮机抽取的蒸汽，把它用来预热供热的热水，从而增大汽轮机发电装置的发电效率。
1.2 设备配置基准
从上面介绍能够看出，就承担周期性载荷为基本模式的燃煤火力发电厂的工艺流程改进来说，特别适合选取普通型不用补给燃料型的蒸汽废热锅炉组合循环发电装置。普通型不用补给燃料型废热锅炉组合循环发电装置的设备配备基本包含下面几项内容：
（1） 依据外供热量的大小来确定发电总量，最大限度地利用其发电功能。建于城市居民区域的中小型燃煤火力发电厂，其基本职能是供给所属区域内的冬季暖气，只供有限的固定工业需求负荷，夏天特殊用户制冷所需的热负载。实施由外供热量确定发电规模的标准。在能够确认外供热量平稳的基础上，依据现时热负载、计划热负载，科学制定组合循环发电装置的外供热负荷，保障所有用热客户的热能需求，而且最大限度地挖掘发电装置的发电功能潜力。
（2）增强外供热的稳定性。处于城市区域的中小型燃煤火力发电厂，其是城市居民区域取暖供热的主要热来源。其供热的下游单位还包括政府机关所在地、大型商场、高级宾馆等办公区，这些地方对供暖效果的平稳性和把握性有极高的要求。而就组合循环发电装置，其依托单套燃气轮机和单套汽轮机的设备配备具备运转调控幅度大、外供热流量稳定性强的优势，故推行一拖一式设备配备定置的模式，可以大力增强组合循环发电装置作为外供热源的平稳性和牢靠性。
（3）尽力不采用补给燃料型蒸汽废热锅炉[1]。如果选取补给燃料型蒸汽废热锅炉，由于补给燃料装置所投入成本极其昂贵，大体可占补给燃料型废热锅炉成本的百分之二十。并且热交换面积要适当加大，汽轮机发电设施及配套设施负荷能力亦要适当加大，其所需的运行成本亦必然对应升高。故应当尽其所能地不选取补给燃料型蒸汽废热锅炉。
2、改造后环境收益评估分析
2.1 空气环境效果分析
经过对发电工艺流程进行技术改进后，单位产电量的SO2、CO2、粉尘的放空量都不同程度地有所下降，但是其NxO气体的放空量减低不是很明显。
2.2 生产环境影响分析
燃气发电装置其原料利用天然气，不需要传送煤、粉碎煤、研磨煤工序，亦没必要采用除灰渣机构，使其产生的噪音大幅度下降。发出较大噪音的各台炉、机、泵等设备绝大多数都安装在厂房内部，可以采用以下方式对它们实施噪音抑制：利用满足噪声标准的环保设备，之后再加装消音和隔音机构[2]。在管道设施设置过程中，要实施防震和防液体冲击的保护措施等。在厂房构建中，要将操作和休息室与噪音源隔离开来，严格设置防噪声间距。
3、改造后热能效益分析
3.1 热能经济要素控制
组合循环发电装置发电效率ηcc的计算式为[3]：
ηcc=ηGT+（1-ηGT）ηHRSTηST=PE/qfqQ
式中：ηcc———组合循环发电装置发电效率；
ηGT———燃气轮机发电装置发电效率；
ηHRST———废热锅炉热效率，取0.8；
ηST———汽轮机发电装置发电效率；
PE———组合循环发电装置发电功率，W；
qfq———燃气轮机天然气消耗量，m3/s；
Q———天然气最低热值，J/m3，取34×106J/m3.
3.2 计算举例
一个城市区域的供热载荷为295MW，选用江苏发电设备厂制造的PG6561B型然汽轮机发电装置组建一套联合循环发电流程。选择构建方案是：设置六台该型燃气轮机火力发电配套设备和汽轮机发电设备，整体供热规模是300MW。
PG6516B型燃气轮机火力发电设备的基准天然气消耗量是12732m3/h，基准产电功率是39.96MW，基准产电效率32.1%。纯净冷凝蒸汽工艺状况下汽轮机发电装置的产电功率是16.52MW， 其相应的产电效率是13.02%。
结术语
通过上述对燃煤热电厂燃气-蒸汽联合循环发电流程装置的介绍和分析，我们认识了该套流程在季节性供热的发电厂运营中给企业所带来的经济效益和环境效益，并且在供热的平稳性和把握性上有很大幅度的提高，其大幅度地增加了煤的热利用效率，故具有广阔的发展前景。在改进过程中应充分遵守设备配套基准和追求优质的技术经济效益目标，应在配制过程中尽量多配置基准功率较小的燃气轮机发电设备，以便充分满足热负荷调整频繁和幅度大的情况需要。
参考文献
[1]刘大易，张宏鹏.燃气轮机的发展前景及其发电技术[J].应用能源技术，2008（1）：5-8.
[2]李恩山，田贯三.天然气热电冷运行模式对发电成本影响的研究[J].山东建筑大学学报，2009（5）：454-460.
[3]曹望，苏磊.天然气热电冷联供系统经济模型的建立与分析[J].节能技术，2007（5）：446-447.
[4]刘凤国，项友谦，徐永生，等.燃气-蒸汽联合循环发电系统的热经济学分析[J].煤气与热力，2007，27（5）：75-78.
[关键词]燃气-蒸汽联合循环发电；设备配备；环境收益；经济评价
中图分类号：TM611.31 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0115-01
引言
通过对我国大多数燃煤火力发电厂长期运行状况进行系统地总结可以看出，地处城市区域中心的燃煤火力发电厂一般都是按所需外供热量来确定发电规模的运行模式，并将其当做为冬季供暖期集中供热的主要热力资源。因为各城市的热电厂普遍性都是运行历史较长的发电装置，并且有的电厂设备运行维护不到位，造成整体装置运转的热力损失颇大，燃煤消耗比例过重。针对现实煤炭资源日趋紧张，煤炭价格持续上扬，致使部分火力发电企业经营濒临亏损边缘，还有近一时期部分火力发电厂采用质量很次的劣质燃煤，在燃烧的过程中放出了很多的有毒气体、灰尘等污染物，并且严重损害了大气环境等状况。为执行国家的节能减排的方针，这些处于人口密集地区的燃煤热电企业都必须实行工艺改造，以便大幅度增加煤炭热利用效率，并尽量降低对环境的污染程度。
1、联合循环发电工艺技术改进方案
鉴于燃气-蒸汽联合循环发电机组装置具备发电效率高、余热利用效果好、环保价值高等诸多优点，但是，城市居民生活给热力发电厂带来了周期性不稳定的供热负荷，下面就实施组合循环发电装置的配套技术改造进行详细的说明。
1.1 改造方案拟定
（1）普通非补燃型蒸汽废热锅炉组合循环发电装置，利用燃气轮机和蒸汽余热锅炉替换以前的烧煤锅炉，蒸汽废热锅炉属于不用补给燃料的产生二次蒸汽的锅炉装置。此种改进措施尤其适合于周期性负荷模式的火力发电厂的工艺技术改造，在经过改进以后，燃气轮机能够一直工作在适宜的运行指标下，其供热的负荷能够依托调整汽轮机抽取的蒸汽流量来恰当调节。
（2）尾气助燃热力锅炉组合循环发电装置，把燃煤锅炉予以保留，再添置燃气轮机，把燃气轮机排放的烟气用来提高燃煤锅炉进气温度，也就是提高所通入的起助燃作用的空气的温度。
（3）平行动力设置组合循环式发电装置，保留燃煤蒸汽锅炉，并添置蒸气燃气轮机和蒸汽废热锅炉，把蒸汽废热锅炉、烧煤热力锅炉制出的蒸汽一起作为汽轮机的通入蒸汽，经过对工艺技术改进之后，燃气轮机和汽轮机能够分别独立维持生产运转。
（4）供水预热组合循环发电装置，把燃煤锅炉保留下来，添置燃气轮机和预热器，利用预热器排水替换汽轮机抽取的蒸汽，把它用来预热供热的热水，从而增大汽轮机发电装置的发电效率。
1.2 设备配置基准
从上面介绍能够看出，就承担周期性载荷为基本模式的燃煤火力发电厂的工艺流程改进来说，特别适合选取普通型不用补给燃料型的蒸汽废热锅炉组合循环发电装置。普通型不用补给燃料型废热锅炉组合循环发电装置的设备配备基本包含下面几项内容：
（1） 依据外供热量的大小来确定发电总量，最大限度地利用其发电功能。建于城市居民区域的中小型燃煤火力发电厂，其基本职能是供给所属区域内的冬季暖气，只供有限的固定工业需求负荷，夏天特殊用户制冷所需的热负载。实施由外供热量确定发电规模的标准。在能够确认外供热量平稳的基础上，依据现时热负载、计划热负载，科学制定组合循环发电装置的外供热负荷，保障所有用热客户的热能需求，而且最大限度地挖掘发电装置的发电功能潜力。
（2）增强外供热的稳定性。处于城市区域的中小型燃煤火力发电厂，其是城市居民区域取暖供热的主要热来源。其供热的下游单位还包括政府机关所在地、大型商场、高级宾馆等办公区，这些地方对供暖效果的平稳性和把握性有极高的要求。而就组合循环发电装置，其依托单套燃气轮机和单套汽轮机的设备配备具备运转调控幅度大、外供热流量稳定性强的优势，故推行一拖一式设备配备定置的模式，可以大力增强组合循环发电装置作为外供热源的平稳性和牢靠性。
（3）尽力不采用补给燃料型蒸汽废热锅炉[1]。如果选取补给燃料型蒸汽废热锅炉，由于补给燃料装置所投入成本极其昂贵，大体可占补给燃料型废热锅炉成本的百分之二十。并且热交换面积要适当加大，汽轮机发电设施及配套设施负荷能力亦要适当加大，其所需的运行成本亦必然对应升高。故应当尽其所能地不选取补给燃料型蒸汽废热锅炉。
2、改造后环境收益评估分析
2.1 空气环境效果分析
经过对发电工艺流程进行技术改进后，单位产电量的SO2、CO2、粉尘的放空量都不同程度地有所下降，但是其NxO气体的放空量减低不是很明显。
2.2 生产环境影响分析
燃气发电装置其原料利用天然气，不需要传送煤、粉碎煤、研磨煤工序，亦没必要采用除灰渣机构，使其产生的噪音大幅度下降。发出较大噪音的各台炉、机、泵等设备绝大多数都安装在厂房内部，可以采用以下方式对它们实施噪音抑制：利用满足噪声标准的环保设备，之后再加装消音和隔音机构[2]。在管道设施设置过程中，要实施防震和防液体冲击的保护措施等。在厂房构建中，要将操作和休息室与噪音源隔离开来，严格设置防噪声间距。
3、改造后热能效益分析
3.1 热能经济要素控制
组合循环发电装置发电效率ηcc的计算式为[3]：
ηcc=ηGT+（1-ηGT）ηHRSTηST=PE/qfqQ
式中：ηcc———组合循环发电装置发电效率；
ηGT———燃气轮机发电装置发电效率；
ηHRST———废热锅炉热效率，取0.8；
ηST———汽轮机发电装置发电效率；
PE———组合循环发电装置发电功率，W；
qfq———燃气轮机天然气消耗量，m3/s；
Q———天然气最低热值，J/m3，取34×106J/m3.
3.2 计算举例
一个城市区域的供热载荷为295MW，选用江苏发电设备厂制造的PG6561B型然汽轮机发电装置组建一套联合循环发电流程。选择构建方案是：设置六台该型燃气轮机火力发电配套设备和汽轮机发电设备，整体供热规模是300MW。
PG6516B型燃气轮机火力发电设备的基准天然气消耗量是12732m3/h，基准产电功率是39.96MW，基准产电效率32.1%。纯净冷凝蒸汽工艺状况下汽轮机发电装置的产电功率是16.52MW， 其相应的产电效率是13.02%。
结术语
通过上述对燃煤热电厂燃气-蒸汽联合循环发电流程装置的介绍和分析，我们认识了该套流程在季节性供热的发电厂运营中给企业所带来的经济效益和环境效益，并且在供热的平稳性和把握性上有很大幅度的提高，其大幅度地增加了煤的热利用效率，故具有广阔的发展前景。在改进过程中应充分遵守设备配套基准和追求优质的技术经济效益目标，应在配制过程中尽量多配置基准功率较小的燃气轮机发电设备，以便充分满足热负荷调整频繁和幅度大的情况需要。
参考文献
[1]刘大易，张宏鹏.燃气轮机的发展前景及其发电技术[J].应用能源技术，2008（1）：5-8.
[2]李恩山，田贯三.天然气热电冷运行模式对发电成本影响的研究[J].山东建筑大学学报，2009（5）：454-460.
[3]曹望，苏磊.天然气热电冷联供系统经济模型的建立与分析[J].节能技术，2007（5）：446-447.
[4]刘凤国，项友谦，徐永生，等.燃气-蒸汽联合循环发电系统的热经济学分析[J].煤气与热力，2007，27（5）：75-78.