论文部分内容阅读
摘要：本文针对无锡蓝天燃机热电有限公司2x200MW级燃气蒸汽联合循环机组的循环效率进行分析，对该类型机组提出进一步实现节能降耗的措施。
关键词：燃气-蒸汽联合循环机组；发电；效率
前言
随着国家经济的快速发展，能源和环境已成为当今社会发展日益突出的两大问题。我国目前的能源利用形式有70%以上都是来自于以煤炭等化石燃料为主的火力发电。但是，大量的煤炭燃烧造成了气候变暖、空气质量变差、雾霾严重等一系列的环境问题。为了尽快改善环境，在江苏、上海、广东、浙江等经济发达地区先后投产了一批以天然气作为燃料的燃气蒸汽联合循环机组。机组在发电过程中，天然气经过燃烧后的排放物只有少量的氮氧化物，与等容量的燃煤电厂相比，大大降低了污染物的排放，使环境污染问题得到了有效改善。但是天然气成本较高，对于天然气发电企业来说成为制约其生存发展的根本因素，本文以江苏无锡蓝天燃机热电有限公司为例，对200MW级燃气蒸汽联合循环机组进行了研究，并分析了影响机组循环效率的因素，希望与大家交流进一步降低燃气蒸汽联合循环机组的运行成本。
1燃气-蒸汽联合循环机组概述
无锡蓝天燃机热电有限公司建设规模为2X200MW级燃气蒸汽联合循环机组。该机组的主要部件包括燃气轮机、蒸汽轮机和余热锅炉。燃气轮机是南京汽轮电机（集团）有限责任公司与美国GE公司合作生产的PG9171E型燃气轮机，它由一个额定功率为1000KW的启动马达、一个17级的轴流式压气机、一个由14个分管式燃烧室组成的燃烧系统、一个3级透平转子组成。汽轮机为南京汽轮机厂制造的LCZ60-5.8/1.3/0.58型双压、冲动、单排汽、单轴、可调整抽汽凝汽式汽轮机。主汽额定参数：压力5.8MPa，温度518℃，流量190.5t/h；补汽额定参数：压力0.58MPa，温度250℃，流量35.9t/h；抽汽额定参数：压力1.3MPa，温度327℃，流量100t/h。余热锅炉为无锡华光锅炉厂生产的型号UG-PG9171E-R型余热锅炉，具体参数为Q1493.1/549.5-192.8（35.5）-6.10（0.617）/523（253）。
燃气蒸汽联合循环机组是上个世纪90年代才出现并开始发展的，它是通过气体动力循环和蒸汽动力循环来完成工作。气体动力循环是压气机将空气压进燃烧室，空气与燃烧室内的燃料进行燃烧，使温度升高，气体进行膨胀，烟气在膨胀的过程中进行做功，使热能转换成机械能推动燃气轮机进行发电。做完功的烟气温度还很高，会进入到余热锅炉进行热能的回收，加大蒸汽的压强和温度，使蒸汽进行做功，并把能量转换成机械能进行发电。这样，就完成了整个燃气蒸汽联合循环。
2燃气-蒸汽联合循环机组配置的型式
根据燃气蒸汽联合循环机组的硬件配置不同，通常分为单轴循环机组和多轴循环机组。下面针对这两种型式进行简单分析：
单轴燃气蒸汽循环机组的硬件配置是比较简单的，燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机和发电机组是同轴转动，他们在整个发电运作过程中依靠一个轴进行工作。这是出现比较早的循环机组，配置和运作都比较简单，但在工作效率上也有欠缺的地方，能源无法实现洁净燃烧，无法进行完全利用。所以，这种型式的循环机组也逐渐被更先进的型式所取代。
多轴燃气蒸汽循环机组的硬件配置相对单轴型式来说比较复杂。燃气轮机和蒸汽轮机都有一个自己的发电机组，它们分别带动发电机进行联合循环。这种型式对设备的要求比较高，对于相关管道的设计和布置也比较复杂，整体的运行成本也要比单轴的高很多。但是，这种型式实现了联合循环，可以更充分的进行能源的利用，大大提高了循环机组的工作效率，符合现在经济发展的需求。
3燃气-蒸汽联合循环机组的优点
3.1热效率高
联合循环机组在运行时，压气机会把空气和天然气进行压缩，之后两种气体会一起进入燃烧室，在1000多摄氏度的环境下进行燃烧，膨胀做功。而膨胀后的气体温度依然可达500多攝氏度，之后这些气体会进入到余热锅炉进行热量的回收，这种模式充分提高了机组的热效率。例如，350MW级联合循环机组的效率可达58%，比一般的机组效率高出很多。
3.2污染物的排放少
燃气蒸汽联合循环机组是将空气与天然气混合后进行燃烧，通过气体膨胀做功来实现发电。这种方式与传统燃煤机组发电方式相比，燃烧释放的气体中，二氧化碳的排放量是传统方式排放的一半，氮氧化物排放量只有传统发电方式排放的五分之一，而二氧化硫的排放量几乎可以忽略。燃气蒸汽联合循环机组运行过程中，污染物的排放更少，这种方式更适合现在环保的需求。
3.3占地和耗水量比较少
建设有燃气蒸汽联合循环机组的电厂与同容量的传统火力发电厂相比，占地面积不到传统电厂的一半，极大的节约了土地。而且，联合循环机组中燃气轮机的运行不需要大量的水来进行冷却，与同容量的火电厂比较更加节水。
4影响燃气蒸汽联合循环机组效率的因素
4.1环境温度
周围大气的温度会影响到机组燃气轮机的效率。当环境温度比较高时，压气机就需要消耗更多的功率进行空气的压缩，燃气轮机输出的功率就会下降；当环境温度比较低时，会使压气机的进口导叶片结冰，需要将压气机出口的高温空气导入进口，来提高进口空气的温度，这样也会降低燃气轮机的功率。所以，联合循环机组的功率受到环境温度的影响。
4.2天然气温度
燃气蒸汽联合循环机组在运行过程中对进口处天然气的温度也是有要求的。如果压缩机进口处天然气的温度比较高，则气体的比容就会比较大，压缩同样质量的气体，温度越高，压缩机所需要耗费的功率就越大。而且也会限制到煤气的流量，影响到燃气轮机的效率，进而影响整个燃气蒸汽联合循环机组的效率。
4.3机组负荷
经过相关的实验验证，燃气轮机的效率与机组的输出效率成正比。当机组发电机最后输出的功率越高时，燃气轮机的功率也会越高。所以，机组负荷的大小也会影响到本身的功率输出。
5 9E型燃气机组节能降耗的措施
5.1优化启动操作
燃气-蒸汽联合循环机组的启动操作主要是燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机启动与停止运行的配合。如果能很好的配合，减少机组启动所用的时间，就可以使机组节能降耗。想要使余热锅炉可以再次启动的时候能减少时间，在停运的时候就要适当保持较高的压力，而且在余热锅炉和蒸汽轮机都准备好之后再让燃气轮机进行启动，这样就减少了机组启动的时间，从而降低了燃气发电机组的天然气消耗。
5.2提高燃气轮机进口天然气的温度
环境温度对燃气轮机的性能影响是十分大的，入口空气温度不一样，对于机组的功率影响也不一样。压气机在大气温度很低的情况下，会导致进口处导叶片结冰，甚至损坏，而且用出口的高温气体混合加温进口处的气体会降低燃气轮机的效率。所以，提高进口处气体的温度可以减少燃气轮机效率的损失，从而达到节能降耗的目的。
5.3减少机组启停时的用电量
燃气轮机在机组的运行过程中，启停次数十分频繁，尤其是热态启停占燃气轮机启停80%，如果能将热态启停方式进行优化，就能大大提高机组效率，同时达到节能降耗的作用。可以在停机时，通过对锅炉蒸汽管道系统进行保温保压，并关闭相关的阀门可以达到快速启动的效果，从而节省开机时间，大大降低了启动所用电量，达到节能的目的。
总之，燃气蒸汽联合循环机组对于我国的电力业的发展影响重大，不仅提高了发电厂的热效率，还使我国的环境污染问题得到了缓解，是一种节能、清洁生产的技术，更加符合当下经济效益和社会效益的需求。
关键词：燃气-蒸汽联合循环机组；发电；效率
前言
随着国家经济的快速发展，能源和环境已成为当今社会发展日益突出的两大问题。我国目前的能源利用形式有70%以上都是来自于以煤炭等化石燃料为主的火力发电。但是，大量的煤炭燃烧造成了气候变暖、空气质量变差、雾霾严重等一系列的环境问题。为了尽快改善环境，在江苏、上海、广东、浙江等经济发达地区先后投产了一批以天然气作为燃料的燃气蒸汽联合循环机组。机组在发电过程中，天然气经过燃烧后的排放物只有少量的氮氧化物，与等容量的燃煤电厂相比，大大降低了污染物的排放，使环境污染问题得到了有效改善。但是天然气成本较高，对于天然气发电企业来说成为制约其生存发展的根本因素，本文以江苏无锡蓝天燃机热电有限公司为例，对200MW级燃气蒸汽联合循环机组进行了研究，并分析了影响机组循环效率的因素，希望与大家交流进一步降低燃气蒸汽联合循环机组的运行成本。
1燃气-蒸汽联合循环机组概述
无锡蓝天燃机热电有限公司建设规模为2X200MW级燃气蒸汽联合循环机组。该机组的主要部件包括燃气轮机、蒸汽轮机和余热锅炉。燃气轮机是南京汽轮电机（集团）有限责任公司与美国GE公司合作生产的PG9171E型燃气轮机，它由一个额定功率为1000KW的启动马达、一个17级的轴流式压气机、一个由14个分管式燃烧室组成的燃烧系统、一个3级透平转子组成。汽轮机为南京汽轮机厂制造的LCZ60-5.8/1.3/0.58型双压、冲动、单排汽、单轴、可调整抽汽凝汽式汽轮机。主汽额定参数：压力5.8MPa，温度518℃，流量190.5t/h；补汽额定参数：压力0.58MPa，温度250℃，流量35.9t/h；抽汽额定参数：压力1.3MPa，温度327℃，流量100t/h。余热锅炉为无锡华光锅炉厂生产的型号UG-PG9171E-R型余热锅炉，具体参数为Q1493.1/549.5-192.8（35.5）-6.10（0.617）/523（253）。
燃气蒸汽联合循环机组是上个世纪90年代才出现并开始发展的，它是通过气体动力循环和蒸汽动力循环来完成工作。气体动力循环是压气机将空气压进燃烧室，空气与燃烧室内的燃料进行燃烧，使温度升高，气体进行膨胀，烟气在膨胀的过程中进行做功，使热能转换成机械能推动燃气轮机进行发电。做完功的烟气温度还很高，会进入到余热锅炉进行热能的回收，加大蒸汽的压强和温度，使蒸汽进行做功，并把能量转换成机械能进行发电。这样，就完成了整个燃气蒸汽联合循环。
2燃气-蒸汽联合循环机组配置的型式
根据燃气蒸汽联合循环机组的硬件配置不同，通常分为单轴循环机组和多轴循环机组。下面针对这两种型式进行简单分析：
单轴燃气蒸汽循环机组的硬件配置是比较简单的，燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机和发电机组是同轴转动，他们在整个发电运作过程中依靠一个轴进行工作。这是出现比较早的循环机组，配置和运作都比较简单，但在工作效率上也有欠缺的地方，能源无法实现洁净燃烧，无法进行完全利用。所以，这种型式的循环机组也逐渐被更先进的型式所取代。
多轴燃气蒸汽循环机组的硬件配置相对单轴型式来说比较复杂。燃气轮机和蒸汽轮机都有一个自己的发电机组，它们分别带动发电机进行联合循环。这种型式对设备的要求比较高，对于相关管道的设计和布置也比较复杂，整体的运行成本也要比单轴的高很多。但是，这种型式实现了联合循环，可以更充分的进行能源的利用，大大提高了循环机组的工作效率，符合现在经济发展的需求。
3燃气-蒸汽联合循环机组的优点
3.1热效率高
联合循环机组在运行时，压气机会把空气和天然气进行压缩，之后两种气体会一起进入燃烧室，在1000多摄氏度的环境下进行燃烧，膨胀做功。而膨胀后的气体温度依然可达500多攝氏度，之后这些气体会进入到余热锅炉进行热量的回收，这种模式充分提高了机组的热效率。例如，350MW级联合循环机组的效率可达58%，比一般的机组效率高出很多。
3.2污染物的排放少
燃气蒸汽联合循环机组是将空气与天然气混合后进行燃烧，通过气体膨胀做功来实现发电。这种方式与传统燃煤机组发电方式相比，燃烧释放的气体中，二氧化碳的排放量是传统方式排放的一半，氮氧化物排放量只有传统发电方式排放的五分之一，而二氧化硫的排放量几乎可以忽略。燃气蒸汽联合循环机组运行过程中，污染物的排放更少，这种方式更适合现在环保的需求。
3.3占地和耗水量比较少
建设有燃气蒸汽联合循环机组的电厂与同容量的传统火力发电厂相比，占地面积不到传统电厂的一半，极大的节约了土地。而且，联合循环机组中燃气轮机的运行不需要大量的水来进行冷却，与同容量的火电厂比较更加节水。
4影响燃气蒸汽联合循环机组效率的因素
4.1环境温度
周围大气的温度会影响到机组燃气轮机的效率。当环境温度比较高时，压气机就需要消耗更多的功率进行空气的压缩，燃气轮机输出的功率就会下降；当环境温度比较低时，会使压气机的进口导叶片结冰，需要将压气机出口的高温空气导入进口，来提高进口空气的温度，这样也会降低燃气轮机的功率。所以，联合循环机组的功率受到环境温度的影响。
4.2天然气温度
燃气蒸汽联合循环机组在运行过程中对进口处天然气的温度也是有要求的。如果压缩机进口处天然气的温度比较高，则气体的比容就会比较大，压缩同样质量的气体，温度越高，压缩机所需要耗费的功率就越大。而且也会限制到煤气的流量，影响到燃气轮机的效率，进而影响整个燃气蒸汽联合循环机组的效率。
4.3机组负荷
经过相关的实验验证，燃气轮机的效率与机组的输出效率成正比。当机组发电机最后输出的功率越高时，燃气轮机的功率也会越高。所以，机组负荷的大小也会影响到本身的功率输出。
5 9E型燃气机组节能降耗的措施
5.1优化启动操作
燃气-蒸汽联合循环机组的启动操作主要是燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机启动与停止运行的配合。如果能很好的配合，减少机组启动所用的时间，就可以使机组节能降耗。想要使余热锅炉可以再次启动的时候能减少时间，在停运的时候就要适当保持较高的压力，而且在余热锅炉和蒸汽轮机都准备好之后再让燃气轮机进行启动，这样就减少了机组启动的时间，从而降低了燃气发电机组的天然气消耗。
5.2提高燃气轮机进口天然气的温度
环境温度对燃气轮机的性能影响是十分大的，入口空气温度不一样，对于机组的功率影响也不一样。压气机在大气温度很低的情况下，会导致进口处导叶片结冰，甚至损坏，而且用出口的高温气体混合加温进口处的气体会降低燃气轮机的效率。所以，提高进口处气体的温度可以减少燃气轮机效率的损失，从而达到节能降耗的目的。
5.3减少机组启停时的用电量
燃气轮机在机组的运行过程中，启停次数十分频繁，尤其是热态启停占燃气轮机启停80%，如果能将热态启停方式进行优化，就能大大提高机组效率，同时达到节能降耗的作用。可以在停机时，通过对锅炉蒸汽管道系统进行保温保压，并关闭相关的阀门可以达到快速启动的效果，从而节省开机时间，大大降低了启动所用电量，达到节能的目的。
总之，燃气蒸汽联合循环机组对于我国的电力业的发展影响重大，不仅提高了发电厂的热效率，还使我国的环境污染问题得到了缓解，是一种节能、清洁生产的技术，更加符合当下经济效益和社会效益的需求。