大型天然气联合循环发电技术

大型天然气联合循环发电技术内容摘要：

用以实现双压或三 压再热循环的可能性。 随着蒸汽循环由单压变为双压和三压，由无再热向再热发展，联合循环的效率都会有一定程度的提高。 研究表明 [11]，三压联合循环的效率比双压联合循环的效率大约提高 1％；双压和三压采用再热后，联合循环效率均能再提高 ～ ％。 余热锅炉烟气阻力的选取 这里需要指出的是，随着余热 利用率的提高，余热 锅炉换热面积 将 增加，余热锅炉烟气 侧的阻力将有所提高，也就是燃气轮机的排气背压将有所提高，这将引起燃气轮机功率和效率有所下降。 计算表明 [11]： 1kPa的压降会使燃气轮机的功率和效率下降 %，因此在联合循环设计优化时要综合考虑这一因素。 余热锅炉及烟道的阻力按联合循环设备采购国际标准 [12]规定，对于单压、双压和三压余热锅炉分别为 、 、。 余热锅炉蒸汽温度的确定 在不补燃的联合循环中，余热锅炉高压蒸汽的温度受到燃气轮机排烟温度的限制。 燃气轮机选型确定后，其排气温度一定，余热锅炉高压蒸汽的温度一般比 燃气轮机排气温度低 25～ 40℃。 当然联合循环高压蒸汽温度的确定还与余热锅炉过热器和汽轮机高压部件的材料选择的经济合理性有关。 同样，中压蒸汽和低压蒸汽的温度则比它们各自所在的余热锅炉受热面积上游的燃气温度低 11℃左右 [13]。 余热锅炉蒸汽压力的优化 蒸汽参数的优化主要是高压蒸汽压力的选择，国外研究表明 [14]，随着高压蒸汽压力的提高，联合循环效率有一定程度的提高，升至一个较高的最佳值后开始下降。 优化后的高压蒸汽压力不是很高，通常在高压到超高压的范围内。 对 150MW 级的汽轮机来说， GE 和三菱推荐选择高 压蒸汽压力在10Mpa 左右， SIEMENS 推荐为 13Mpa。 表 1 世界上 F 级燃气轮机的技术性能 公司 GE SIEMENS ALSTOM 三菱 燃机型号 PG9351FA GT26 M701F 净功率（ MW） 267 265 270 净热耗（ Kj/Kwh） 9757 9302 9351 9424 净效率（％） 燃气初温（ ℃ ） 1327 1320 1255/1235 1400(第一级静叶前 ) 排气温度（ ℃ ） 609 576 640 586 联合循环型号 S109FA KA261 MPCP1701F 净功率（ MW） 392 393 398 净热耗（ Kj/Kwh ） 6350 6274 6150 6316 净效率（％） 系统配置 1+1，三压再热 1+1，三压再热 1+1，三压再热 1+1，三压再热 5 联合循环蒸汽系统的优化方向 在燃气轮机型号确定后，应根据所用燃料种类、燃料价格、负荷方式、投资费用、经济效益和建设周期等因素来选择蒸汽系统。 我国东部地区天然气价格较高，对联合循环电厂的运行成本和上网电价有较高的要求，希望电厂有较高的效率。 因此选择高压高温的三压再热蒸汽循环是非常合适的。 4 蒸汽循环给水的加热和除氧方式的选择 蒸汽循环的给水加热 为了尽可能地利用燃气轮机排气余热，联合循环的给水加热在余热锅炉中进行。 为了尽可能地 降低余热锅炉的排烟温度，与 燃煤 电厂相反，送往余热锅炉的给水温度一般较低。 凝汽器真空除氧 燃用几乎不含硫的天然气时，最理想的除氧方案是选用带除氧功能的凝汽器，在凝汽器中进行真空除氧，这就给余热锅炉提供了除过氧的、最低温度的给水。 这些低温给水在余热锅炉尾部的给水预热器中进一步吸收低温烟气的热量，致使锅炉排烟温度降到 80～ 90℃。 GE 公司推荐的三压再热带除氧凝汽器的热力系统 [15]如图 7 所示。 SIEMENS 公司也推荐采用三压再热带除氧凝汽器的热力系统。 正常运行时凝结水的除氧在凝汽器中进行，在启动阶段 ，该公司在凝结水预热器的下游还配备了旁路除氧器，用来除去启动阶段凝结水中较多的 O2和 CO2。 5 余热锅炉的炉型选择 余热锅炉按汽水循环方式可分为强制循环和自然循环两种。 自然循环的余热锅炉一般采用卧式布置，而强制循环的余热锅炉一般采用立式布置。 两种余热锅炉各有特点，对于燃用天然气的联合循环电厂来说，这两种炉型都是可以接受的。 我国目前打捆招标建设的大型天然气 联合循环电厂均为 卧式布置自然循环的余热锅炉。 其 最大优点是：无循环泵，厂用电少，可用率高于强制循环的余热锅炉 2 个百分点。 6 联合循环汽轮机的 选择 联合循环汽轮机 特点 联合循环中的 汽轮机一般不对外抽汽，而是向中压缸和低压缸内补入中压蒸汽和低压蒸汽。 要求它的中、低压缸比常规电厂的汽轮机增大通流能力，并要求其凝汽器比常规电厂增大换热面积。 汽轮机末级效率和排汽环形面积的大小对联合循环尤为重要，必须进行专门的设计与制造。 联合循环中的 汽轮机必须适应联合循环快速启动的要求，汽轮机结构应采取必要的措施 [16]。 联合循环汽轮机的汽缸及排汽形式 图 8 SIEMENS 公司 单 轴 联合循环 三压再热 的双缸轴向排汽汽轮机剖面图 [17] 图 9 GE公司 S109FA单轴联合循环三压再热的 双 缸向下排图 7 三压再热带除氧凝汽器的热力系统图 6 汽的汽轮机剖面图 [6] 适合于三压再热单轴联合循环机组的汽轮机有双缸（高压缸及中 /低压缸合缸）轴向排汽和 双 缸（高 /中 压缸 合 缸 及 低压缸）向下排汽两种形式。 前者为地面层低位布置；后者为高运转层布置。 7 联合循环 机组的 轴系配置 [18] 联合循环机组的轴系配置有两种形式：一种是多轴配置，即燃气轮机和汽轮机分别拖动发电机运行。 另一种是单轴配置，即燃气轮机和汽轮机共同拖动一台发电机运行。 多轴配置 多轴配置分为： ⑴ 一台燃气 轮机发电机组排气送入一台余热锅炉，产生的蒸汽带动一台汽轮机发电机组，即多轴的“ 1+。