蒸汽联合循环机组作用和意义

蒸汽联合循环机组作用和意义

司世鹏

华电（北京）热电有限公司  北京  100039

摘要：蒸汽联合循环机组通常是燃气联合和蒸汽动力装置联合成为一个整体的装置，是由上世纪美国科学家提出并发明创造的动力驱动装置的改造方式，从本质上来说，蒸汽联合循环机组并不属于新技术，而是一种充分利用现有装置，打造更高效动力驱动装置的应用上的创新。本研究主要阐述的就是燃气-蒸汽联合机组不同种类的特点，以及联合装置在实际生产生活中的作用和意义。

关键词：燃气-蒸汽联合循环机组；蒸汽联合循环机组作用；蒸汽联合循环机组的意义；

减少热的损耗，提高热效率，是改良传统热驱动动力装置的关键环节，天然气是高效清洁能源，燃气 蒸汽联合循环机组燃用天然气将极大地改善环境污染问题。燃用天然气没有粉尘、没有灰渣。天然气几乎不含硫，因而几乎没有SO2排放。由于采用低NOX燃烧器，NOX的排放也降到极低的程度。又由于天然气成分中主要是CH4，烟气中 CO2的排放也大大减少。本研究主要是对该联合循环机组进行简要的介绍和剖析。

1蒸汽联合循环装置
1.1燃气轮机对气体燃料的要求

由于天然气气源产地的不同，天然气的特性与品质差异很大。为了使燃气轮机在各种工况下均能连续有效无故障地运行，天然气的物理性能、组分和污染杂质的允许范围必须满足燃气轮机的要求。各个燃气轮机制造商均在气体燃料规范中对此做出了相应的规定:要求天然气的压力、温度、热值、华白数(热负荷指数)、成分限度、杂质限度等保持在一定范围内。

1.2天然气供应压力及压力波动

燃气轮机对天然气供应压力的要求与燃气轮机的型号、压气机的压比、燃烧系统的设计以及机组的特定现场条件密切相关，最高与最低燃气供应压力及压力波动均由燃气轮机制造商提供。同时，各燃气轮机制造商也对天然气的瞬时最大压力变化率规定了具体的要求。

1.3天然气过热度

过热度就是燃气本身的温度和其露点之间的温度差。各燃气轮机制造商在气体燃料规范中均规定了气体燃料的过热度，且要求气体中不能含有任何液滴。如果液滴进入燃烧室，将在燃料喷嘴上结焦，并引起过早点火或逆燃，还会引起火焰温度和透平负载的快速波动;大量的液体进入燃烧室，还会引起爆燃，甚至通过燃烧室在下游的高温燃烧通道内燃烧，引起超温或烧穿高温燃气通道部件。为了确保供给燃气轮机的天然气燃料不含液滴，严格要求天然气的供气温度满足对天然气过热度的要求。

2.天然气调压站的优化布置

随着近几年国内天然气矿藏的大量开采，西气、川气、海上气以及外来LNG气源的不断汇入，形成了稳定的多气源环网，天然气压力也不断上扬，据预测将来天然气管网压力有可能达到6.0MPa左右。由于天然气公司一般在电厂末站不设置精确的调压装置，因此，天然气管网的压力变化需要电厂调压站进行调节满足燃机运行要求，如果在较高的天然气压力情况下仍通过减压后再使用增压机增压来维持压力稳定，会造成天然气的压力能损失，也必然会造成电能的浪费。以某地天然气管网为例，以前燃气电厂一般按照4.0MPa左右的压力进行设计，由于当地LNG等外来天然气的汇入，天然气管网压力上调。

例如当地某场站电厂调压站天然气正常接入压力变化范围由原来的2.8-4.2MPa变更为3.1～6.3MPa，由于天然气压力范围变宽，燃气电厂原来采用的增压机方案不再适宜，在天然气压力提高后再使用增压机必然会使厂用电大幅增加，不利于电厂节能。在原天然气增压方案基础上加装调压支路不但有利于机组安全稳定运行，而且是非常节能和经济的。为保证天然气调压站设计满足天然气公司来气及电厂节能的需要，需要对电厂天然气调压站系统方案进行优化。经研究实践，天然气调压站增压机支路和调压支路有并联和串联两种方案可供选择。在增压支路之前串联一个调压阀，在压力高于3.68MPa·g时，通过调压阀减压至3.68MPa·g后经由增压机旁路阀向燃机前置模块供气，此时增压机停止运行。在天然气压力低于3.68MPa·g时，则不进行调压，进入增压机支路，经增压机前的关断阀到增压机调节阀稳定至一定压力，经增压机增压至3.68MPa·g向燃机供气，此时增压机旁路阀关闭。在调压阀支路并联关断阀，并在阀后加装一个关断阀，用于在天然气压力进一步降低时直接向增压机供气，以减小调压阀的阻力损失。增压机支路和调压支路的切换可以通过自动和手动进行，调节方式较为灵活。串联方案增压支路和调压支路的前后顺序还可以进行调整，如将增压机支路置于调压支路之前，最终靠调压支路同样也能保证天然气的供气压力的稳定。

2.蒸汽联合循环装置的作用和意义
2.1提高联合循环的效率
燃气-蒸汽联合循环就是利用燃气轮机做功后的高温排气在余热锅炉中产生蒸，再送到汽轮机中做功，把燃气循环和蒸汽循环联合在一起的循环。燃气-蒸汽联合循环中的高温热源温度高达1100-1300℃，远远高于一般蒸汽循环常采用的主蒸汽温度540-566℃，而燃气-蒸汽联合循环中的低温冷源温度(凝汽器温度)29-32℃远远低于一般燃气循环的排气温度450-640℃。即燃气-蒸汽联合循环从非常高的高温热源吸热，向尽可能低温的冷源放热，因此联合循环的热效率 比组成它的任何一个循环的热效率都要高得多。目前蒸汽循环凝汽器的真空随外部循环冷却水的水温、冷却方式和真空系统的不同而略有变化，一般为4-5KPa，其相应的温度为29-32℃，已难以降到更低。而燃气循环的透平初温，近年随着叶 片材料和冷却技术的提高还在不断提高。因此提高联合循环效率的首要途径就是选择透平初温较高的燃气轮机。理论研究证实，提高燃气轮机的初温可使联合循 环的效率大大提高，其影响效果比对简单循环燃气轮机效率的提高大得多。

2.2.节约能源
  地球经过千万年的积累，积累了巨大的能源，但是人们在短短一百余年消耗殆尽，我们无法摆脱对其的依赖，所以提高其利用效率，从而达到节约和保护能源的目的，是目前最为切实可行的方案。燃气–蒸汽联合循环装置就是提高热效率的一种较为科学的尝试。在目前发展的基础上，攻破技术难关，争取进一步提高热效率，这是节约能源道路上发展的必经之路。

2.3天然气调压站的控制方式

受各种因素的影响，天然气管网运行压力不但会随季节变化，每天也会呈规律性变化，因此需根据具体情况选择天然气调压站两个支路的切换控制策略。增压机支路能否正常快速的投入运行还与增压机设备及电机的特性有关，一般380V电压等级的增压机在润滑、条件具备的情况下能够完成快速启动，增压机支路可以随时投入；如增压机功率较大，需选用6kV电压等级的电机，根据6kV电机特性，电机在停运后则需要间隔一段时间后才能再次启动，因此对于大容量的增压机的控制方式要对天然气的压力变化规律进行掌握后提出，否则，为了保证天然气调压站和燃机的正常运行，增压机只能投入伴随运行的状态，用小的流量或低负荷来达到节能的目的，而不能完全退出运行。

结束语

燃气–蒸汽联合循环装置的发展前景十分广阔，对于目前全球污染严重，且不可再生资源日益枯竭的大背景下，联合循环装置有了更重大和深远的意义。在燃用天然气的燃气轮机电厂中，天然气调压站是燃气轮机电厂中最重要的天然气处理装置。为充分发挥调压站的功能，必须进行合理的工艺流程设计、设备选型和系统布置。发展好燃气–蒸汽联合循环装置的相关技术，有利于彻底解决我国不可再生资源枯竭而抑制发展的现象。

参考文献：

（1）张志平.浅谈我国蒸汽联合循环装置的技术发展[j].中国能源利用，2016，（52）

（2）李野.燃气-蒸汽联合循环装置浅析[j].中国新科技，2016.（45）