燃气-蒸汽联合循环机组配置及选型

伊小萍(辽宁科技大学材料与冶金学院， 鞍山 千山 114000)

燃气-蒸汽联合循环机组配置及选型

伊小萍(辽宁科技大学材料与冶金学院， 鞍山 千山 114000)

燃气-蒸汽联合循环机组是一种极有发展前景节能机组,燃气-蒸汽联合循环机组要想更好的发展必须重视机组配置的问题。因此，本文分析了两种配置方案各自的优缺点，并且针对燃气蒸汽联合循环机组的配置进行了简单的分析,希望对燃气蒸汽联合循环机组的安全经济运行与正常工作有一定的参考价值和意义。

燃气-蒸汽联合循环; 机组选型; 机组配置

燃气-蒸汽联合循环机组是以天然气为燃料，具有经济高效、调控灵活、环境友好等优势。目前天然气在我国的价格仍较高，所以，在燃气-蒸汽联合循环机组轴系配置的型式选择上进行全面的技术经济分析显得尤为重要。由于燃气轮机的热效率和单机功率较高，联合循环电站可作为尖峰负荷机组和紧急备用电源，并能携带基本和中间负荷，另外，天然气资源也在世界范围内进一步被开发，燃气轮机及其联合循环技术在全球电力系统中的地位越来越高，发展联合循环电站对我国的节能减排具有显著的研究意义。

1 燃气-蒸汽联合循环机组选型的必要性

联合循环发电系统的主要设备有燃气轮发电机组、蒸汽轮发电机组、余热锅炉三大部分。整个联合循环中的核心部件是燃气轮机，其性能显著的影响联合循环的发电热效率。蒸汽系统的参数主要由燃气轮机排气的参数决定。因此，要提高联合循环的效率，首先要优化机组配置。燃气-蒸汽联合循环的机组选型工作是在确定燃机的前提下再对蒸汽系统进行合理的选择和优化，进而对排气余热进行最大限度的利用，提高蒸汽系统的热效率，从而提升整个电站的工作性能。

2 燃气-蒸汽联合循环机组配置方案的分析

燃气-蒸汽联合循环机组中主要的设备配置有：燃气轮机、蒸汽轮机、余热锅炉、发电机、控制设备、电气设备及其配套的设施。为了进行进一步的研究分析其设备配置，在实际操作过程中我们根据轴系将燃气-蒸汽联合循环装置进行了布置和分类，具体的方案可分为两类：一类是多轴布置，即燃气轮机和蒸汽轮机各自配备一台驱动的发电机；另一类是单轴布置(最为常用、最为科学)，即燃气轮机、蒸汽轮机和发电机串联在一根轴线上，燃气轮机和蒸汽轮机共同驱动一台发电机工作。

2.1 单轴布置方案

燃气—蒸汽联合循环机组的单轴布置方案通常将蒸汽轮机安装在燃气轮机与发电机之间，发电机布置在蒸汽轮机的排汽端，这样便于将发电机转子轴向抽出检修。但这种方案只适用于单台燃气轮机与单台蒸汽轮机匹配的情况。

(1)单轴布置方案的优点：①联合循环单轴布置机组无论是在工艺系统还是厂房布置中都非常紧凑，真正的实现了独立自成系统，操控和运行简单。②机组取消了多轴配置的启动电动机，简化了电气系统和设备。燃气轮机与蒸汽轮机可共用一套润滑油系统，简化了运行和控制系统。③当蒸汽源现成时，可以利用蒸汽轮机来启动燃气轮机。

(2)单轴布置方案的缺点：①在安装过程中，燃气轮机的安装周期比较短，而蒸汽轮机的安装周期比较长，但燃气轮机只能在蒸汽轮机安装完毕后才能投产运行。②当蒸汽轮机有故障检修时，燃气轮机无法单独运行。导致整台机组无法快速启动，机组对调峰运行的适应性能大大降低。

(3)单轴布置方案的改进 单轴布置的主要问题是启动时间过长、无法适应调峰运行。为解决该问题，西门子公司改动了一下单轴布置方案：把发电机改装在燃气轮机的高压蒸汽透平与压气机之间，而在高压蒸汽透平与发电机之间安装一个3S 离合器。此布置方式可使燃气轮机与蒸汽轮机的主轴脱开，使燃气轮机可以按照简单的循环方式启动，在20～25min 之内就可以启动并带动65%联合循环机组的全负荷，完成适应调峰运行的要求。

2.2 多轴布置方案

多轴布置方案可以用多台燃气轮机与一台蒸汽轮机相匹配，即“X ＋1”方案。

(1)多轴布置方案的优点：①在整个建设周期内，安装周期较短的燃气轮机及其所驱动的发电机组完成安装后就能投产运行，这样可以尽早回收资金，提高电站建设资金的周转率和效益。②当蒸汽轮机出现故障时，燃气轮机仍可以独立运行，提高整个电站的收益和可用率。③多轴布置的联合循环电站，燃气轮机调峰能力强，可实现启动快速。

(2)多轴布置方案的缺点：多轴布置的联合循环机组的设备和系统比较复杂，电厂内操控比较复杂，建厂投资高，并且占地面积也比较大。

3 建议

(1)机组轴系配置的确定要根据电厂建设的目的、长期工作的热效率、建设的费用、运行的灵活性及维护的方便性等多方面综合考虑，最后做出选择。(2)发电机尾置方式比较适于带基本负荷连续运行，发电机故障检修比较方便。发电机中置方式投资相对较低，运行灵活，比较适宜于调峰运行，但发电机检修需有专用装置。(3)每天启停的两班制运行的调峰机组无疑适宜采用单轴联合循环，而长期带基本负荷运行的机可先考虑选择多轴“2 拖1” 联合循环机组。

4 结语

现今，我国在联合机组发电上面临的主要问题是天然气的价格较高，并且燃气轮机技术仍不完善。在此情况下，若想减少联合循环电厂的单位投资、提高运行热效率、并且能确保投产后具有较高的效益，就必须在设计过程对燃气-蒸汽联合循环发电站机组的配置和选型工作进行全面而系统的研究和优化。只有充分的重视该问题并对其进行科学的机组配置才能实现燃气-蒸汽联合循环机组安全、经济、稳定、可靠的运行。

[1]树建.燃气- 蒸汽联合循环[M].北京:机械工业出版社,2003.

[2]牛冠军.燃气蒸汽联合循环机组配置浅析[J].山东工业技术.2014,13

[3]邓小文.燃气-蒸汽联合循环发电机组轴系配置的思考[J].广东电力.2005,04.