燃气-蒸汽联合循环机组

在60年代初，我国就开始引进燃气轮机发电机组。先后测绘仿制或自行设计制造过多种机型，机组功率等级都在几千kW以内，燃气初温，一般为600-700℃ ，热效率仅为16%-25%。虽然这些机组由于使用上或技术上的问题没有长期运行下去,也没有形成批量生产，但取得了一些研究和制造经验，培养了我国早期燃气轮机设计、制造人才。上海汽轮机厂仿制成功了6.2MW燃气轮机列车发电站南京汽轮电机厂自行设计制造了1.5MW带回热的燃气轮机并在四川五通桥电厂试运行；哈尔滨汽轮机厂自行设计制造的2237kW船用燃气轮机又改成发电机组在天津并网运行。这是我国燃气轮机发展的第一时期。

70年代后期到80年代初期，基于国外燃气轮机发电技术已有较大发展，同时国内石油和天然气的开发也有进展，我国燃气轮机发展进人第二时期。当时水电部先后从英国JB公司、日本日立公司和法国阿尔斯通公司引进了10套MS5op系列，单台功率为21.7-23MW燃气轮机发电机组，又从加拿大奥伦达公司引进2套OT-2100，单台功率为9MW的燃气轮机列车电站，从而使我国燃气轮机发电装机容量达到300MW左右。这些机组大部分都经长期运行，有些机组几经搬迁还在运行。

在此期间，国家重点投资了南京汽轮电机厂和燃气轮机研究所，列为国家燃气轮机的专业厂和所,并引进了美国GE公司的生产设备和部分制造技术。对引进的MS5000系列燃气轮机进行测绘仿制,并成功通过国家验收，相继生产3台。南京汽轮电机厂又和美国GE公司合作生产MS6000系列机组。我国航空工业部也积极开展航机改为地面动力和发电的技术开发工作。

80年代开始，随着我国改革开放，国民经济迅速发展，燃气轮机发电又进人新的高潮，这是我国燃气轮机发展的第三时期。华能汕头燃机电厂为了解决汕头市严重缺电的被动局面，利用燃气轮机投资省、起步快、建设周期短的优点，在较短的时间内建成1套103MW烧原油的联合循环机组，电厂于1986年投产，对汕头市电力不足起到了补充作用。

由于机组效率高、性能好，使电厂很快取得效益。在汕头成功经验带动下，深圳月亮湾燃机电厂、珠海洪湾燃机电厂以及广东其他各地，后又发展到全国建设起一大批燃气轮机联合循环电厂。

90年代以来，我国燃气轮机发电不仅装机容量大幅度提高，机组的性能水平也更趋先进，深圳、上海、浙江温州、宁波和武汉等地分别引进美国GE公司GE型燃气轮机共10台，该机型单台简单循环出力123MW，效率达33%。

采用联合循环发电的机组比较普遍，全国联合循环装机容量达5500MW,占燃气轮机和联合循环电厂总装机容量的80%。

70年代全国燃气轮机电厂约20座，90年代已有80余座（不包括香港、台湾等地）；发电机组由20余台（套）增加到140台(套）。装机容量从30MW,增加到7200MW(包括香港将超过10000MW)。其中，广东、海南地区现燃气轮机共装机46台总装机容量达2030MW；深圳经济特区装机20台达1140MW；经济基础雄厚的长江三角洲，上海、江苏、浙江、福建等地区现燃气轮机共装机30台总装机容量达2030MW；其他地区有武汉、重庆、合肥、成都等地装9机台，容量约480MW；大庆、胜利、中原和新疆地区油田和石化工厂共装机65台（套），总装容量约1000MW。

随着我国能源结构的调整，环保要求日益严格，广东等地正在规划建设几座总容量为百万kW等级燃天然气的燃气-蒸汽联合循环电站。华东地区随着西部开发战略、西气东送计划的实施，也正规划建设百万kW等级的联合循环电站。

燃气-蒸汽联合循环作为一种先进的发电技术，在我国电力生产行业中的地位日益提高。燃气-蒸汽联合循环设备在国内和国外的市场很大，并随着能源结构的调整和清洁煤利用技术的完善，需求量将进一步扩大。国内燃气轮机市场被外国大公司占领也使国家宝贵的资金流出国门。面对国内外庞大的市场需求，发展我国燃气轮机及联合循环设备产业，掌握先进的燃气轮机设计技术和制造工艺，提高燃气轮机及联合循环设备成套能力，将有利于扩大国内燃机市场占有份额，增加参与国外燃机市场的竞争能力，其经济效益和社会效益将是巨大的 。2100433B

燃气-蒸汽联合循环发电机组，由于具有高效低耗、启动快、调节灵活、可用率高、投资省、建设周期短及环境污染小等优点，在国外电力行业正日益得到重视和发展。世界上燃机技术参数及性能发展为4代年：60代开始建设联合循环电厂，当时的燃气轮机参数很低，联合循环的热效率仅为35%，达不到大型火电机组热效率的水平，因此在此阶段发展较慢；70年代，燃气轮机初温提高到以1000℃左右，其联合循环热效率达40%-45%，已接近或超过大型火电机组效率；80年代，燃气轮机的初温进一步提高到1100-1288℃，排气温度达500-600℃ ,这使联合循环发电效率超过50%，因大大超过大型火电机组效率而得到迅速发展，单机功率100MW等级的燃气轮机已成功地投人商业运行，并有很好的运行业绩；90年代，由于燃气轮机联合循环机组具有明显的优越性能，其技术出现了很大飞跃，国外大公司相继推出了先进的大功率高效率的燃气轮机系列及联合循环机组，燃气初温1300℃ ，效率36%-38%，单机功率等级的大功率燃气轮机及其先进型联合循环装置投人商业运行，这种先进型联合循环机组是各大燃机厂商推出及研究发展的机型。与此同时，燃气-蒸汽联合循环在世界电力系统中的地位也发生明显变化，在世界发电容量中所占份额明显地快速增长燃气轮机不仅用作紧急备用电源和调峰机组，而且能携带基本负荷。

从1987年开始美国发电用燃气轮机的年生产总功率数已超过了发电用汽轮机，按美国电力发展规划,在90年代计划新增1亿kW发电设备中，燃气轮机及其联合循环发电装置将占45%。韩国规划在今后15年内燃气轮机及其联合循环发电装置将占新增机组容量的1/4以上。据分析，2000年以后，在新增的发电设备总装机容量中，燃气-蒸汽联合循环发电装置将超过常规火电站，占电力发展的主导地位。

世界上共有100多家企业生产燃气轮机，从技术、信誉、销售等因素考虑，归纳起来具有代表性的主要有五大厂商，即美国的GE公司，法国的GECALSTHOM公司、美国的西屋公司、德国的Siemens公司和瑞士的ABB国际有限公司。其中法国GEC AL-STHOM公司采用美国公司技术生产制造燃气轮机。

自70年代以来，我国燃气轮机发电有了逐步的发展，但仅局限于燃机单机容量较小的机组，且大多由国外购买成套设备，因此，相对燃煤机组而言，设计院的工作较少，以前也没有形成这方面的设计规定。但随着近年来我国燃气-蒸汽联合循环机组有了越来越多的应用，且联合循环机组容量将越来越大，我国已投入运行的燃机单机容量最大为100MW级，现已有几个燃机单机容量200MW级的大容量燃气-蒸汽联合循环机组正在可行性研究阶段。在设计上越来越需要有统一的设计和建设标准，为此国家电力公司电力规划设计总院在2000年版的《火电厂设计技术规程》修订中增加了燃气-蒸汽联合循环发电技术的主要设计原则的有关内容同时组织华东电力设计院和西南电力设计院主编《燃气-蒸汽联合循环电厂设计规定》，以指导今后此类工程设计。

为完成《大火规》和《燃气-蒸汽联合循环电厂设计规定》的编写，华东院和西南院对国内已投运的主要燃机电厂进行了调研工作，根据调研和几次会议的研讨，对燃气-蒸汽联合循环机组提出了一些主要设计原则。

燃气-蒸汽联合循环机组燃气轮机选择原则

单机容量较小、年利用小时低的燃气轮机，可以采用单循环，经技术经济比较第期燃气-蒸汽联合循环机组的技术发展概况及其主要设计原则后确定是否预留加装余热锅炉和汽轮机场地。

燃气-蒸汽联合循环机组余热锅炉选择原则

燃气-蒸汽联合循环宜采用1台燃气轮机配1台余热锅炉，不设备用。余热锅炉应根据燃料和烟气特性设计，应能适应燃气轮机快速启动的特点。其最大蒸发量应与燃气轮机的烟气量和烟气特性相匹配。余热锅炉型采用强制循环或自然循环，应根据工程情况经技术经济比较确定。

燃气-蒸汽联合循环机组蒸汽轮机选择原则

联合循环机组每个单元应只设置1台蒸汽轮机，即由1台或多台燃气轮机与1台蒸汽轮机组成1个单元。蒸汽轮机的进汽量宜与相应的余热锅炉最大蒸发量之和相匹配。余热锅炉采用单压、双压或三压，应经技术经济比较确定。

余热锅炉联合循环机组特点

汽轮机的容量和新蒸汽参数由燃气轮机容量、排汽温度决定,汽轮机不能单独运行,而且汽轮机负荷随燃气轮机而变动。

补燃余热锅炉联合循环机组特点

加装补燃器,利用燃气轮机排气中还有14%－18%的氧帮助燃烧,增加输入热量,提高汽轮机的功率和效率。

增压锅炉联合循环机组特点

因锅炉增加燃烧,燃烧迅猛,使传热系数大为增加,燃气轮机的蒸汽参数随燃气轮机进气温度提高而增加;燃气轮机和汽轮机都不能单独运行。

排气助然锅炉联合循环机组特点

不仅回收燃气轮机的排气余热,同时充分利用排气中的余热,燃气轮机和汽轮机可以分开运行;可配置高参数大型汽轮机;锅炉中的所用燃料可任意选择。

鞍钢CCPP发电机组

是世界上功率最大、最先进的燃烧低热值高炉煤气的联合循环发电机组，也是国内第一台利用高炉煤气发电的联合机组。机组以高炉产生的副产品——高炉煤气和焦炉煤气为燃料，在燃气——蒸汽联合循环发电机组中发电。这一具有国际先进水平的机组在鞍钢投入使用，可以使鞍钢高炉生产中产生的高炉煤气全部得到回收利用，既可减少高炉煤气的散放，降低能源损失、减轻大气环境污染，又能利用此装置较高的热点效率获得大量的电能。新发电机组每小时可燃烧高炉煤气47万立方米、焦炉煤气4.2万立方米，每小时发电量可达30万千瓦时，年发电量可达23亿千瓦时以上，比同等水平的热电厂每年可节约标准煤70万吨以上，每年利用高炉煤气约33亿标准立方米，可减少一氧化碳排放10亿标准立方米，减少温室气体二氧化碳排放约190万吨，在节能的同时还保护了环境。鞍钢CCPP发电机组的投入运行，使鞍钢电力自给率由原来的48%提高到72%，不仅在很大程度上缓解了企业电力紧张的局面，还具有良好的经济效益和环境效益。2100433B

用提高初温的办法来提高蒸汽轮机循环的效率时,受到金属材料的限制,使初温难以继续提高。由于蒸汽轮机的循环终参数较低,而燃气轮机循环的初参数却较高,所以蒸汽-燃气联合循环机组,利用燃气轮机循环有较高初温及蒸汽轮机循环有较低终参数的优点来提高整个循环的热效率。采用不同方式的机组特点不同。

《燃气-蒸汽联合循环机组运行与检修·电气分册》是MPCP1-M701F3“燃气-蒸汽联合循环机组运行与检修”丛书的电气分册，该分册以MPCP1-M701F3燃气-蒸汽联合循环发电机组为例，结合实际运维经验，介绍燃气-蒸汽联合循环机组发电、输变电及厂用电主要一、二次设备的基本原理、运行性能、典型结构、电气系统及运维特点。

《燃气-蒸汽联合循环机组运行与检修·电气分册》共十章，首章侧重介绍220kV系统一、二次设备的结构、原理及运维；第二章至第三章重点介绍燃气一蒸汽联合循环机组主要发变电设备——发电机及变压器；第四章介绍励磁系统；第五章侧重讲解发变组保护配置、原理及运维；第六章介绍联合循环机组发电机启动装置——SFC的相关知识；第七章详细介绍厂用电系统及其设备的原理、运行方式、联锁保护；第八章讲解电厂UPS及直流系统配置、结构原理及运维。第九章及第十章简要介绍电气系统综合自动化及通信、电气仪表的相关知识。

《燃气-蒸汽联合循环机组运行与检修·电气分册》适合从事大型燃气轮机及其联合循环电厂调试、运行、维护的技术人员、管理人员使用，可作为运行人员及相关生产人员的培训教材，也可供电气专业师生参考。