燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置在我國的應用及

1、燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置在我國的應用及中小熱電廠改造為燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電站南京汽輪電機（集團）有限責任公司薛福培一、前言燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置，由于其具有高效低耗、啟動快、可用率高、投資省、建設周期短及環(huán)境污染少等優(yōu)點，越來越得到世界各國的重視而迅速發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，從一九六八年至一九九五年期間，在世界范圍內(nèi)銷售的發(fā)電用燃氣輪機有 13373 臺，總銷售容量 3.77517 億千瓦。其中，一九九 O年至一九九五年的六年間，銷售 4311 臺，1.64517 億千瓦，一九九五年創(chuàng)歷史最高記錄， 達 3051.7 萬千瓦。在 19902000 年間美國新增的 1.13 億千瓦發(fā)電容量中， 燃氣輪機

2、電站容量占 44%，與燃煤蒸汽輪機電站容量相當，這也是世界發(fā)電設備生產(chǎn)過程中出現(xiàn)重大轉(zhuǎn)折的標志。從 2000 年以后，在新增的發(fā)電設備總裝機容量中，燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置超過常規(guī)火電站，占電力發(fā)展的主導地位。改革開放以來， 我國的電力工業(yè)發(fā)生了巨大的變化， 電力裝備達到了一定的規(guī)模。二年末發(fā)電設備裝機容量已達到 3.1932 億千瓦，（其中單機 6000KW以上機組 28509.64 萬 KW，其中火電 22563.7 萬 KW，火電機組中，燃氣輪機組 552.811萬 KW，僅占火電機組的 2.32%），年發(fā)電量達到 13684.82 億千瓦時。根據(jù)我國電力規(guī)劃總目標，在新增的機組中，除重

3、視發(fā)展高參數(shù)大型機組外，還將大力發(fā)展高效率、低污染并且具有調(diào)峰能力的大型機組，亦即在機組的選擇上，主要發(fā)展30 萬、60 萬千瓦的大型火電機組，發(fā)展區(qū)域性集中供熱的熱電機組，同時要積極發(fā)展燃天然氣的燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，以達到高效、節(jié)能、改善環(huán)境和有利于提高電網(wǎng)調(diào)峰能力的目的，這已成為今后我國電力發(fā)展的主要方向。由此可見，燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置由于其特殊的優(yōu)點，將在我國得到發(fā)展。本文就我國發(fā)展聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置的應用和中小熱電廠改造提出初步的看法，以供99交流討論。二、燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置的主要特點燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置是四十年代末開始發(fā)展起來的一種能源綜合利用技術(shù)，其特征是將具有較高平

4、均吸熱溫度的燃氣輪機循環(huán)（布雷頓循環(huán)）與具有較低平均放熱溫度的蒸汽輪機循環(huán)（朗肯循環(huán)）結(jié)合起來，使燃氣輪機的廢熱成為汽輪機循環(huán)的加熱源，達到揚長避短，相互彌補的目的，使整個聯(lián)合循環(huán)的熱能利用水平較燃氣輪機循環(huán)或汽輪機循環(huán)都有明顯的提高。燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置的主設備由三大塊組成：1 、燃氣輪發(fā)電機組。它用可燃氣體（如天然氣、焦爐煤氣、高爐煤氣或煤層氣）或油為（如輕柴油或重油）燃料，通過高溫、高壓空氣做功發(fā)電。2 、余熱鍋爐。其熱源為燃氣輪機的排氣，因此稱為余熱鍋爐，其產(chǎn)生的蒸汽按汽輪機來匹配。3 、汽輪發(fā)電機組。利用余熱鍋爐供給的蒸汽選配蒸汽輪機，既可配純發(fā)電的汽輪發(fā)電機組，也可配熱電聯(lián)供的

5、汽輪發(fā)電機組。燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置的主要優(yōu)越性燃氣 / 蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置是一種能源綜合利用技術(shù)， 相對于蒸汽輪機發(fā)電技術(shù)具有如下明顯的優(yōu)點：1、具有較高的熱效率。在同等功率條件下效率要高出15%以上。 60MW等級燃氣/ 蒸汽聯(lián)合循環(huán)的效率已達 46%以上， 300MW等級的已達 55%以上，而同等功率的蒸汽輪機發(fā)電效率為 30%和 40%左右。眾所周知，常規(guī)的火電機組由于其自身設備及系統(tǒng)的限制，它的熱效率已很難有突破性的提高。根據(jù)統(tǒng)計， 1996 年我國火力發(fā)電機組的平均供電標煤耗為409g/kwh，折算的平均供電效率為 30%。目前我國最大的單機容量為 600MW的火力發(fā)電機組，如北侖

6、港發(fā)電廠等，其發(fā)電效率約 40%左右。 1989 年 6 月日本九洲松浦發(fā)電廠正式投入商業(yè)運行的東芝 700MW超臨界參數(shù)的汽輪發(fā)電機組，采用液化石油氣（ LNG）為燃料，其發(fā)電效率達 41.9%。這一電站代表當今世界最先進的火電站水平。而燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置的熱效率則遠好于這一數(shù)據(jù)。我國南京汽輪電機廠與美國 GE公司合作生產(chǎn)的 PG6581B型 40MW燃氣輪發(fā)電機組，其簡單循環(huán)時供電效率為 32%，如配置國產(chǎn)余熱鍋爐和汽輪機，組成 58MW等級的聯(lián)合循環(huán)，其供電效率可達 46%48%。近年來，國外正在發(fā)展具有更大容量、效率更高的先進型燃氣輪機， 透平前溫從 1100級提高到 1300級，使

7、燃氣輪機的熱效率大大提高，如美國 GE 公司的 MS9001F/FA，燃氣輪機單機容量 226MW，供電效率10035%，其聯(lián)合循環(huán) S 109FA，容量 348MW，供電效率 55%；ABB公司的 GT26型燃氣輪機，單機功率 240MW，供電效率 37%，其聯(lián)合循環(huán) KA26 1，容量為 362MW，供電效率為 57%；西門子公司的 V94.3A 型燃氣輪機，單機容量為 240MW，供電效率為 38%，其聯(lián)合循環(huán) GVDIS94.3A，容量為 354MW，供電效率為 57%。目前各大公司即將推出或正在研制的“ G”級和“ H”級燃氣輪機，燃氣初溫達到 1427，簡單循環(huán)單機容量為 280M

8、W，聯(lián)合循環(huán)單機容量達 500MW左右，供電效率將超過 60%。表一100MW等級電站效率比較（ %）電站類別聯(lián)合循環(huán)電站蒸汽輪機電站電站類型常規(guī)型煤氣化（ IGCC）一般水平4348404233先進水平5242463640發(fā)展水平5558465040422 、環(huán)保性能好，對環(huán)境的污染少。燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置 CO、Nox排放少，稱之為“清潔電廠” 。由于這種發(fā)電裝置采用油或天然氣為燃料，燃燒生成產(chǎn)物沒有灰渣，無需灰渣排放；加上燃燒完全，燃燒生成產(chǎn)物中雖亦有一定量的Nox 存在，但可以采用注水、注汽、DLN、 SCT等方法，將 Nox 的含量降低到國家排放標準以下。當前，國家對發(fā)電廠污染物

9、排放量要求日益嚴格，常規(guī)火電站為了滿足國家環(huán)保規(guī)定，需花費大量資金、場地，用于環(huán)保治理，如煙氣脫硫裝置等。據(jù)統(tǒng)計，大型火電廠用于煙氣脫硫、 脫銷的費用，將占發(fā)電廠總投資的1/41/3 。在這一方面，燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置是有其明顯的優(yōu)點。燃氣輪機、余熱鍋爐是一種戶外布置的動力設備，通過將機組裝在有隔音設施的罩殼內(nèi)， 阻止了運行時噪聲外傳， 同時采用在排氣道裝設高效消音器等措施，使機組噪音水平能達到國家標準的規(guī)定。表二燃氣輪機有害物排放量及噪音參考數(shù)據(jù)測量項目實測結(jié)果國家有關(guān)規(guī)定3<0.1120.15/0.10Nox（ mg/m）3<0.0560.50/0.15SO2(mg/m)遠

10、場噪聲（ dBA）56.8603、投資省，目前每千瓦的投資費用僅40005000元 /KW左右，甚至更低，而101蒸汽輪機發(fā)電站投資目前高達800011000元 /KW左右。4 、建設周期短，由于土建少，又可以分階段建設，首先建設燃機電站，再建聯(lián)合循環(huán)電站，從而使資金最大效率化。5 、占地少、用水少。一般僅常規(guī)蒸汽輪機電站的三分之一左右。6 、運行可靠，高度自動化，運行人員可大大減少。 60MW規(guī)模電廠人員約 50余人。以天津濱海燃氣電廠為例，投運以來，年運行小時數(shù)達 7500 小時以上，非?？煽?。7 、運行方式靈活，既可以作為基本負荷運行，也可以調(diào)峰運行。起動快，燃機快速起動只要十多分鐘，就

11、可達到滿負荷，包括蒸汽輪機在內(nèi)的聯(lián)合循環(huán)，蒸汽輪機冷起動也僅 1.5 小時以內(nèi)。8 、可燃用多種燃料： a）天然氣； b）輕柴油； c）重油； d）高爐煤氣（摻少量焦爐煤氣或天然氣）；e）焦爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣； f ）煤層氣、煤層氣化氣、煤制氣； g）也可油、氣混燒。聯(lián)合循環(huán)電廠占地、建筑面積、用水量、定員及一次投資費用與同類火電廠相比，其所占比例大致為：表三比較內(nèi)容占同等規(guī)?；痣姀S的比例 %占地面積3040電廠建筑面積20簡單循環(huán)用水量510聯(lián)合循環(huán)用水量30工廠定員2025一次投資6570表四電站啟動時間比較單位：分鐘啟動方式燃機電站聯(lián)合循環(huán)電站蒸汽輪機電站正常啟動1416快速啟動91012

12、0300冷態(tài)啟動溫態(tài)啟動90180熱態(tài)啟動6090注：上述數(shù)據(jù)以57MW電站為例三、燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置的應用燃氣輪發(fā)電機組的用途非常廣泛，以用戶為例，主要是以下幾個方面：1021 、基本負荷運行。由于燃氣 / 蒸汽聯(lián)合循環(huán)具有非常高的效率，且重型燃機具有很長的壽命，因此完全適合帶基本負荷運行。如：天津濱海電力有限公司、深圳南山熱電有限公司、深圳美視光電有限公司等。2、調(diào)峰運行。由于燃機的起、停時間很短，且可在額定負荷的10%100%范圍內(nèi)穩(wěn)定運行，因此適合用于電網(wǎng)調(diào)峰。如：常州常亞發(fā)電有限公司、浙江紹興電力有限公司。3 、城市供熱電站。 燃氣 / 蒸汽聯(lián)合循環(huán)可配置供熱蒸汽輪機給城市區(qū)域

13、供熱，也可配置低參數(shù)的余熱鍋爐直接供熱。由于燃機污染排放低，環(huán)保性能好，且占地少，布置靈活，因此特別適合城市熱電站，以滿足城市環(huán)保要求。如：建于陜西省楊凌企業(yè)示范區(qū)的楊凌燃機熱電廠。4 、老電廠技術(shù)改造。用燃氣輪機排氣余熱配置的余熱鍋爐替代原有鍋爐，余熱鍋爐產(chǎn)汽送到原有的汽輪發(fā)電機組， 這樣大大提高了電廠熱效率， 降低了成本，減少了環(huán)境污染，又增加了電廠的容量。如：大連發(fā)電總廠，該廠是位于市區(qū)的供熱電廠，為了增加電廠的容量， 提高效率，減少污染的排放，該廠用 2 套 MS6001B燃氣輪發(fā)電機組、 2 套余熱鍋爐部分替代原有鍋爐，利用原有的汽輪發(fā)電機組，進行了老電廠改造。隨著“西氣東輸”的實施

14、，輸氣管線沿線城市的熱電廠均可以采用這種改造模式來改造熱電廠。5、廢氣回收利用。通過多年努力，南汽和GE公司聯(lián)合開發(fā)了PG6561B-L型49.35MW低熱值氣體燃料燃氣輪機，將首先應用于通化鋼鐵集團有限責任公司和濟南鋼鐵公司，利用該公司對空排放的高爐煤氣，摻混少量的焦爐煤氣，當然也可混入更少量的天然氣，通過燃氣/ 蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，又供工業(yè)生活用熱，經(jīng)濟效益顯著。該燃氣輪機還可廣泛用于焦爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、煤礦的煤層氣的回收利用，也可使用煤氣化爐產(chǎn)生的低熱值煤氣，為我國低熱值氣體的高效利用提供了出路。該機的燃料只要其低熱值大于1300kcal/Nm3 即可。6 、南汽機組已實踐了多種燃料，如：

15、1 ）輕柴油，如：深圳金崗電力有限公司、浙江紹興電力有限公司、江蘇常州常亞發(fā)電有限公司。2 ）重油，如：深圳南山熱電有限公司、浙江寧波舜龍豐山發(fā)電有限公司、大連發(fā)電總廠。3 ）海洋石油伴生氣，如：天津濱海電力有限公司。4 ）天然氣，如：陜西省楊凌燃機熱電廠。1035 ）高爐煤氣，如：通化鋼鐵集團有限責任公司。四、關(guān)于老電廠 / 熱電廠改造為燃氣 / 蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電廠問題1 、前提條件良好1.1西氣東輸，給管線站線送來了優(yōu)質(zhì)燃料天燃氣，就東南沿海地區(qū)的能源結(jié)構(gòu)來講，由于缺乏能源，煤供應不足，也迫切需要一定數(shù)量的天然氣能源。1.2環(huán)保的要求越來越高， 國家規(guī)定：火電廠煙囪二氧化硫和氮氧化物最高戲

16、許排放濃度，目前一般燃機電廠已難以達到：如北京市為迎接奧運會，提出了更嚴格的規(guī)定， 如氮氧化物的排放要求控制在33300mg/m（煤為燃料），200mg/m（油或天然氣為燃料），對二氧化硫的排放也提出了更高的規(guī)定，這就為發(fā)展燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)創(chuàng)造了先機。1.3計基 20001268 號關(guān)于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)定 ，第七條各類熱電聯(lián)產(chǎn)機組應符合的熱電比；燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)的熱電比為大于30%，比常規(guī)的供熱式汽輪發(fā)電機組熱電比的指標低很多，這為目前現(xiàn)有的常規(guī)中小熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)進行燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)改造提供了政策保證的前提。2 、改造實例簡介大連第一發(fā)電廠改造工程：大連第一發(fā)電廠地處大連市區(qū)內(nèi)，承擔著電

17、廠附近地區(qū)的工廠、事業(yè)單位的2工業(yè)用汽和民用采暖的任務， 至 1999 年底采暖供熱面積已達 230 萬 M。隨著大連市經(jīng)濟建設的迅速發(fā)展，在大連一廠附近興建起一批商貿(mào)、會展、旅游及高科技開發(fā)區(qū)等大型建筑和高層民用建設，根據(jù)大連市區(qū)的總體規(guī)劃，電廠供熱區(qū)域內(nèi)2建筑將達到約 360 萬 M，同時隨著大連市城市環(huán)境保護要求的日益嚴格，一批效率低、污染嚴重的小鍋爐相繼停產(chǎn)，這樣，城市的熱負荷以及對集中供熱的要求迅速增長，對大連一廠的供熱量和可靠性也提出了更高的要求。而大連一廠由于其 1 號、 2 號機組運行多年，設備陳舊老化、效率低、油耗高，導致全廠經(jīng)濟效益差，因此，有必要對電廠進行技術(shù)改造，利用目

18、前較先進的技術(shù)裝備電廠，提高電廠的供熱和發(fā)電能力，同時滿足大連地區(qū)電網(wǎng)調(diào)峰、改善環(huán)境質(zhì)量的要求，提高電廠的經(jīng)濟性和發(fā)展的后勁。大連第一發(fā)電廠原有3×130t/h 燃油鍋爐和 2×N25純凝發(fā)電機組及1× CC12雙抽發(fā)電機組。目前兩臺純凝機組已改為冬季低真空供熱運行，并在第一段打孔抽汽。為提高電廠的經(jīng)濟效益本次改造工程裝設兩臺PG6561B型燃氣輪發(fā)電機組和104兩臺 65t/h的余熱鍋爐。余熱鍋爐的主蒸汽與老廠的主蒸汽母管相連，同時也與CC12 雙抽機組構(gòu)成“ 2+2+1”型燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，從而滿足新增熱負荷的要求并提高電廠的熱效率。新增加的兩臺燃氣輪發(fā)電機機組在ISO 工況（環(huán)境溫度15，大氣壓力1.013bar ，相對濕度 60%）下，機組的性能參數(shù)見下列表。新增的兩臺燃氣輪發(fā)電機組的性能參數(shù)型號單位PG6561B型數(shù)量臺2燃料大慶重油輸出功率KW36712熱耗率KJ/KWh11706燃氣初溫1070排氣溫度542排氣流量t/h506進氣壓損mmH2O110排氣壓損mmHO350（與余熱鍋爐有關(guān)）2生產(chǎn)廠家南京汽輪電機廠新增的兩臺余熱鍋爐的性能參數(shù)型號單位立式、雙壓數(shù)量臺2額定蒸發(fā)量t/h65.6主蒸汽溫度4