燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)

燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)技術(shù)的發(fā)展與評(píng)價(jià)我國(guó)火電機(jī)組主要為燃煤發(fā)電機(jī)組，存在污染嚴(yán)重，供電煤耗高的問(wèn)題，不能滿足新世紀(jì)電力工業(yè)發(fā)展需要，必須依靠科技進(jìn)步，促進(jìn)我國(guó)資源環(huán)境相互協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。采用高參數(shù)大容量機(jī)組，超臨界壓力機(jī)組是火電機(jī)組發(fā)展的主要方向外，發(fā)展清潔燃煤技術(shù)，煤氣化聯(lián)合循環(huán)和整體氣化燃料電池等以燃?xì)廨敊C(jī)為技術(shù)基礎(chǔ)的發(fā)電技術(shù)，亦是提高我國(guó)火電熱效率的突破口方向。為此，今后發(fā)展燃?xì)庖灰徽羝h(huán)發(fā)電將具有戰(zhàn)略意義燃?xì)庖徽羝啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)是一項(xiàng)先進(jìn)的供能技術(shù)。利用燃?xì)馊紵a(chǎn)生的高溫?zé)煔庠谌細(xì)廨啓C(jī)中做功，將一部分熱能轉(zhuǎn)變?yōu)楦咂肺坏碾娔?，再利用燃?xì)廨啓C(jī)排煙中的余熱在廢熱鍋爐內(nèi)產(chǎn)生蒸汽來(lái)帶動(dòng)蒸汽輪機(jī)進(jìn)一步發(fā)出部分電能，同時(shí)供熱和制冷。從而實(shí)現(xiàn)了能源的高效梯級(jí)利用，同時(shí)也降低了燃?xì)夤岬某杀?，是城市中，特別是大氣污染嚴(yán)重的大城市中值得大力發(fā)展的系統(tǒng)。聯(lián)合循環(huán)發(fā)電狀況和需求。從20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)總能系統(tǒng)新概念的確立，材料科學(xué)、制造技術(shù)的進(jìn)步，特別是能源結(jié)構(gòu)的變化及環(huán)境保護(hù)的要求更加嚴(yán)格，燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)機(jī)組在世界電力系統(tǒng)中的地位發(fā)生了顯著化，不僅可以用作緊急備用電源和尖峰負(fù)荷，還被用來(lái)帶基本負(fù)荷和中間負(fù)荷。21世紀(jì)以來(lái)世界燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期，我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)引進(jìn)、開發(fā)和應(yīng)用又進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)進(jìn)步主要表現(xiàn)在單機(jī)容量增大，熱效率提高與污染物排放量降低。目前全世界每年新增的裝機(jī)容量中，有1/3以上系采用燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，而美國(guó)則接近1/2，日本則占火電的43%。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界現(xiàn)有燃油和燃天然氣的燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的總?cè)萘考撼^(guò)400GW。當(dāng)前燃?xì)廨啓C(jī)單機(jī)功率已經(jīng)超過(guò)300MW，簡(jiǎn)單循環(huán)熱效率超過(guò)39%;聯(lián)合循環(huán)功率已經(jīng)超過(guò)780MW，聯(lián)合循環(huán)熱效率超過(guò)58.5%，十式低NOx燃燒技術(shù)已使燃用天然氣和蒸餾油時(shí)的NOx排放量分別低于25mg/kg和42mg/kg，提高了燃?xì)廨啓C(jī)在能源與電力中的地位與作用。從目前世界火力發(fā)電技術(shù)水平來(lái)看，提高火電廠效率和減少污染物的排放的方法，除帶脫硫、除塵裝置的超超臨界發(fā)電技術(shù)(USC)、循環(huán)流化床(CFB)和增壓流化床聯(lián)合循環(huán)(PFBC)等外，燃天然氣、燃油及整體煤氣化等燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)是一個(gè)重要措施。據(jù)有關(guān)調(diào)研預(yù)測(cè)，未來(lái)10年我國(guó)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)總需求量達(dá)34000MW左右。中國(guó)已開始利用西氣東輸，東海、南海油氣，進(jìn)口LNG(液化天然氣)和開發(fā)煤氣化等清潔能源。一批300MW級(jí)燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)電廠已經(jīng)建成或即將建成投產(chǎn)?？梢哉f(shuō)，隨著國(guó)產(chǎn)化率的提高，造價(jià)的減低，燃用天然氣和煤氣等大型燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，必將成為中國(guó)電力工業(yè)一個(gè)重要組成部分。燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)原理(一)聯(lián)合循環(huán)的基本方案余熱鍋爐型聯(lián)合循環(huán)將燃?xì)廨啓C(jī)的排氣通至余熱鍋爐中，加熱鍋爐中的水產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)作功。排氣補(bǔ)燃型聯(lián)合循環(huán)排氣補(bǔ)燃型聯(lián)合循環(huán)包括在余熱鍋爐前增加煙道補(bǔ)燃器以及在鍋爐中加入燃料燃燒這兩種方案。

余熱鍋爐型聯(lián)合循環(huán)排氣補(bǔ)燃型聯(lián)合循環(huán)加熱鍋爐給水聯(lián)合循環(huán)加熱鍋爐給水型聯(lián)合循環(huán)余熱鍋爐型聯(lián)合循環(huán)T-s圖（二）余熱鍋爐型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)的主要性能指標(biāo)余熱鍋爐型聯(lián)合循環(huán)排氣補(bǔ)燃型聯(lián)合循環(huán)加熱鍋爐給水聯(lián)合循環(huán)1汽聯(lián)合循環(huán)的功率鑒于聯(lián)合循環(huán)由燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)與朗肯循環(huán)所組成，故聯(lián)合循環(huán)功率為燃?xì)狻⒄羝麅刹糠州敵鰞艄β手?，P=P+P-PCCGTSTAUR2氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)的比功由于聯(lián)合循環(huán)中不止一種工質(zhì)，流量也各異，聯(lián)合循環(huán)比功是以燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)w=PCw=PCC/G高密集型的高新技術(shù)，傳統(tǒng)的提高性能途徑3氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)的效率ncc二nn「（頃Qn3s三燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)發(fā)展趨勢(shì)燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)是一項(xiàng)多專業(yè)、是不斷地提高透平初溫、相應(yīng)地增大壓氣機(jī)壓比和完善有關(guān)部件。20世紀(jì)50年代初，透平初溫(T3)只有600°C?700°C，靠耐熱材料性能的改善，平均每年上升約10°C;60年代后，還借助于空氣冷卻技術(shù)，T3平均每年提升20C。從70年代開始，充分吸取先進(jìn)的航空技術(shù)和傳統(tǒng)汽輪機(jī)新技術(shù)，沿著傳統(tǒng)的途徑不斷提高其性能，已開發(fā)出一批“F、FA、FB、H”新型高透平初溫技術(shù)產(chǎn)品，它們代表著當(dāng)今商業(yè)化的工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的最高水平，T3=1430C，這也許是傳統(tǒng)的冷卻技術(shù)和材料所能達(dá)到透平初溫的極限，壓氣機(jī)壓比￡=10~30，￡=10~30，簡(jiǎn)單循環(huán)效率ngt=36%?40%，聯(lián)合循環(huán)效率qcc=55%-60%。正在開發(fā)的新一代產(chǎn)品的主要特征是采用蒸汽冷卻技術(shù)，高溫部件的材料仍以超級(jí)合金為主，燃?xì)馔钙綒んw選用CrMO鋼，轉(zhuǎn)子軸、轉(zhuǎn)輪選用Inconel706,采用定向結(jié)品，單品材料，Co-Cr-Al-Y噴涂等先進(jìn)工藝，部分靜止部件采用陶瓷材料，初溫提高到T3=1500C?1600C。采用智能型微機(jī)控制系統(tǒng)，并更加重視環(huán)保。對(duì)未來(lái)燃?xì)廨啓C(jī)的構(gòu)思將基于采用航空航天最新技術(shù)新材料，燃燒器處于或接近在理論燃燒空氣量條件下工作，T3將達(dá)1600C到1800C?，F(xiàn)采用的熔點(diǎn)1200C、密度為8g/cm3的葉片超級(jí)合金將被淘汰，新的高級(jí)材料應(yīng)是小密度(<5g/cm3)，有更好的綜合高溫性能，陶瓷材料是一種選擇。四燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置優(yōu)點(diǎn)1、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(jí)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)的效率已達(dá)46%以上，300MW等級(jí)的已達(dá)55%以上，而同等功率的蒸汽輪機(jī)發(fā)電效率為30%和40%左右。2、環(huán)保性能好，對(duì)環(huán)境的污染少。燃?xì)庖徽羝?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(wú)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(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)以下。當(dāng)前，國(guó)家對(duì)發(fā)電廠污染物排放量要求日益嚴(yán)格，常規(guī)火電站為了滿足國(guó)家環(huán)保規(guī)定，需花費(fèi)大量資金、場(chǎng)地，用于環(huán)保治理，如煙氣脫硫裝置等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大型火電廠用于煙氣脫硫、脫銷的費(fèi)用，將占發(fā)電廠總投資的1/4~1/3。在這一方面，燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)發(fā)電裝置是有其明顯的優(yōu)點(diǎn)。3、投資省，目前每千瓦的投資費(fèi)用僅4000~5000元/KW左右，甚至更低，而蒸汽輪機(jī)發(fā)電站投資目前高達(dá)8000~11000元/KW左右。4、建設(shè)周期短，由于土建少，又可以分階段建設(shè)，首先建設(shè)燃機(jī)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(jī)電站的三分之一左右。6、運(yùn)行可靠，高度自動(dòng)化，運(yùn)行人員可大大減少。60MW規(guī)模電廠人員約50余人。以天津?yàn)I海燃?xì)怆姀S為例，投運(yùn)以來(lái)，年運(yùn)行小時(shí)數(shù)達(dá)7500小時(shí)以上，非常可靠。7、運(yùn)行方式靈活，既可以作為基本負(fù)荷運(yùn)行，也可以調(diào)峰運(yùn)行。起動(dòng)快，燃機(jī)快速起動(dòng)只要十多分鐘，就可達(dá)到滿負(fù)荷，包括蒸汽輪機(jī)在內(nèi)的聯(lián)合循環(huán)，蒸汽輪機(jī)冷起動(dòng)也僅1.5小時(shí)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?fàn)t煤氣或天然氣）；e）焦?fàn)t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。五燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)發(fā)展對(duì)策探討雖然中國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電始于20世紀(jì)50年代末期，但由于燃料政策的原因在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)發(fā)展緩慢。目前我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電裝置設(shè)計(jì)、制造水平與國(guó)際上先進(jìn)國(guó)家差距較大，裝機(jī)容量及運(yùn)行管理水平與我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展很不相稱。為促進(jìn)我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電事業(yè)的快速健康發(fā)展，在此提出一些不成熟的建議，以拋磚引玉。（1）科學(xué)定位，統(tǒng)籌規(guī)劃，完善政策。結(jié)合國(guó)家“十一五”發(fā)展規(guī)劃，應(yīng)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝備的發(fā)展進(jìn)行科學(xué)定位，制定中國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝備的中、長(zhǎng)期戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃和近期安排，制定和完善燃?xì)廨啓C(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策和燃料、電能、熱能價(jià)格等配套政策、法規(guī)，加大資金和科技投入。按照市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)律，在已重點(diǎn)引進(jìn)一批先進(jìn)、成套的300MW級(jí)燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)示范工程的基礎(chǔ)上，兼顧大、中、小型先進(jìn)、實(shí)用技術(shù)的引進(jìn)，通過(guò)產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合和消化、吸收、再創(chuàng)新，迅速提高我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝備的技術(shù)水平。（2）嚴(yán)把引進(jìn)設(shè)備技術(shù)質(zhì)量關(guān)。實(shí)行機(jī)、電行業(yè)結(jié)合，先以市場(chǎng)換技術(shù)，提高進(jìn)口機(jī)組的可靠性、綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能和電廠設(shè)計(jì)優(yōu)化水平，提高備品備件國(guó)產(chǎn)化率，降低維護(hù)費(fèi)用。努力改變目前國(guó)內(nèi)機(jī)、電行業(yè)分離，引進(jìn)技術(shù)分散，重復(fù)引進(jìn)，配套性差，甚至引進(jìn)性能落后的設(shè)備和技術(shù)的局面。（3）提高國(guó)家制造技術(shù)水平。在現(xiàn)有制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，瞄準(zhǔn)國(guó)外最先進(jìn)的水平，有計(jì)劃的成套引進(jìn)一批先進(jìn)適用的機(jī)型、關(guān)鍵設(shè)計(jì)技術(shù)、軟件、關(guān)鍵制造工藝、控制保護(hù)系統(tǒng)及測(cè)試技術(shù)。在消化、吸收的基礎(chǔ)上，努力創(chuàng)新，不斷提高關(guān)鍵部件的國(guó)產(chǎn)化率和設(shè)計(jì)、制造、配套能力。盡快開發(fā)出運(yùn)行可靠，性能價(jià)格比高，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、成套的國(guó)產(chǎn)機(jī)組。建議在中西部（如:成都、武漢）建立燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)機(jī)組研發(fā)中心及制造基地，將產(chǎn)品盡快推向國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)。（4）加強(qiáng)關(guān)鍵高溫金屬材料的引進(jìn)生產(chǎn)和科研攻關(guān)。目前燃?xì)廨啓C(jī)最高初溫達(dá)到1500°C~1600°C，國(guó)外直接采用最先進(jìn)的航空、航天工業(yè)新材料。國(guó)外廠家一般不會(huì)轉(zhuǎn)讓最先進(jìn)的制造技術(shù)，國(guó)內(nèi)應(yīng)軍民結(jié)合，產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合，組織聯(lián)合科技關(guān)，盡快實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵材料國(guó)產(chǎn)化，以降低成本。加強(qiáng)燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)機(jī)組轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)和振動(dòng)分析、故障診斷和處理研究，特別是對(duì)單軸(即由壓氣機(jī)+燃?xì)馔钙?汽輪機(jī)+發(fā)電機(jī)串聯(lián)成一根單軸)大型機(jī)組的壓氣機(jī)喘振及軸承振動(dòng)的快速診斷、處理。我國(guó)煤炭資源較豐富，為替代常規(guī)燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組，目前燃煤的燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)技術(shù)已成熟。當(dāng)采用9H型燃?xì)廨啓C(jī)組成IGCC聯(lián)合循環(huán)時(shí)，單機(jī)功率可提高到550MW，供電效率可增升到50%?62%。國(guó)家應(yīng)加速IGCC整體煤氣化燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)發(fā)電的步伐和燃煤潔凈發(fā)電機(jī)組的進(jìn)程，以適應(yīng)中國(guó)電力工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要。工業(yè)的發(fā)展影響著國(guó)家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和發(fā)達(dá)程度，我國(guó)有大量中小燃煤火電機(jī)組在效率偏低，環(huán)境污染嚴(yán)重的情況下運(yùn)行。采用