燃氣輪機在熱電聯產項目中的應用分析
摘要:
燃氣輪機是21世紀乃至更長時間內能源高效轉換和清潔利用系統的核心動力設備。介紹了燃氣輪機的發展現狀及其在熱電聯產項目中的應用，簡述了聯合循環和簡單循環燃氣輪機電廠的基本組合方式，並列舉了目前應用於熱電聯產項目的幾種主要燃氣輪機。闡述了燃氣輪機相對於常規火電機組的優勢，分析了影響燃氣輪機在熱電聯產項目中推廣的因素，並對燃氣輪機在我國的發展進行了展望。
關鍵詞:
燃氣輪機；聯合循環發電廠；廢熱發電
中國圖書館分類號:TK 479文獻識別碼:a。
燃氣輪機在供熱中的應用分析
熱電聯產項目
孫佩鳳，江誌強
(1.中國聯合工程公司，中國杭州310022；
2.中國華電集團公司，中國北京100031)
摘要:
燃氣輪機是21世紀乃至更長時期高效清潔能源系統的核心設備。介紹了燃氣輪機的發展現狀及其在熱電聯產項目中的應用。簡要介紹了燃氣輪機在熱電聯產項目中的兩種應用形式，即簡單循環燃氣輪機電廠和聯合循環電廠，並列舉了目前熱電聯產項目中廣泛使用的燃氣輪機。闡述了燃氣輪機電站相對於常規燃煤機組的優勢，分析了影響燃氣輪機應用的因素。此外，對燃氣輪機在中國的發展前景進行了評估。
關鍵詞:
燃氣輪機；聯合循環發電廠；熱電聯產
燃氣輪機由壓縮機、燃燒室、渦輪、控制系統和輔助設備組成。燃氣輪機的設計基於布萊頓循環。壓縮機(即壓縮機)不斷從大氣中吸入空氣並壓縮。壓縮空氣送入燃燒室，與註入的天然氣混合，點火燃燒；燃燒後產生的高溫煙氣立即流入燃氣輪機膨脹做功，推動渦輪帶動壓氣機葉輪壹起旋轉。被加熱的高溫氣體的做功能力顯著提高。因此，在渦輪驅動壓縮機的同時，仍有剩余功作為燃氣輪機的輸出功。
由於燃氣輪機的工質是高溫煙氣而不是蒸汽，因此可以省去鍋爐、冷凝器、水處理等大型設備。因此，燃氣輪機電站附屬設備少，系統簡單，占地面積小。
燃氣輪機可分為三類:重型燃氣輪機、工業燃氣輪機和航空改型燃氣輪機。重型燃氣輪機零部件重，大修周期長，使用壽命超過65438+萬h，主要用於滿足城市公共電網的需要。比如日立的H25和H80系列燃機，通用電氣的F級燃機，西門子的SGT-8000系列燃機，三菱的M701系列燃機和阿爾斯通的GT系列重型燃機等。工業燃氣輪機結構緊湊，壹般材質好，效率高。如Sola的T130燃機，西門子的SGT-800燃機，在熱電聯產項目中經常使用。航空改裝燃氣輪機是由航空發動機改裝而成的燃氣輪機，廣泛應用於航空領域，也用於發電及相關工業領域，如通用電氣的LM系列航空改裝燃氣輪機。航空改型燃氣輪機結構最緊湊，最輕，效率最高，但使用壽命短[65438+]
燃氣輪機自20世紀30年代誕生以來發展迅速。當今世界最新的G型燃氣輪機和H型燃氣輪機，單機功率為292~334 MW，發電熱效率達到了39.5%。其中，G型燃氣輪機組成的聯合循環單機功率可達489 MW，發電熱效率可達58.7%。H型燃氣輪機組成的聯合循環機組熱效率可達60% [3-5]。由H型燃氣輪機組成的聯合循環機組是目前火電循環效率最高的大型商用發電方式。而且與以煤為燃料的蒸汽輪機相比，燃氣輪機具有重量輕、體積小、效率高、汙染小、啟停靈活等優點。燃氣輪機發電機組可以在沒有外部電源的情況下快速啟動。操控性好。廣泛應用於電網中驅動高峰負荷，作為應急備用電源，也可承載中間負荷，能更好地保障電網安全運行[6]。
國內外科學界和工業界已經認識到，燃氣輪機將是21世紀乃至更長時間內能源高效轉換和清潔利用系統的核心動力設備。燃氣輪機在熱電聯產項目中的應用模式。38660.88868888666
燃氣輪機在熱電聯產項目中的應用形式主要有兩種:壹種是燃氣輪機聯合循環熱電廠；另壹個是燃氣輪機簡單循環熱電廠。
燃氣輪機聯合循環熱電廠由燃氣輪機、余熱鍋爐、汽輪機(背壓式、反抽式或凝汽式)和發電機組成。燃氣輪機排出的高溫煙氣通過余熱鍋爐回收煙氣中的熱量，得到高溫蒸汽，註入汽輪機發電。汽輪機的乏汽或在汽輪機中做功後抽出的部分蒸汽用於供熱，形式如下:燃氣輪機和汽輪機同軸推動發電機的單軸聯合循環；燃氣輪機和蒸汽輪機推動各自發電機的多軸聯合循環。單軸燃氣輪機聯合循環電廠比較大，比如通用電氣的9F系列機組。多軸聯合循環機組常見於中小型燃氣輪機聯合循環電廠。因此，對於電廠規模相對較小的熱電聯產項目，往往選擇多軸燃氣輪機聯合循環機組。
燃氣輪機簡單循環熱電廠由燃氣輪機和余熱鍋爐組成。這種類型的燃氣輪機熱電廠不配備汽輪機，而是通過余熱鍋爐直接向外界供熱。因此，這種類型的燃氣輪機熱電廠的熱效率比聯合循環燃氣輪機熱電廠低，大約30% ~ 35%。在熱電比和供熱成本方面，簡單循環燃氣輪機熱電廠也低於聯合循環燃氣輪機熱電廠[7]。
可以看出，燃氣輪機聯合循環可以大大提高電廠的整體熱效率，即使是由燃氣輪機和余熱鍋爐組成的沒有汽輪機的簡單循環燃氣輪機電廠，其發電效率也比常規的小型燃煤火電廠要高。
2熱電聯產項目中燃氣輪機的選型
熱電聯產項目接踵而至？以熱定電？原則上首先滿足外部對蒸汽負荷的需求，壹般發電需求比較小。因此，對於熱電聯產項目，大功率重型燃機的使用相對較少，往往會配備壹些中小型燃機。
世界上主要的中小型燃機有:Sola的T130燃機；日立H25和H80燃氣輪機；通用電氣公司的6F和LM系列航空改型燃氣渦輪發動機:西門子SGT-800燃氣輪機。各型號主要技術參數見表1(見下頁)(表中數據來自各燃機廠家的產品說明書，會因計算的天然氣熱值等參數而略有變化)。
表1中小型燃氣輪機相關性能參數
Tab.1
壹些燃氣輪機的性能參數
表1中，H25、H80、6F為重型燃氣輪機；SGT-800和T130為工業燃氣輪機；LM6000是壹種航空改型燃氣輪機。從表1可以看出，工業和航空改型燃氣輪機的單機發電效率明顯高於重型燃氣輪機，但燃氣輪機的排氣溫度相對較低。由於排入余熱鍋爐的高溫煙氣中含有的熱量相對較少，工業和航空改型燃氣輪機聯合循環火力發電廠的整體發電效率較低[8-9]。簡單循環燃氣輪機熱電廠
對於裝有汽輪機的燃氣輪機聯合循環，重型燃氣輪機的煙氣溫度高於工業燃氣輪機和航空改型燃氣輪機，排入余熱鍋爐的高溫煙氣含有相對更多的熱量，余熱鍋爐也產生更多的高溫高壓蒸汽用於汽輪機發電。因此，重型燃氣輪機聯合循環的整體發電效率高於工業燃氣輪機和航空改型燃氣輪機。大多數燃氣輪機聯合循環火電廠選擇重型燃氣輪機。
從能量的充分利用和梯級利用的角度來看，燃氣輪機聯合循環熱電廠比燃氣輪機簡單循環熱電廠更有優勢。目前，我國燃氣輪機熱電聯產項目多選用重型燃氣輪機組成的燃氣輪機聯合循環熱電廠，如浙江某熱電廠采用6F級燃氣輪機匹配余熱鍋爐和汽輪機，組成燃氣輪機聯合循環機組對外供熱供電，燃氣輪機聯合循環熱電廠整體熱效率約為60%。
但對於壹些對占地面積有嚴格要求的場合，如海上油氣平臺井，壹般可以選擇結構緊湊、效率高的工業燃氣輪機或航空改型燃氣輪機。
具體燃機型號的選擇可根據各項目的實際情況，如外部供熱參數及供熱、裝機容量、機組數量、占地面積、整體熱效率等進行分析計算確定。
3燃氣輪機聯合循環熱電聯產項目相對於常規熱電聯產的優勢[10]
與傳統的燃煤小火電熱電聯產電廠相比，燃氣輪機聯合循環熱電廠的優勢主要包括:
(1)高效:燃氣輪機聯合循環熱效率達到甚至超過60%，是壹般常規火電機組無法比擬的，甚至高於目前最先進的超超臨界機組，居各類火電機組之首。
(2)單位成本低:燃氣輪機聯合循環機組的單位容量成本約為400美元？KW-1，而常規火電機組成本600 ~ 1，000美元？kW-1；如果我國國產燃氣輪機的制造加工水平進壹步提高，燃氣輪機聯合循環機組的單位容量成本仍有很大的下降空間。
(3)低排放:燃氣輪機聯合循環不排放SO2、飛灰和灰渣；氮氧化合物的排放量也很低，壹般達到49.20毫克？M-3，甚至按要求低於30.75 mg？M-3水平，CO2排放量可為11.25毫克？m-3；環保性能優於現有火電機組。
(4)節水:燃氣輪機聯合循環機組以發電為主，燃氣輪機發電機的功率占總容量的70%。聯合循環機組的耗水量約為常規燃煤機組的1/3。這在壹些缺水地區尤為重要。如果選擇帶燃氣輪機和余熱鍋爐的簡單循環，整個電廠的冷卻水需求量將比常規火電廠大大減少。
(5)節地:燃氣輪機聯合循環機組不需要儲煤場和輸煤設施，占地面積僅為帶脫硫裝置的常規火電廠的1/3。這在城市和市區邊緣的供熱電廠尤為重要。(6)建設周期短:燃機聯合循環機組最適合模塊化設計，燃機各組成模塊可在工廠生產，運到現場吊裝，大大縮短了燃料氣。
(7)調峰性能好:通過余熱鍋爐的旁路煙囪，在不運行汽輪機和發電機組的情況下，燃氣輪機和發電機組的負荷可在20分鐘內達到100%，燃氣輪機和發電機組的負荷約占整個燃氣輪機聯合循環電廠額定負荷的70%，保證了燃氣輪機聯合循環良好的調節性能，實現了機組的日起夜停和調峰功能。
(8)運行維護人員少:由於燃氣輪機聯合循環電廠自動化程度高，采用了先進的控制系統，對電廠員工數量的需求大大減少。壹般同等容量的常規燃煤電廠，20% ~ 25%的員工就夠了。
4影響燃氣輪機在熱電聯產項目中推廣的主要因素
燃氣輪機聯合循環電廠在國外已得到廣泛發展，近年來在美國電力市場占據重要地位，歐洲的燃氣輪機聯合循環電廠也取得了長足的發展。目前，我國燃氣輪機聯合循環電廠能否大力推廣和發展，主要受制於以下三個因素:
(1)中國能為燃氣輪機發電行業提供多少天然氣資源；目前，我國部分燃氣輪機聯合循環電廠受燃料供應限制，年運行時間遠不及常規燃煤機組。
2012，用？西氣東輸？當二線的最後幾條幹線建成並投入運營後，整條輸氣管道每年將輸送300億立方米的天然氣。甚至未來可能在中國規劃建設？四行？還是？五號線？進壹步促進天然氣從西部地區輸送到東部地區開發利用。
此外，海上天然氣(東海和南海)的開發以及從沿海港口城市進口液化天然氣(LNG)也擴大了聯合循環發電的供氣條件。華北、東北、西北三大煤層氣資源儲量已探明，將逐步開采。
隨著天然氣氣源渠道的拓展，燃氣輪機聯合循環電廠的應用範圍將大大突破西氣東輸管網和海上天然氣的影響區域。
(2)如何合理確定天然氣價格，使燃氣輪機聯合循環發電的成本能夠與汙染嚴重的以煤為燃料的常規火電競爭。
必須指出的是，天然氣的價格對燃氣輪機和聯合循環的運行成本有決定性的影響。在燃氣輪機的三大發電成本(設備折舊費、機組運行維護費和燃料費)中，燃料費的比重高達60% ~ 65%。即使在天然氣原產地，運輸過程成本大大降低，天然氣價格也比東南沿海地區便宜，其成本仍占燃氣輪機發電成本的比例非常高[4]。
目前，作為工業企業和城市基礎設施的重要組成部分，許多中小型燃煤火電廠通常位於城市或郊區，這必然會對當地的大氣環境質量產生很大影響。中小型燃煤火電廠改造為燃氣輪機聯合循環火電廠，對當地環境質量的改善效果非常明顯，最容易被民眾接受和支持。
火力發電廠的燃料由煤改為天然氣。雖然合理調整了能源結構，提高了能源利用效率，減少了煤炭運輸中的損耗和浪費，但對於燃機聯合循環火電廠來說，燃料成本勢必會增加，所以爭取群眾和企業的理解和參與，是解決天然氣市場與成本關系的合理途徑。
政府在制定燃氣輪機聯合循環熱電廠的上網電價和供汽價格時，應考慮燃氣輪機的環保效益，適當提高上網電價和供汽價格，也是對天然氣高成本的壹種消化。
(3)從長遠來看，我國燃氣輪機整體行業水平的提高是決定我國燃氣輪機和聯合循環電廠能否大力推廣的重要因素。
燃氣輪機的發展水平代表了壹個國家重大裝備制造業的整體水平。目前，我國燃氣輪機技術水平與世界先進水平還有較大差距。燃氣輪機的核心部件依賴進口，燃氣輪機的每次大修費用都很高。如果部分燃氣輪機只能運回美國等發達國家，成本會更高。
近年來，為了促進燃氣輪機行業的發展，根據？市場換技術？中國燃氣輪機電站項目規劃批量建設的原則？捆綁？招標采購模式是國外先進的燃機制造企業與國內制造企業相互聯合，組成聯合體，對燃機聯合循環電站項目進行競爭性招標，以吸收和引進國外先進技術。在這個過程中，中國同時從世界三大電力集團(通用電氣、西門子、三菱)引進了F級重型燃氣輪機。在燃氣輪機設備制造國產化和國內燃氣輪機技術發展方面取得了良好的成績。在吸收引進國外先進燃氣輪機技術的基礎上，逐步實現了燃氣輪機聯合循環電站設備研發的國產化、國產化和知識產權自主化[11-65438+。
2008年，我國具有完全自主知識產權的110mw r 0110燃氣輪機點火並通過實驗驗證。其性能接近目前國際先進的F級燃機，對我國燃機設計、制造和加工的整體水平是壹個很大的提升[13-65433]
目前，我國燃氣輪機技術水平與國際先進水平的差距正在縮小，我國燃氣輪機在自主研發、制造等方面取得了長足進步。9月12，12，上海市科委重大專項？高溫合金葉片制造技術研究？通過專家驗收，這標誌著我國在燃氣輪機核心部件國產化、自主生產的道路上邁出了堅實的壹步。
從制約燃氣輪機聯合循環電站發展的三個因素和我國目前的相應情況可知，我國大力發展燃氣輪機聯合循環電站的條件已經具備，在不久的將來燃氣輪機聯合循環電站的快速發展將成為可能。
5摘要
實現節能減排，提高能源利用率，是中國能源結構調整的目標。隨著天然氣資源的開發利用和液化天然氣資源的引進，我國燃氣輪機聯合循環機組的數量將不斷增加。燃氣輪機聯合循環以其高效、清潔、靈活的特點，必將成為我國未來大力發展的壹種電廠類型。
目前可用於熱電聯產的中小型燃氣輪機的容量和整個熱電廠的供熱能力已經非常接近我國廣泛使用的汽輪機火電機組的規格。因此，在不改變外部系統，增加發電容量，不間斷供熱發電的前提下，可以在短時間內實現熱電廠以氣代煤的改造，投資少，電、熱費用合理。這也是燃氣輪機聯合循環熱電廠大力推廣的現實條件。
總之，燃氣輪機聯合循環機組在我國電力工業中的作用將逐步增強，燃氣輪機聯合循環火電廠的發展任重道遠，但前景十分光明。
參考資料:
[1]李。燃氣輪機的發展與中國的困境[J]，航空發動機，2011，37 (3): 1-7。
馬躍，季金鳳。燃氣-蒸汽聯合循環電站機組配置及選型分析[J].能源工程，2011 (6): 52-57。
蔣洪德。重型燃氣輪機的現狀及發展趨勢[J].熱力渦輪，2012，41 (2): 83-88。
清華大學動力機械與工程學院熱能工程系深圳南山熱電有限公司燃氣輪機及燃氣-蒸汽聯合循環裝置[M]。北京:中國電力出版社，2007。
劉宏，蔡寧生。重型燃氣輪機技術進展分析[J].燃氣輪機技術，2012，25 (3): 1-5。
[6]張榮剛，李文強。燃氣輪機在電力工業中的應用分析[J].企業技術開發，2011，30(10):122-123。
許，嚴波，，等.燃氣-蒸汽聯合循環(CCPP)發電在首鋼遷鋼公司的應用[J].冶金動力，2012 (1): 27-29。
劉祖仁，李達，張洋。海上燃氣輪機余熱資源的計算[J].中外能源，2012，17 (5): 99-103。
李達，張洋，孫怡。海上冷、熱、電、惰性氣體四位壹體供應保障技術探討[J]。石油和化學工業節能，2012(5):11-14。
[10]黃勇。中國發展聯合循環機組的背景和條件[J].中國科技博覽會，2011 (29): 372。
劉華強王。燃氣輪機在中國的應用分析[J].中國新技術新產品，2012，(6): 149。
【12】楊連海，沈秋農。大型燃氣輪機的自主制造[J].燃氣輪機技術，2006，19(1):11-14。
崔，陳，郭保亭。R0110重型燃氣輪機的發展[J].航空發動機，2011，37 (3): 8-165438。
[14]包大陸。R0110重型燃氣輪機氣缸結構研究[J].中國新技術新產品，2012 (9): 109。
妳看到了嗎？輪機工程技術範文？人們仍然看到:
1.輪機工程技術簡歷免費模板
2.輪機管理論文
3.船舶最新技術論文
4.農業機械技術論文
5.電廠工程技術管理論文