燃气-蒸汽联合循环机组循环效率的分析

燃气轮机—蒸汽机联合循环发电机组调差系数优化整定分析与处理作者：***来源：《科技风》2021年第36期摘要：目前，隨着我国电力企业对节能环保越来越重视，以及电网对电厂调峰能力更高的要求，燃气轮机—蒸汽机联合循环电厂在广东电网中的比例不断增加，通过对燃机发电机和汽机发电机励磁系统调差系数进行优化整定，重点研究同套机组间无功分配、机组阻尼，并分析对电力系统稳定器（PSS）的影响，为燃气轮机发电机组的调差系数优化整定工作具有重要的意义。

关键词：励磁系统;调差系数;动态稳定;优化整定中图分类号：TM712随着我国经济的持续发展，国内的电力需求持续增加，电力需求量已处于世界首位。

目前，国内电网内的发电厂种类较多，其中火力发电以燃煤为主，而燃煤发电存在许多缺点，如热效率低、高污染以及调峰能力不足等。

燃气发电机组是市场新环境和世界环保需求推出的新主力发电机组，其中燃气轮机—蒸汽机联合循环发电机组具有建设周期短、效率高、污染小等优点在热电联产和冷点联产工程中积极作用[1]，随着电网对火力发电企业环保减排及调峰能力的越来越重视，燃气轮机发电机组在我国火力发电力所占比例不断增长。

燃气轮机—蒸汽机联合循环发电机组包括燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机、发电机以及辅机[2]，因此一套燃气轮机—蒸汽机联合循环发电机组为一台燃气发电机及一台汽轮发电机，两者通过各自的主变压器升压后并接在变电站，主接线如图1所示。

燃机发电单元与汽机发电单元的容量及主变短路电抗存在较大差异，因此需要对两台机组发电机调差系数进行调整优化。

调差系数是励磁系统中描述同步发电机无功电压外特性的参数，其值大其值大小不但对发电机电压和无功功率具有重要影响，也间接影响到电网电压水平[3-5]。

因此，对燃气轮机—蒸汽机组调差系数优化计算对电网系统稳定有重要作用。

1 励磁系统调差系数同步发电机励磁系统调差系数的定义如下：发电机在功率因数为0的工况下，发电机无功功率QG从0变化到额定值，发电机机端电压UG随之变化的变化率，调差系数实际是发电机电压调节特性曲线的直线斜率，公式如下所示：国内外对其中调差系数的极性有不同的规定，国内规定向下倾斜的曲线为正调差;反之，向上倾斜的曲线为负调差，斜率水平平行于QG轴的为零调差，特性曲线如下图2所示。

燃气—蒸汽联合循环机组热态启机经济性分析与优化摘要：本文在对影响广州大学城分布式能源站FT8-3型燃气—蒸汽联合循环机组热态启动过程延长的原因进行分析的基础上，提出了相应的优化措施，以缩短启动时间，节约能源消耗，提高机组启动过程的经济性。

关键词：启机优化运行经济性1概述联合循环（Combined Cycle Power Plant，CCPP）系统是由燃气轮机系统和蒸汽轮机系统联合起来的一套联合循环发电装置。

燃气—蒸汽联合循环是布雷顿循环与郎肯循环，按照温度对口，梯级利用的原理[[1] 林汝谋, 金红光.燃气轮机发电装置及应用[M]. 北京：中国电力出版社,2004.][1]，串联在一起的能量转换综合利用系统。

广州大学城分布式能源站引进美国普惠公司两套FT8-3轻型燃机（2*60MW），配国产武汽15MW抽汽凝汽式汽轮发电机组和21MW补汽凝汽式汽轮发电机组。

锅炉是中国船舶重工集团公司第七○三研究所生产的双压无补燃、自支持式结构、正压运行、自然循环余热锅炉。

能源站主要是为广州大学城一期18平方公里区域内10所大学提供冷、热、电能三联供。

2启机经济性分析与优化联合循环经济性的高低，表现在两个方面：设计制造优化和运行优化。

其中设计制造优化是联合循环经济性的前提，主要体现在汽轮机与燃气轮机的功率匹配上[[2] 钱育军.FT8-1燃气轮机联合循环的经济性能分析与改善[J].燃气轮机技术，2009，(1).][2]。

燃气轮机与汽轮机存在一定的匹配关系，一般情况下，重型联合循环的汽轮机与燃气轮机的功率比约为1:2；轻型联合循环的汽轮机与燃气轮机的功率比约为1:3，汽轮机功率占总功率的25~35%[[3] 清华大学热能工程系动力机械与工程研究所, 深圳南山热电股份有限公司. 燃气轮机与燃气—蒸汽联合循环装置[M]. 北京：中国电力出版社,2007.][3]，大学城能源站的联合循环就是按照此原则优化设计的。

运行优化是联合循环经济性的具体体现，因为在实际电力生产中，存在着频繁启停机组和变工况运行等情况，所以运行优化显得尤其重要。

燃气-蒸汽联合循环机组循环效率的分析摘要：最近几年，我国经济可以说是快速发展，而经济发展离不开能源，在我国，电力是能源利用的主要方式，我国70%以上的电力都是来源于以煤炭燃烧的火力发电。

但是，大量的煤炭燃烧造成了气候变暖、空气质量变差、雾霾严重等一系列的环境问题。

燃气-蒸汽联合循环机组的出现，使这种状况得到了解决，燃气-蒸汽联合循环机组在发电过程中使煤得到了更充分的燃烧，减少了污染物的排放，使环境污染问题得到了改善。

本文对燃气-蒸汽联合循环机组进行了研究，并分析了影响循环机组效率的因素。

关键词：燃气-蒸汽联合循环机组；发电；效率1、燃气-蒸汽联合循环机组概述燃气-蒸汽联合循环机组是一种节能型机组，能够最大程度上使煤得到洁净燃烧，不但可以减少环境污染，还能提高发电效率。

燃气-蒸汽联合循环机组是上个世纪90年代才出现并开始发展的，它是通过气体动力循环和蒸汽动力循环来完成工作。

气体动力循环是压气机将空气压进燃烧室，空气与燃烧室内的燃料进行燃烧，使温度升高，气体进行膨胀，烟气在膨胀的过程中进行做功，使热能转换成机械能推动燃气轮机进行发电。

做完功的烟气温度还很高，会进入到余热锅炉进行热能的回收，加大蒸汽的压强和温度，使蒸汽进行做功，并把能量转换成机械能进行发电。

这样，就完成了燃气-蒸汽联合循环。

2、燃气-蒸汽联合循环机组配置的型式燃气-蒸汽联合循环机组的配置设备一般包括燃气轮机、蒸汽轮机、余热锅炉、发电机和其他硬件配置等。

根据硬件配置的不同通常分为单轴循环机组和多轴循环机组。

下面针对这两种型式进行简单分析：单轴燃气-蒸汽循环机组的硬件配置是比较简单的，燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机和发电机组是同轴转动，在整个发电运作过程中依靠一个轴进行工作。

这是出现比较早的循环机组，配置和运作都比较简单，在工作效率上也有欠缺的地方，能源无法实现洁净燃烧，无法进行完全利用。

所以，这种型式的循环机组也逐渐被更先进的型式所取代。

发电燃气轮机效率的分析及提高措施摘要：燃气轮机具有效率高、占地面积小、调峰性能好、工期短、用水量低、启停方便、运行可靠等优点。

所以，燃气轮机发电的应用越来越广泛。

对燃气轮机发电效率进行了分析，并对提高发电效率的方法和措施进行了探讨。

关键词：发电；燃气轮机；效率；提高措施引言近几年来，随着科技的不断创新与发展，燃气轮机技术得到了迅速的推广和发展，伴随着科技的更新换代，如何有效地提高燃气轮机的效率，降低能耗，节约能源，越来越多的人在探索。

1燃气轮机的工作原理燃气轮机的工作原理并不复杂，就像喷气机的引擎一样。

气体通过燃气轮机进口进入，压缩空气的叶片增加空气的压力，从而进入燃烧室。

气体注入燃烧室后再点火。

这种气体在燃烧过程中受热时迅速膨胀。

然后进入涡轮区域，经过第一级叶片，推动叶片一步一步地跳动，直到气体从出口排出。

叶片的转动带动轴的转动，也使轴上的机器转动，最终实现气缸的联动操作。

燃气轮机的具体工程过程如下：天然气通过压缩机装置连续吸入燃气轮机。

经过有效压缩后，压缩空气被送回燃烧室，然后与天然气充分结合，然后燃烧。

在这个过程中，会形成高温气体。

此时气体迅速膨胀进入燃气轮机形成高温气体，此时气体迅速膨胀，使涡轮不断转动，从而使涡轮不断转动。

高温气体加热后，其工作能力的提高最为明显。

因此，当燃气轮机驱动压缩机时，有一部分剩余功率作为燃气轮机的输出。

像机械工作一样，它能驱动起动机。

燃气轮机启动时，起动机转动是必不可少的。

当速度达到预期值时，设备可以独立运行。

这时，起动机的作用才能得到有效发挥。

2影响燃气轮机热效率的主要因素燃气轮机在使用过程中，影响其热效率的因素很多，如大气温度、压力、空气相对湿度、海拔、燃料种类等，都会导致热效率的变化。

接着，对其产生的具体影响进行论述和分析。

第一个是大气温度。

在这些因素中，大气温度对燃气轮机及其循环性能的影响最大。

随着气温的升高，空气的比容也会增加，同样质量的空气流量也会减少，这将大大降低燃气轮机和联合循环的产量。

燃气—蒸汽联合循环在世界范围内，使用化学燃料通过热力动力机械发电的火力发电量仍然占据最高的比例。

从节约资源和保护环境等各方面来说，作为一种重要的发电装置，火力发电机组首先要求有高的热效率。

在大型热力发电设备中，目前技术水平比较成熟的，能够经济地大规模应用的只有燃气轮机和蒸汽轮机。

但是它们的热效率都不高，一般都在38—42%左右，即使最先进的燃气轮机热效率也只能达到42—44%，最先进的超临界参数蒸汽轮机热效率也只能达到43—45%。

对这两种热力机械所使用的热力循环进行分析。

燃气轮机燃气初温很高，目前的技术水平一般能达到1350—1430℃，因此燃气轮机中的热力循环平均吸热温度高，但是它的排气温度也就是循环低温也高，一般要达到450—630℃，所以燃气轮机热力循环的卡诺效率不高。

蒸汽轮机虽然循环低温较低，也就是蒸汽的冷凝温度可以降低到30—33℃，但是由于受到材料上的限制，它的蒸汽初温不高，在目前的技术水平下一般难以达到600℃，即使采用再热之后，平均吸热温度也不会太高，所以蒸汽轮机热力循环的卡诺效率也不高。

进一步分析可以发现，蒸汽轮机蒸汽初温一般在535—565℃以下，所以实际上只要有570—610℃的热源就可以让蒸汽轮机工作，而燃气轮机的排气温度就很高，在排气中蕴含着大量的热能，能够给蒸汽轮机提供所需要的热能。

因此如果使用燃气轮机排气作为蒸汽轮机的热源，蒸汽轮机就可以不额外消耗燃料了。

也就是说，蒸汽轮机可以回收燃气轮机的排气热量，额外发出一些有用功，这样就相当于增加了燃气轮机的热效率。

如前所述，目前先进的燃气轮机和蒸汽轮机的热效率基本相当，都在38—42%左右，那么，此时这个相当于增加了燃气轮机热效率的系统，热效率必然比单纯的燃气轮机和蒸汽轮机都高。

实际上，如果把上述由燃气轮机和蒸汽轮机组成的系统看成一个整体，那么在它的热力循环中，循环高温就是燃气轮机的循环高温，而循环低温则是蒸汽轮机的冷凝温度。

燃气 -蒸汽联合循环机组运行经验总结燃气—蒸汽联合循环具有效率高、环保性能好、自动化程度高、运行可靠性高、运行方式灵活等特点，是当今世界最受青睐的发电技术之一。

近年来，国家大力发展燃气发电机组，以江苏为例，2020年全省已有大小燃气发电企业39家，燃机数量共计83台，因其启停迅速、负荷调节速度快的特点在电网调峰起到至关重要的作用，已在发电企业中牢牢占据一席之地。

本文以金坛热电公司燃气—蒸汽联合循环机组为例，简单总结一下机组启停操作及运行经验。

金坛热电公司燃气—蒸汽联合循环机组装机容量为436MW/套，燃机本体为GE公司提供的9FB机型，型号为PG9371FB，简单循环机组出力为294.16MW（设计工况）。

燃机由一台18级的轴流式压气机、一个由18个低NOX燃烧器组成的燃烧系统、一台3级透平和有关辅助系统组成。

汽轮机为国内首台引进GE公司A650型汽轮机进行优化设计的改进型，型号为LC110/N160-15.68/1.44/0.42，三压、再热、反动式、抽凝、轴向排汽汽轮机，汽轮机采用低位布置，分高压缸、中低压合缸，通流部分由高压27级、中压12级、低压6级压力级组成。

余热锅炉型号为MHDB- PG9371FB-Q1，由东方菱日锅炉有限公司生产。

燃机出口不设置旁通烟道，余热炉进口烟道膨胀节直接与燃机扩散段法兰相连。

露天布置，无补燃、自然循环，卧式炉型。

锅炉具有高、中、低三个压力系统，一次中间再热。

过热、再热汽温采用喷水调节。

燃气—蒸汽联合循环机组的主要工艺流程：天然气在燃气轮机内直接燃烧做功，使燃气轮机带动发电机发电，燃烧产生的高温尾气通过余热锅炉，加热锅炉给水，产生高温高压蒸汽后推动蒸汽轮机，带动发电机发电。

启动过程简述燃机GE的9FB燃气轮机在机组启停过程中已实现了完全的自动控制，当燃机满足启动条件Start Check完成后，从点击Auto Start发启动令、高盘清吹、降速点火、暖机、升速、起励建压，只需要30分钟左右，全程无需任何操作及干预，在此过程中需加强对程序进行的正确性及燃机振动、分散度、燃烧脉动的监视。

燃气-蒸汽联合循环机组技术发展及运行原理分析摘要:在单机设备效率提高越来越困难的情况下,要提高热力系统的效率,就必须做到能源梯级利用,以充分利用各品位的热能,提高整个系统的效率。

在这种背景下就开始出现了各种联合循环方案。

本文在此背景下主要对燃气-蒸汽联合循环机组技术发展及运行原理进行分析。

关键词:燃气-蒸汽联合循环机组技术发展运行从世界电力工业发展的历程来看,以往人们主要依靠燃煤的蒸汽轮机电站来实现发电目标。

在这个领域内,工程师的研究主要集中于提高燃煤电站的单机容量和供电效率以及解决因燃煤而造成的污染问题。

改善供电效率的主要方向是:提高蒸汽的初参数并改进其热力循环系统的设计。

目前,效率高、污染低的燃气-蒸汽联合循环发电机组开始受到重视,并获得了巨大的发展。

联合循环由于做到了能量的梯级利用从而得到了更高的能源利用率,又因为使用干净的能源如石油和天然气,所以对环境造成的污染也很小。

1燃气-蒸汽联合循环机组技术发展就世界电力工业发展的历程来看,以往人们主要依靠燃煤的蒸汽轮机电站来实现发电目标的。

在解决因燃煤而带来的污染问题方面,人们首先致力于解决粉尘的排放问题,进而向解决NOx和SOx的方向发展。

目前,粉尘的排放问题基本上已获得比较满意的解决,NOx的问题已能在锅炉中改用低NOx燃烧器的方法得以控制。

但是无论是在燃烧前、燃烧中或燃烧后处理SOx的排放问题,都是很花钱的,许多方案都还在研究之中。

目前,世界上在解决SOx的排放问题上用得最普遍的方法是采用尾气脱硫装置(FGD)。

可是这种装置的费用很高,它大约要占全电站总投资费用的20%～25%,运行费用也很昂贵。

天然气是清洁环保的化石燃料,通过低NOx燃烧器的作用,NOx的排放量可以控制在10ppm以下,而CO2的排放量则可以比燃煤或燃油者降低50%左右。

目前,天然气储量丰富,价格便宜,这为燃气轮机及其联合循环的发展提供了有利的条件。

与传统的燃煤的蒸汽轮机电站相比,燃气轮机及其联合循环的优点是:(1)供电效率远远超过燃煤的蒸汽轮机电站。

燃气-蒸汽联合循环双压、三压再热余热锅炉性能分析作者：***来源：《科技风》2020年第25期摘要：燃气-蒸汽联合循环机组热效率高、环保效果好，在全世界范围内得到了广泛应用。

余热锅炉作为联合循环系统中的重要设备，连接着燃气轮机和蒸汽轮机，起着承上启下的作用。

研究如何提高余热锅炉的热力性能，充分挖掘其回收余热的能力，是提高机组整体热效率的重要途径。

本文比较了某工程Siemens STG5-2000E机组，双压余热锅炉、三压再热余热锅炉热力参数、机组发电量、机组热耗、系统效率，得出机组最佳配置方案。

关键词：联合循环;双压余热锅炉;三压再热余热锅炉;机组性能Abstract：Because of the high efficiency，good environmental protection effect，the gas-steam turbine combined cycle power plant （CCPP） has been widely developed all over the world.The heat recovery steam generator （HRSG） is a major equipment in the CCPP unit.The research on how to improve the performance of the HRSG and recover the heat of the flue gas as much as possible is an important way to improve the thermal efficiency of the CCPP.The performance including plant output，heat rate，plant efficiency is compared and analyzed for a Siemens STG5-2000E CCPP project.Key words：Combined Cycle Power Plant;Dual Pressure HRSG;Triple pressure;single reheat HRSG;Plant Efficiency隨着燃气轮机单机功率和热效率的提高，燃气-蒸汽联合循环机组逐渐成熟，再加上世界范围内天然气能源的进一步开发，燃气-蒸汽联合循环在世界能源系统中的地位越来越重要，目前，联合循环的热效率已超过55%。

燃气-蒸汽联合循环热效率的估算方法研究摘要:以燃气-蒸汽联合循环系统为基础,根据黑箱子原理和热力学能量平衡定律考虑系统进入的总能与输出的总能,建立分析模型,给出燃气-蒸汽循环系统各设备的能量平衡和热效率的估算方法,并与精确计算相比较,得出估算方法是可行的｡关键词:燃气-蒸汽联合循环;热效率;估算Efficiency Estimation Method of Gas-steam Combined Cycle Thermal Efficiency Abstract: With gas and steam combined cycle system as the foundation, according to the black box principle and thermodynamic energy balance principle, a analysis model was built and a estimation method involved in energy balance and thermal efficiency of gas and steam combined cycle system unit was given in the paper. Compared with precise calculation, the estimation method is feasible.Key words: gas and steam combined cycle; thermal efficiency; estimation燃气-蒸汽联合循环是目前世界上供电效率最高的发电方式之一,其最高的供电效率已接近60%,较之传统的蒸汽发电方式供电效率提高近20个百分点[1,2]｡燃气-蒸汽联合循环是将天然气(包括焦炉煤气和高炉煤气)在燃气轮机的燃烧室中进行燃烧,产生的高温烟气在燃气透平中做功,燃气轮机排气的热量进入余热锅炉加热水产生蒸汽,然后蒸汽在蒸汽轮机做功｡整体循环系统利用了烟气和蒸汽两种工质,将勃莱敦循环和朗肯循环联系在一起,提高了整个系统的热效率｡燃气-蒸汽联合循环系统主要是由压气机､燃气轮机､余热锅炉､蒸汽轮机等设备组成[3,4],其结构示意图如图1所示｡对采用燃气-蒸汽联合循环发电电厂的能量的平衡计算和热效率的精确计算是十分困难的｡但是在实际工程中又需要了解联合循环系统中能量被转化和利用的份额,以便可以找到提高循环热效率的有效途径,这就需要一种估算循环热效率的方法｡研究以整体循环系统为基础,把整个循环系统作为一个黑匣子[5,6],根据热力学能量平衡定律考虑能量进入的总能与能量输出的总能,建立分析模型,给出燃气-蒸汽循环系统的能量平衡和热效率的估算方法｡1分析模型的建立以进入燃烧室的天然气为基准,建立模型计算循环热效率｡将系统进行简化,简化后的系统如下:能量在燃气轮机中只有做功和进入余热锅炉;余热锅炉内能量部分产生蒸汽,其余全部以烟气排向大气;进入蒸汽轮机的能量只有做功与经冷凝器损失到环境中去;并且忽略设备间能量传递的损失｡整个系统中输入的能量只有燃烧的天然气所含有的能量以及这些天然气完全燃烧所需要的空气携带的能量,输出的能量为余热锅炉中排烟携带的能量､经冷凝器损失的能量和做功输出的能量｡分析模型如图2所示｡设进入燃烧室的天然气含有的能量为Q入,天然气完全燃烧所需空气所携带的能量为Qa,燃气轮机的循环效率为ηgt,余热锅炉的效率为ηh,蒸汽轮机的效率为ηst,则能量在各设备中的分布如下｡在燃烧室中的能量分布为:Q入×ηr+Qa=Qs (1)式中Qs为进入燃气轮机的总能量;ηr为燃烧室的效率｡在燃气轮机中的能量分布为:(Q入×ηr+Qa)×ηgt+Qh=Qs(2)式中Qh为进入余热锅炉的能量｡在余热锅炉中的能量分布为:Qh=Qh×ηh+Q烟(3)式中Q烟为在余热锅炉中经烟气排向环境的能量｡在蒸汽轮机中的能量分布为:Q1=Q1×ηst+Q冷(4)式中Q1为进入蒸汽轮机中的能量;Q冷为蒸汽轮机中经冷凝器冷却所损失的能量｡在循环系统中输入的总能量为Q入+Qa,输出的能量只有余热锅炉排烟而损失的热量Q烟,蒸汽轮机经冷凝器损失的热量Q冷､燃气轮机和蒸汽轮机产生的电能(Q入+Qa)×ηgt+Q1ηst｡则该循环系统中损失的能量之和为Q冷+Q烟,利用的能量之和为(Q入+Qa)×ηgt+Q1ηst,循环的热效率为:ηcc= (5)2实例计算与分析有某一燃气-蒸汽联合循环系统,环境温度为30℃,其各设备的利用效率:燃气轮机燃烧室的效率为ηr1=0.98,燃气轮机的循环效率为ηgt=0.37,余热锅炉的热效率为ηh=0.75,蒸汽轮机的循环效率为ηst=0.33,燃料为四川纳溪天然气,其组成成分如表1｡则天然气完全燃烧所需的空气量为:VK=0.5H2*+0.5CO*+2CH4*+1.5H2S*+m+CmHn*(6)式中:H2*,CO*,CH4*,H2S*,CmHn*表示燃料中各种可燃成分的容积百分比｡空气在30℃时的焓值为373.01 kJ/Nm3则总能量Q总=Q入+Qa=3 504.5 kJ+35 588 kJ=39 092.5 kJ｡由公式(1)~(4),可以得出循环系统中各设备中能量利用和损失的情况,如表2所示｡由表2可知,系统做功的热能总量是20 185.39 kJ,损失的总能为18 907.12 kJ,循环的热效率为ηcc=51.63%,其中在循环的热效率中,燃气轮机做功的热效率为36.33%,蒸汽轮机做功的热效率为15.30%,在循环效率中燃气轮机与蒸汽轮机作功之比约为2∶1｡在能量的损失分布中燃烧室损失的热效率为1.82%;余热锅炉损失的热能为15.46%;蒸汽轮机损失的热能为29.43%｡在燃气-蒸汽循环系统的设备中能量的损失大小依次为蒸汽轮机､余热锅炉､燃烧室､燃气轮机｡在联合循环中燃气轮机的热效率高于蒸汽轮机,所以提高燃气轮机ηgt的作用将比同样程度的提高蒸汽轮机的ηst对于改善循环效率ηcc的效果更明显｡而提高燃气轮机燃烧室出口温度(亦即燃气轮机进气温度)T3､降低大气环境温度。

燃气—蒸汽联合循环机组变工况运行性能及影响因素分析摘要：近年来，燃气—蒸汽联合循环机组变工况运行性能问题得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。

本文首先对相关内容做了概述，分析了燃气—蒸汽联合循环基本工作原理，并结合相关实践经验，从多个角度与方面就燃气—蒸汽联合循环机组变工况运行性能及影响因素展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。

关键词：燃气—蒸汽联合循环机组；变工况运行性能；影响因素1前言作为燃气—蒸汽联合循环机组应用中的重要方面，对其变工况运行性能的探讨占据着极为关键的地位。

该项课题的研究，将会更好地提升对燃气—蒸汽联合循环机组变工况运行性能影响因素的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化其在实际工作中的最终整体效果。

2概述与传统燃煤机组相比，燃气—蒸汽联合循环机组无论是供电效率，投资费用、建设周期，还是用地用水都更有优势，并且，由于采用天然气或者液体燃料，排放物中SOx和NOx都更低，大大减轻了环境压力。

为此，研究燃气—蒸汽联合循环机组具有十分重要的现实意义。

在实际运行中，由于负荷是实时变化的，为了追随和跟踪负荷的变化，燃气—蒸汽联合循环机组的出力也将不断发生改变，换句话说，机组不是始终运行于额定工况，而是处于变工况的工作状态，这就要求燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机所对应的各类参数，如燃气初温、压比、空气流量、燃料流量等都将随运行工况而发生变化，这就需要探讨变工况状态下机组的运行性能，找出其响应的影响因素，以全面掌握燃气—蒸汽联合循环机组的工作性能。

3 燃气—蒸汽联合循环基本工作原理从上世纪60年代开始，燃机技术历经了四代发展历程，至90年代，鉴于燃气轮机联合循环机组投资小、建设周期短、运行效率高、排放低等优点，国外企业推出了高效率大功率机组，燃气初温1300℃，效率36%～38%，单机功率200MW的装置相继投入运行。

燃气轮机联合循环机组由于启停快，特别适合作为紧急备用电源，由于还能携带基本负荷、中间负荷也适宜于作调峰用。

燃气—蒸汽联合循环机组汽轮机冷端优化摘要燃气—蒸汽联合循环机组近年来发展迅速，在电网调峰、环保发电、中扮演了不可或缺的角色。

在整个联合循环机组中，=燃气轮机效率+（1-燃气轮机效率）余热锅炉效率*汽轮机效率，在此计算式中，汽轮机效率成为影响、可调因素中重要的一环，而对于汽轮机而言，排汽损失举足轻重。

如何降低汽轮机排汽损失，提升汽轮机效率优化汽轮机排汽端（冷端）运行，是本文研究重点。

关键词：联合循环机组汽轮机冷端优化效率厂用电率概况汽轮机冷端是指汽轮机排汽低压侧，通常涵盖汽轮机真空系统、循环水系统及凝结水系统。

根据汽轮机效率公式：=，在热端汽轮机进汽参数受燃气轮机排气及余热锅炉受热面影响，调整范围有限；在冷端降低汽轮机排汽焓能提升汽轮机整体效率，如何在保障机组安全的情况下降低排汽焓及辅机厂用电量、提升机组整机效率和降低机组厂用电率是本文燃气-蒸汽联合循环机组汽轮机冷端优化的方向。

正文汽轮机排汽焓由排汽压力、排汽温度及湿度三个因素决定的。

因汽轮机排汽为湿饱和蒸汽，排气温度可根据排气压力查表得知；汽轮机排汽压力因排汽汽阻会略高于凝汽器真空，但两者变化趋势一致，本文从凝汽器真空入手，探究燃气-蒸汽联合循环机组汽轮机冷端优化方式方法，提升汽轮机效率及降低机组厂用电率。

1、凝汽器真空值得选择凝汽器真空并不是越高越好，当凝汽器真空超过极限真空，汽轮机循环效率不升反降，同时汽轮机排汽湿度增加，导致汽轮机末几级叶片受“水蚀”的情况也越严重，不仅降低机组运行的经济性，也提升了主设备运行风险，以某燃气-蒸汽联合循环机组汽轮机数据为例，展示排汽压力变化对循环效率的影响：主蒸汽参数P0=8.83MPa，t0=535℃排汽压力/kPa 7.45.64.7 4.2 3.1 2.35循环效率增量（%）+1.1+0.40-0.3-1.0-1.7以上为例，排汽压力为4.7kPa 时，循环效率达最高值，此时对应的真空为极限真空。

通常选取汽轮机设备说明书中包含设计真空为调整目标值，或者根据汽轮机运行导则相关规定选取目标真空值，此两者均能在满足机组安全运行的情况下经济效率最大化。

燃气-蒸汽联合循环机组热经济性分析王茹发布时间：2023-05-31T05:25:16.973Z 来源：《中国电业与能源》2023年6期作者：王茹[导读] 燃气-蒸汽联合循环的优势在于对燃料中的化学能实现能的梯级利用，因具有良好的节能环保和投资效益而得到越来越广泛地发展和应用｡以安萨尔多AE64.3A型燃气轮机组为研究对象，分析外界因素对机组热经济性的影响，分析结果可为电厂运行提供指导性建议｡华电福新江门能源有限公司广东省江门市 529000摘要：燃气-蒸汽联合循环的优势在于对燃料中的化学能实现能的梯级利用，因具有良好的节能环保和投资效益而得到越来越广泛地发展和应用｡以安萨尔多AE64.3A型燃气轮机组为研究对象，分析外界因素对机组热经济性的影响，分析结果可为电厂运行提供指导性建议｡关键词：燃气-蒸汽联合循环；热经济性；外界因素供汽是我国重大的工业及民生保障工程，我国工业供汽主要方式为热电厂集中供汽､区域燃煤锅炉供汽等｡随着环保要求越来越严格，大量小型燃煤供汽锅炉被淘汰取缔，火电机组供汽压力逐渐增大｡安萨尔多AE64.3A型燃气轮机组燃气-蒸汽联合循环机组因热效率高､启停速度快､三废排放少､电热负荷响应迅速等优点，在供汽需求量大且集中､空气质量要求严格的广东地区发展迅速，在广东地区工业供汽中的占比逐年提高。

1研究背景长期以来，中国一次能源结构以煤为主，据预测，到2030年燃煤机组占中国发电装机容量的比例仍将高达58.5%，发电量则占65.7%｡大量燃煤造成了严重的环境污染，发展清洁能源已迫在眉睫｡天然气作为一种清洁优质的能源，其燃烧产物几乎不含粉尘､SO2等有害物质，CO2排放量仅为相同热值煤炭的56%，相对于燃煤发电，天然气发电在节能减排方面优势显著｡目前，燃气轮机及其联合循环机组以其高效低耗､低污染､建设周期短､启停方便､可用率高､安全可靠等优点，在中国正面临着飞跃性的发展机遇｡2燃气-蒸汽联合循环机组的基本工作原理燃气轮机是由压气机､燃烧室和燃气透平等主要模块组成的｡高速旋转的压气机通过从环境中吸入大量空气并进行加压，产生具有一定温度及压力的压缩空气，将其喷入燃烧室中与燃料进行混合燃烧成为高温､高压的燃气，再经过透平膨胀做功｡由于压气机耗功约占透平膨胀做功的1/2~2/3，故燃气轮机能输出一部分净功｡做功后的燃气仍具有较高的温度，且流量较大，这部分能量如果直接排入大气，将引起较大的能量损失，故可将燃气轮机排气引入余热锅炉，通过在余热锅炉中布置的换热器将烟气的余热传递给蒸汽轮机系统的给水，产生具有一定温度及压力的水蒸汽，送到汽轮机中去膨胀做功｡因此，燃气-蒸汽联合循环机组实质上是把燃气轮机的Brayton循环与蒸汽轮机系统的Rankine叠置在一起，实现了能量的梯级利用，从而提高了机组运行的热经济性｡3影响联合循环机组热经济性的因素3.1燃机负荷率对热经济性的影响由于燃机经常要参与调峰运行，频繁大范围的负荷波动导致燃气轮机排气参数经常发生改变，进而影响底循环系统的性能，最终对联合循环机姐的热经济性产生影响｡为定量分析燃机负荷率对联合循环机组经济性的影响，根据设汁厂商提供的热平衡图，基于MATLAB仿真平台模拟计算ISO工况下燃机100%负荷（100%GT）､燃机80%负荷（80%GT）､燃机75%负荷（75%GT）､燃机50%负荷（50%GT）的运行参数｡随着燃气轮机负荷降低，燃气轮机热耗率显著上升，汽轮机热耗率略微下降，联合循环热耗率上升幅度较小，联合循环机组的经济性变差｡当燃机负荷从100%GT降到50%GT时，燃机热耗率上升约31.5%，汽机热耗率下降约1.49%，联合循环热耗率上升约11.8%｡这是由于随着燃机负荷降低，燃料量减少，为保证燃气透平初温基本不变，IGV（进口导流叶片）角度关小，空气流量减少，此时燃气透平排气温度上升，进而提高了底循环系统的热经济性，汽机热耗率降低，从而减缓了联合循环热耗率的上升幅度｡3.2环境温度对热经济性的影响环境温度对联合循环机组热经济性的影响主要体现在影响压气机的进口空气质量和流量，由于压气机是旋转一定容积的空气压缩装置，空气密度随着环境温度的上升而下降，导致进入压气机的空气质量流量减少，压气机运行工况点将发生偏移，导致等熵压缩效率下降，压气机出口温度提高｡为保证燃气轮机输出功率不变，天然气进气流量将势必增加，使得燃气透平排气温度上升，燃气透平排气流量下降｡燃气轮机排气参数作为余热锅炉的入口边界条件，其变化将传递到余热锅炉及蒸汽轮机底循环系统，使得蒸汽轮机输出功率改变，从而对机组整体热经济性产生影响｡环境温度对联合循环热耗率的影响近似呈二次关系｡相同环境温度变化在不同燃气轮机负荷工况下对热经济性的影响不同｡在较高负荷工况（燃机负荷率≥75%），环境温度变化对联合循环热耗率的影响为负相关，即环境温度上升，联合循环机组经济性变好，在环境温度变化量[0℃~20℃]范围内，联合循环热耗率出现极小值，此时经济性最佳｡在较低负荷工况（燃机负荷率≤50%），环境温度变化对联合循环热耗率的影响为正相关，即环境温度下降，联合循环机组经济性变好，在环境温度变化量[-20℃~0℃]范围内出现极小值｡当外界环境温度偏离额定工况时，需要选择计算得到的相应工况下的热经济性影响曲线来指导联合循环化组的经济运行｡3.3大气压力对热经济性的影响大气压力提高，空气密度上升，压气机进气流量增大｡尽管由于压气机运行工况点因入口边界条件改变而偏离设计工况点，导致压比略微下降，但压气机出口空气压力将提离，压气机出口空气温度随压比下降而降低｡所以随着大气压力的提高，燃机效率将上升｡通过计算得出，大气压力变化对联合循环热耗率的影响近似呈线性关系；与大气压力对燃机热耗率的影响不同，联合循环热耗率随大气压力的提高而上升，这是由于随着大气压力的提高，燃气透平排气流量减少，进入余热锅炉的烟气热量减少，导致汽机功率下降，进而使得联合循环热效率下降；不同燃机负荷工况下，大气压力对联合循环热耗率的影响程度不同，负荷越低，大气压力变化引起的联合循环热耗率变化越大，这是由于随着燃机负荷的降低，压气机IGV角度将关小，导致压气机实际压缩过程的流动损失增大；大气压力对联合循环热耗率的影响总体较小，在100%燃气轮机负荷工况下，大气压力每增加1kPa，联合循环热耗率仅约上升1.238kJ/（kW·h）｡3.4叶片积垢影响在一定的环境条件和燃料品质下，正常运行中造成燃机性能下降的一个主要因素是压气机和透平的结垢｡例如A厂M701F型燃机满负荷时，压气机需提供600kg/s以上的空气，以满足燃机正常运行的需要｡由于空气中含有各种污物､灰尘和烟雾等悬浮物质，虽然在压气机进口处装有一粗一精的两级空气过滤器，但因为空气中大约90%以上的悬浮物小于2μm，压气机进气滤不可能将这些物质除尽，这些物质进入压气机后，随着运行时间不断增加，将会逐渐吸附在压气机叶片表面而形成结垢｡压气机叶片的气动性能在叶片积垢后产生衰退：阻力系数增大而升力系数减小，主要原因是由于叶片通道面积变小而导致性能曲线发生明显变化｡3.5大气湿度影响空气比热容会受到燃气轮机吸入空气的水蒸气含量的影响｡而空气比热容对燃气轮机的影响是多方面的：不仅影响压气机功耗，还影响燃气透平的做功量及燃气轮机的燃料量｡燃气轮机的效率及功率都受空气比热容的影响，也就是受大气湿度的影响｡燃机出力､热耗率都受到大气湿度的影响，其中燃机出力受大气湿度的影响更明显｡热耗率在大气湿度40%~60%范围内几乎保持不变，仅在大气湿度大于60%后才缓慢下降，而燃气出力随着大气湿度的升高而不断升高，而且升高的幅度也较大｡4结语为实现燃气-蒸汽联合循环供热机组的供热能力的最大化，保障供汽质量｡安萨尔多AE64.3A型燃气轮机组燃气-蒸汽联合循环机组热经济性进行分析与研究，但由于时间有限，这些研究还不够深入还有一些需要完善及进一步开展的研究工作：a）仿真平台以机组运行的设计工况数据为基准搭建的，需要进一步根据现场的实际数据进行修正；b）联合循环机组的热经济性的研究侧重于机组的稳定运行工况，对机组变工况状态分析较少，建议以后研究加大对变工况机组经济性的分析与研究｡参考文献：[1]杨承，黄志峰，马晓茜.联合循环热电联产机组变工况性能分析[J].中国电机工程学报，2017，37（12）：3514-3524.[2]居文平，吕凯，马汀山，等.供热机组热电解耦技术对比[J].热力发电，2018，47（9）：115-121.[3]裴哲义，王新雷，董存，等.东北供热机组对新能源消纳的影响分析及热电解耦措施[J].电网技术，2017，41（6）：1786-1792.[4]韩朝兵.燃气-蒸汽联合循环机组的能效监测及经济性诊断基[D].南京：东南大学，2015.。

大连理工大学硕士学位论文高炉煤气燃气—蒸汽联合循环发电的应用及分析姓名杨锐申请学位级别硕士专业动力工程指导教师谢蓉宋思远20081201大连理工大学专业学位硕士学位论文摘要钢铁企业在金属冶炼的工艺过程中会产生大量的富生煤气尤其是高炉煤气钢铁企业富生煤气的特点是热值低、污染大、回收难过去通常是放散到大气中从而造成了资源浪费和环境污染。

有些工厂是利用煤气锅炉燃烧煤气发电来进行回收但是通常效率不高而且排放也比较大。

目前先进的煤气回收装置就是采用燃气一蒸汽联合循环发电技术使循环效率大大提高排放量也大大降低。

对于钢铁企业而言燃气轮机能够高效利用高炉煤气且完全达到国家环保要求、符合能源政策并为节能减排作出较大的贡献同时投资回收速度也很快给企业自身带来可观的经济效益。

此外高炉煤气燃机还可以申请得到京都议定书项目的额外经济收入。

本论文主要是结合高炉煤气燃气轮机的生产和运行实践介绍燃机工艺流程在钢铁企业的应用以及对联合循环效率和运行经济性进行理论计算和实际运行的分析对比论证燃气轮机对钢铁企业在经济运行上的可行性和重要性以及来自三菱重工技术的高炉煤气燃气轮机对燃烧高炉煤气的突出优势给涉足燃机事业的人员和准备调研方案的企业提供参考和研究的依据。

关键词高炉煤气联合循环应用及分析高炉煤气燃气一蒸汽联合循环发电的应用及分析—纲——大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。

尽我所知除文中已经注明引用内容和致谢的地方外本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。

与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。

若有不实之处本人愿意承担相关法律责任。

学位论文题目直塑送氢燧氢二蒸盗珐佥堑巫发皇鲍座用及佥盘作者签名—二左乙—赶—一日期互生年生月二日大连理下大学硕士研究生学位论文大连理工大学学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于大连理工大学允许论文被查阅和借阅。

燃气轮机效率的分析及提高措施侯国君发布时间：2021-12-04T00:44:30.143Z 来源：基层建设2021年第26期作者：侯国君[导读] 燃气轮机效率的提高必然与燃气轮机工作过程的改进有直接关系山东电力建设第三工程有限公司山东青岛 266100摘要：燃气轮机效率的提高必然与燃气轮机工作过程的改进有直接关系，包括更好的循环方式、先进高温材料、高温部件的冷却和防腐技术、先进的机械加工技术、大型机械装备技术等。

关键词：发电；燃气轮机；效率；提高措施天然气是世界公认的清洁能源，燃气轮机发电有效率高、占地少、调峰性能好、建设周期短、耗水少、启停方便、运行可靠等一系列优点，因此，应用天然气的燃气轮机发电越来越受到各国的重视。

近20年来发达国家新增发电量中高效燃气蒸汽联合循环发电已占较大份额，在一些国家天然气发电已经占据主导地位。

1燃气轮机的工作原理燃气轮机的工作原理并不复杂，其与喷气式飞机的喷气引擎类似。

自然空气从燃气轮的进气口进入，通过压气的叶片将空气压力升高之后，空气进入到了燃烧室。

在与燃烧室内喷入的天然气混合之后点火燃烧，气体在燃烧受热之后将会急剧的膨胀，然后再进入到涡轮区，经过一级一级的叶片，逐级推动叶片的跳动，直到从出气口将气体排出为止。

叶片转动带动了轴的转动，也就转动了轴上带着的机械，最终实现了燃气轮的联合运转。

燃气轮机的具体工程过程如下所示：大气中的空气源源不断的被压气机装置吸入到内部，在经过多级压缩后，压缩空气再送入到燃烧室内，进而和天然气完全融合在一起之后燃烧，这个过程就会形成高温燃气，此时气体急剧膨胀，流入到燃气涡轮中借助膨胀原理实现做功，促使涡轮叶轮不断旋转，与此同时将压气机的叶轮带动起来一起旋转。

加热之后的高温燃气做功的能力提高是最为明显的，所以燃气涡轮在其带动压气机的同时，还会有一些剩余的功作为燃气轮机的输出。

作为机械功，达到带动发电机高速运行的目的。

2影响燃气轮机热效率的主要因素发电燃气轮机使用期间，影响其热效率的因素多种多样，如大气温度、压力、空气的相对湿度、海拔的高度以及燃料类型等都可能会导致热效率出现变化。