V94.3型燃气—蒸汽“一拖一”联合循环机组应用研究

V94.3型燃气—蒸汽“一拖一”联合循环机组应用研究

杨哲

河北华电石家庄热电有限公司  050010

摘要：燃气-蒸汽联合循环机组作为国家新型热电模式，以其能源利用率高、负荷调节性能好、清洁环保污染少等优点，深受电力行业各企业的广泛青睐。同时，作为电力行业的高端先进技术，燃气轮机联合循环机组的控制系统具备自动化集成程度高、控制性能精确性好的特点。因此，研究国内新型燃气轮机联合循环机组的控制系统，对系统结构进行分析，深入理解控制系统的设计与应用，为实现大型燃气轮机国产化打下基础。V94.3A型燃气轮机是从西门子引进设备的主要机型，从设备的整体质量水平来看，该机组的整体性能和运行中的实际可靠性，在世界重型燃气轮机中处于领先地位。

关键字：联合循环机组；燃气轮机；性能

1.研究背景

　　近年来，随着环保压力的不断提升，燃气机组在各个电厂中的应用越来越广泛。长期以来，煤电是我国乃至世界电力工业的主导，但依靠燃煤的蒸汽轮机电站来实现发电存在着供电效率不高的问题。同时，燃煤的蒸汽轮机的日益严重的煤电污染排放的问题给社会的发展带来了一定的压力。而燃气轮机，特别是目前生产的大型燃气-蒸汽联合循环机组，由于具有效率高、启停速度快、调峰性能好、环保性能好、占地少、运行自动化程度高等优点，逐渐受到电力行业的青睐，很好地解决了燃煤电站所面临的两大问题。

2. V94.3A型燃气轮机概述

2.1 V94.3A型燃气轮机介绍

　　V94.3A型燃气轮机在西门子原有的各项成熟技术的基础上，又有很多新颖的设计。与以往设计的燃气轮机相比，V94.3A型燃气轮机还拥有多方面创造性的设计。V94.3A型燃气轮机的叶轮之间，通过Hirth齿啮合，并通过中心拉杆轴向固紧。同时，转子的设计，采用中空结构，具有重量轻、强度高的优点，使转子可以满足快速启动的要求，利用发动机作为启动的电动机，可使其在6分钟内达到额定转速。由于它产生的失速扭矩小，即使在极少发生的超高负荷状况下，仍能保持运行，并且在任何运行条件下各级轮盘均可以单独自由膨胀。在第一次完成动平衡后再检修期间拆装轮盘后不用再做动平衡。

　　在压气机上对压比设计点进行优化设计，此外采用控制扩散翼型，并使用可调进口导叶。高效率的轴流式压气机采用三段放风方式进行控制，可以正对不同工况下压气机通流部分的不同区域工况条件进行分别处理，同时通过可调节进口导叶在保证稳定风量的前提下，是压气机处在最佳效率状态下运行。即使负荷变化，进口可调导叶仍能保证机组的排气温度保持不变，且输出功率维持在较高的范围内，允许在一定的超速或低速范围内运行。

　　燃烧器采用干式低NOx，环形燃烧室对冷却空气的要求低，为了降低NOx的排放，可以通过喷入冷却空气的方式实现，当出现由于流动以及温度分布不均造成透平入口温度升高时，仍能保证低 NOx的排放。在特殊情况下同样可以通过喷水或者喷整齐的方式达到降低 NOx的目的。它的系统采用了多燃料多燃烧方式，气体与液体燃料情况下都能保证灵活、稳定、清洁地燃烧，而且它可以实现天然气与燃料油的相互切换，在60%负荷工况下仅需要5分钟就可以实现无扰切换，而在 40%-50%负荷工况下可以实现扩散燃烧到预混燃烧的无扰切换。

2.2燃气—蒸汽联合循环系统介绍

    燃气-蒸汽联合循环发电机组顾名思义就是将燃气轮机循环发电、余热锅炉、蒸汽轮机循环发电联合在一起的整个系统。燃气轮机带动同轴的燃机发电机旋转发电，燃气轮机做功后的尾气（达600℃左右）进入余热锅炉将水加热为过热蒸汽，过热蒸汽再进入汽轮机做功，带动汽轮发电机发电的整个循环过程，再配以各种辅助系统、测量、监控系统等就构成了燃气—蒸汽联合循环发电机组系统。

    由于燃气轮机循环的排气温度高达600℃，且排气流量高达700kg/s，因而有大量的热能随着高温燃气排入大气。而对于蒸汽动力循环（朗肯循环）来说，由于材料耐温、耐压程度的限制，汽轮机进汽温度一般为540～560℃，但是蒸汽动力循环放热的平均温度很低，一般为30～38℃。燃气轮机的排气温度正好与朗肯循环的最高温度相接近，形成一种初始工作温度高而最终放热温度低的燃气一蒸汽联合循环，在系统中能源从高品位到中品位被逐级利用，形成能源的阶梯利用。

2.3联合循环中的汽轮机特点

（1）滑压方式运行，无调节级

　　　联合循环中的汽轮机一般采用滑压运行方式，不参与机组功率调节。这是因为在联合循环中，汽轮机的功率须跟随着余热锅炉的产汽量和产汽参数的变化而变化。汽轮机在约100%（额定负荷）-45% 滑压， 而后定压运行，保持高效率 。

（2）重视蒸汽工质除湿措施

　　　特别当联合循环采用非再热循环时，汽轮机后几级蒸汽湿度会比常规火电站汽轮机者大，在湿度大的区域设置排泄孔或疏水捕获栅等。九期余热锅炉采用再热系统。

（3）末级叶片相对长

　　在常规的汽轮机中，排向凝汽器的蒸汽流量只有主蒸汽流量的70%左右，而在联合循环的双压或三压式的蒸汽循环系统中，排向凝汽器的蒸汽流量却可能比主蒸汽流量大30%左右。因此在相同功率等级时，联合循环中汽轮机的末级叶片就相对比较长，以增大其通流能力和换热面积。九期低压模块采用东方汽轮机厂成熟30万等级机组低压模块。

（4）适应快速启停

　　为了使联合循环机组能快速起停，要求汽轮机汽缸和转子加热快，差胀小，在结构设计和间隙设置方面都要特殊考虑。如全周进汽，无调节级等。

2.4循环水系统介绍

从系统流程来看：冷却塔冷却后的水，经循环水泵提升后，通过压力管道进入凝汽器和开式水系统：水在凝汽器中吸热后，再通过循环水压力管道将热水送入冷却塔冷却，此后再进行下一个循环；在开式水中分别对闭式水热交换器、真空泵冷却器、润滑油冷却器进行冷却。4台循环水泵（配双速电机）及2座共10格的机力通风冷却塔，其中5格组成1组，两组背靠背布置。2A/3C机力通风冷却电机采用380V电源，就地有控制柜。可实现就地启停功能。6KV冷却塔风机就地柜有监控油温、油位和振动功能。机力通风塔冷却风机的直径可达9.7米。水泵型式:单级、双吸、水平中开、卧式离心泵。水泵台数（两台机组）：4台，均配双速电机。

总结：

　　从当前燃气轮机发展的形势来看，世界上能设计和生产重型燃气轮机的主导工厂有美国的GE公司、德国的Siemens、法国的Alstom和日本的三菱公司。我国三大动力集团的汽轮机厂投入重要力量研制高科技含量的9F系列燃气轮机，哈尔滨动力集团和美国通用电气(GE)组成的联合体共同生产109FA机型；东方电气集团和日本三菱组成的联合体共同生产M701F机型；上海电气集团与德国西门子组成的联合体共同生产V94．3A机型。预计至2030年左右，在全国电网中的总装机容量份额有望达到10％左右。未来燃机将会在我国获得广阔的发展前景。

参考文献

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[2]严俊峰. 燃气-蒸汽联合循环电厂控制方案比较[J].广西电力. 2014(03)

[3]康玉洁.燃气-蒸汽联合循环发电系统的现状和展望[J].电气时代. 2013(06)