燃气轮机联合循环发电机组

天然气是被世界公认的清洁的能源，2000年我国天然气产量已经超过250亿m3。利用天然气发电对于环境保护具有极大的优越性，其主要表现在以下几个方面：④占地面积小，一般可为燃煤电厂的54%。②耗水量小，一般仅为燃煤电厂的1/3。③不需要为环保而追加新的投资。④不会引起水电建设造成的施工废水、弃碴的排放、料厂的占地、森林植被的受淹及移民等引发环境保护问题。⑤同火电厂相比，污染物的排放量低。

世界上利用天然气发电普遍采用燃气蒸汽联合循环电厂的形式，尤其是以天然气作为燃料的燃气蒸汽联合循环发电技术更为世界众多国家所重视。天然气电站运行灵活，机组启动快，启动成功率高，即可带基荷又可用于调峰，且宜于接近负荷中心。另外，燃气轮机发电机组电厂可在25(30)%～100%出力下可靠运行，利于提高电网的经济运行水平，燃天然气电站的可用率较高，约为90%～95%，高于燃煤电厂。可大大改善煤电机组的运行工况，以及降低煤耗，对于提高电网的运行质量、解决其运行存在的矛盾，不失为一有利的选择。

同时天然气燃烧过程中，所产生的影响人类呼吸系统健康的氮化物、一氧化碳、可吸人悬浮微粒极少，几乎不产生导致酸雨的二氧化硫，而产生导致地球温室效应的二氧化碳的排放为煤的40%左右，燃烧之后也没有废渣、废水。天然气有转换效率高，环境代价低，投资省和建设周期短等优势，积极开发利用天然气资源已成为全世界能源工业的主要潮流，目前全世界发达国家， 与燃煤电厂总安装容量已接近1:1，并大有超过趋势，我国政府也积极鼓励发展燃气轮机联合循环热电联供、推动燃气轮机电厂的发展。

由于燃气轮机联合循环发电机组是燃气轮机、发电机与余热锅炉、蒸汽轮机（凝汽式）或供热式蒸汽轮机(抽汽式或背压式)共同组成的循环系统，它是将燃气轮机作功后排出的高温乏烟气通过余热锅炉回收转换为蒸汽，送人蒸汽轮机发电，或者将部分发电作功后的乏汽用于供热。常见形式有燃气轮机、蒸汽轮机同轴推动一台发电机的单轴联合循环，也有燃气轮机、蒸汽轮机各分别与发电机组合的多轴联合循环。主要用于发电和热电联产，燃气轮机联合循环机组具有以下独特的优点：①发电效率高：由于燃气轮机利用了布朗和朗肯二个循环，原理和结构先进，热耗小，所以，联合循环发电效率近57-58%，而燃煤电厂(0.75～1000)MW机组发电效率仅20%～48%。②环境保护好：燃煤电厂锅炉排放灰尘很多，二氧化硫多，氮氧化物为200PPM，必须加装脱硫（效率90%左右）、脱硝（效率（90%左右）及电除尘后（经脱硫、脱硝装置进一步除尘后每立方米含尘小于30豪克，比在家里的灰尘还少）使排放物除二氧化碳外均高于一般环境标准。燃机电厂余热锅炉排放无灰尘，二氧化硫极少，氮氧化物为(10～25)PPM。⑧运行方式灵活：燃煤电厂启停时间长，适合作为基本负荷运行，调峰性能差。燃机电厂，不仅能作为基本负荷运行，还可以作为调峰电厂运行；燃机为双燃料(油和天燃气)时，还可以对天然气进行调峰。④消耗水量少：燃气一蒸汽联合循环电厂的蒸汽轮机仅占总容量的1/3，所以用水量一般为燃煤火电的1/3，由于凝汽负压部分的发电量在全系统中十分有限，国际上已广泛采用空气冷却方式，用水量近乎为零。此外，甲烷(CH4)中的氢和空气中的氧燃烧还原成二氧化碳和水，每燃烧1m3天然气理论可回收约1.53kg水，每公斤可回收2.2kg水，足以满足电厂自身的用水。⑧占地面积少：由于没有了煤和灰的堆放，又可使用空冷系统，电厂占地大大节省，占地仅为燃煤火电厂的10%～30%，节约了大量的土地资源，这对地少人多的中国非常重要。⑥建设周期短：燃气轮机系统发电的建设周期为8～10个月，联合循环系统发电的建设周期为16～20个月，而燃煤火电厂需要24～36个月，回收快。燃机所需燃料一般为液体或气机，燃料价格高，除非用于调峰，否则从经济性角度来讲不适用于带基本负荷。目前全世界正在发展整体煤气化发电技术（简称IGCC），也就是将煤磨粉后不完全燃烧变成煤气后除尘进燃气轮机燃烧发电的技术，但煤粉气化装置造价高，布袋除尘器运行费用高，目前该技术正转向应用阶段，国内的华电、神华等集团正在申请IGCC项目。从中国燃料分布及拥有上，及机组效率上看发展该技术有发展前景，但该机组每千瓦造价要远高于1000MW超超临界机组，投资成为瓶井。

联合循环技术还可用于太阳能热力发电技术、核电站联合循环技术（DT联合循环），用于提高该类发电技术的蒸汽参数，从而提高效率，减少热污染。

《燃气轮机与联合循环》为普通高等教育“十一五”国家级规划教材。《燃气轮机与联合循环》全书共八章：第一章从热功转换有效性的视角引出了燃气一蒸汽联合循环发电方式，介绍了联合循环的原理、类型和特点，分析了余热锅炉型联合循环的基本特性；第二章根据热力学原理分析了燃气轮机的基本特性；第三章介绍了燃气轮机各部件的工作原理和特性；第四章分析了燃气轮机的整体结构特点和运行调节特性；第五章简要介绍了联合循环所用余热锅炉、汽轮机和其他一些热力设备的工作原理和特性，并分析了联合循环机组的整体布置方案；第六章介绍了燃气轮机与联合循环的运行与控制系统，第七章介绍了燃煤流化床和整体煤气化联合循环；第八章简要介绍了几种新兴的、以燃气轮机为核心的联合循环。每章之后都附有思考题，部分章节还附有练习题。《燃气轮机与联合循环》既可作为普通高等院校能源动力类热能与动力工程专业本、专科高年级学生的选修课教材，也可供有关专业研究生及从事电站研究、设计、试验、运行等工作的技术人员和管理人员阅读参考 。

燃气轮机联合循环，又称燃气—蒸汽联合循环，是指将燃气轮机和蒸汽轮机组合起来的一种发电方式，主要由燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机三部分构成。

燃气轮机联合循环（combined-cycle gas turbine，CCGT），又称燃气—蒸汽联合循环，是指将燃气轮机和蒸汽轮机组合起来的一种发电方式，主要由燃气轮机（压气机、燃烧室、透平、控制系统和辅助系统）、余热锅炉、蒸汽轮机三部分构成。常用的GTCC发电方式有余热利用式和排气再燃式两种。

压气机吸入空气压缩后送入燃烧室内，使燃料（油或天然气）燃烧产生高温高压燃气，进入燃气轮机膨胀做功发电，再将燃气轮机排出的气体引入锅炉（余热锅炉），作为锅炉的热源，利用锅炉产生的蒸汽进入蒸汽轮机再发电。这样就形成了燃气轮机和蒸汽轮机共同作为原动机的联合循环发电系统。余热利用式的系统简单，燃气轮机出力占总出力的比例大，蒸汽轮机不能单独运行；排气再燃式系统运行控制系统复杂，蒸汽轮机出力占总出力比例大，蒸汽轮机可单独运行。 2100433B

前言

绪论

第一章 联合循环概论

第一节 联合循环的热力学原理

第二节 联合循环的类型及特点

第三节 常规余热锅炉型联合循环

思考题

第二章 燃气轮机的热力循环

第一节 主要参数和性能指标

第二节 理想简单循环的特性

第三节 实际简单循环的特性

第四节 联合循环燃气轮机的设计压比

第五节 复杂循环简介

第六节 循环计算

思考题

练习题

第三章 燃气轮机各部件的工作原理

第一节 压气机原理与特性

第二节 燃烧室原理与特性

第三节 透平原理与特性

思考题

第四章 电站燃气轮机的结构特点与运行特性

第一节 电站燃气轮机的整机结构特点

第二节 电站燃气轮机的运行特性

第三节 电站燃气轮机的运行调节方式

第四节 燃气轮机高温部件的材料

思考题

练习题

第五章 联合循环的其他热力设备与机组布置

第一节 联合循环的余热锅炉

第二节 联合循环的汽轮机

第三节 联合循环的主要辅助设备和系统

第四节 联合循环机组的布置方案

思考题

第六章 燃气轮机联合循环的运行与控制

第一节 燃气轮机的启动

第二节 联合循环的启动

第三节 燃气轮机的控制

第四节 联合循环发电机组的控制

思考题

第七章 典型燃煤型联合循环

第一节 燃煤流化床联合循环

第二节 整体煤气化联合循环

思考题

第八章 其他形式的联合循环简介

第一节 程氏循环

第二节湿空气透平循环

第三节 卡林那循环

第四节 热电(冷)联产的联合循环

第五节 基于燃料电池的联合循环

思考题

参考文献2100433B