燃氣-蒸汽聯合循環機組

燃氣-蒸汽聯合循環發電機組，由於具有高效低耗、啓動快、調節靈活、可用率高、投資省、建設週期短及環境污染小等優點，在國外電力行業正日益得到重視和發展。世界上燃機技術參數及性能發展為4代年：60代開始建設聯合循環電廠，當時的燃氣輪機參數很低，聯合循環的熱效率僅為35%，達不到大型火電機組熱效率的水平，因此在此階段發展較慢；70年代，燃氣輪機初温提高到以1000℃左右，其聯合循環熱效率達40%-45%，已接近或超過大型火電機組效率；80年代，燃氣輪機的初温進一步提高到1100-1288℃，排氣温度達500-600℃ ,這使聯合循環發電效率超過50%，因大大超過大型火電機組效率而得到迅速發展，單機功率100MW等級的燃氣輪機已成功地投人商業運行，並有很好的運行業績；90年代，由於燃氣輪機聯合循環機組具有明顯的優越性能，其技術出現了很大飛躍，國外大公司相繼推出了先進的大功率高效率的燃氣輪機系列及聯合循環機組，燃氣初温1300℃ ，效率36%-38%，單機功率等級的大功率燃氣輪機及其先進型聯合循環裝置投人商業運行，這種先進型聯合循環機組是各大燃機廠商推出及研究發展的機型。與此同時，燃氣-蒸汽聯合循環在世界電力系統中的地位也發生明顯變化，在世界發電容量中所佔份額明顯地快速增長燃氣輪機不僅用作緊急備用電源和調峯機組，而且能攜帶基本負荷。

從1987年開始美國發電用燃氣輪機的年生產總功率數已超過了發電用汽輪機，按美國電力發展規劃,在90年代計劃新增1億kW發電設備中，燃氣輪機及其聯合循環發電裝置將佔45%。韓國規劃在今後15年內燃氣輪機及其聯合循環發電裝置將佔新增機組容量的1/4以上。據分析，2000年以後，在新增的發電設備總裝機容量中，燃氣-蒸汽聯合循環發電裝置將超過常規火電站，佔電力發展的主導地位。

世界上共有100多家企業生產燃氣輪機，從技術、信譽、銷售等因素考慮，歸納起來具有代表性的主要有五大廠商，即美國的GE公司，法國的GECALSTHOM公司、美國的西屋公司、德國的Siemens公司和瑞士的ABB國際有限公司。其中法國GEC AL-STHOM公司採用美國公司技術生產製造燃氣輪機。

在60年代初，我國就開始引進燃氣輪機發電機組。先後測繪仿製或自行設計製造過多種機型，機組功率等級都在幾千kW以內，燃氣初温，一般為600-700℃ ，熱效率僅為16%-25%。雖然這些機組由於使用上或技術上的問題沒有長期運行下去,也沒有形成批量生產，但取得了一些研究和製造經驗，培養了我國早期燃氣輪機設計、製造人才。上海汽輪機廠仿製成功了6.2MW燃氣輪機列車發電站南京汽輪電機廠自行設計製造了1.5MW帶回熱的燃氣輪機並在四川五通橋電廠試運行；哈爾濱汽輪機廠自行設計製造的2237kW船用燃氣輪機又改成發電機組在天津併網運行。這是我國燃氣輪機發展的第一時期。

70年代後期到80年代初期，基於國外燃氣輪機發電技術已有較大發展，同時國內石油和天然氣的開發也有進展，我國燃氣輪機發展進人第二時期。當時水電部先後從英國JB公司、日本日立公司和法國阿爾斯通公司引進了10套MS5op系列，單台功率為21.7-23MW燃氣輪機發電機組，又從加拿大奧倫達公司引進2套OT-2100，單台功率為9MW的燃氣輪機列車電站，從而使我國燃氣輪機發電裝機容量達到300MW左右。這些機組大部分都經長期運行，有些機組幾經搬遷還在運行。

在此期間，國家重點投資了南京汽輪電機廠和燃氣輪機研究所，列為國家燃氣輪機的專業廠和所,並引進了美國GE公司的生產設備和部分製造技術。對引進的MS5000系列燃氣輪機進行測繪仿製,併成功通過國家驗收，相繼生產3台。南京汽輪電機廠又和美國GE公司合作生產MS6000系列機組。我國航空工業部也積極開展航機改為地面動力和發電的技術開發工作。

80年代開始，隨着我國改革開放，國民經濟迅速發展，燃氣輪機發電又進人新的高潮，這是我國燃氣輪機發展的第三時期。華能汕頭燃機電廠為了解決汕頭市嚴重缺電的被動局面，利用燃氣輪機投資省、起步快、建設週期短的優點，在較短的時間內建成1套103MW燒原油的聯合循環機組，電廠於1986年投產，對汕頭市電力不足起到了補充作用。

由於機組效率高、性能好，使電廠很快取得效益。在汕頭成功經驗帶動下，深圳月亮灣燃機電廠、珠海洪灣燃機電廠以及廣東其他各地，後又發展到全國建設起一大批燃氣輪機聯合循環電廠。

90年代以來，我國燃氣輪機發電不僅裝機容量大幅度提高，機組的性能水平也更趨先進，深圳、上海、浙江温州、寧波和武漢等地分別引進美國GE公司GE型燃氣輪機共10台，該機型單台簡單循環出力123MW，效率達33%。

採用聯合循環發電的機組比較普遍，全國聯合循環裝機容量達5500MW,佔燃氣輪機和聯合循環電廠總裝機容量的80%。

70年代全國燃氣輪機電廠約20座，90年代已有80餘座（不包括香港、台灣等地）；發電機組由20餘台（套）增加到140台(套）。裝機容量從30MW,增加到7200MW(包括香港將超過10000MW)。其中，廣東、海南地區現燃氣輪機共裝機46台總裝機容量達2030MW；深圳經濟特區裝機20台達1140MW；經濟基礎雄厚的長江三角洲，上海、江蘇、浙江、福建等地區現燃氣輪機共裝機30台總裝機容量達2030MW；其他地區有武漢、重慶、合肥、成都等地裝9機台，容量約480MW；大慶、勝利、中原和新疆地區油田和石化工廠共裝機65台（套），總裝容量約1000MW。

隨着我國能源結構的調整，環保要求日益嚴格，廣東等地正在規劃建設幾座總容量為百萬kW等級燃天然氣的燃氣-蒸汽聯合循環電站。華東地區隨着西部開發戰略、西氣東送計劃的實施，也正規劃建設百萬kW等級的聯合循環電站。

自70年代以來，我國燃氣輪機發電有了逐步的發展，但僅侷限於燃機單機容量較小的機組，且大多由國外購買成套設備，因此，相對燃煤機組而言，設計院的工作較少，以前也沒有形成這方面的設計規定。但隨着近年來我國燃氣-蒸汽聯合循環機組有了越來越多的應用，且聯合循環機組容量將越來越大，我國已投入運行的燃機單機容量最大為100MW級，現已有幾個燃機單機容量200MW級的大容量燃氣-蒸汽聯合循環機組正在可行性研究階段。在設計上越來越需要有統一的設計和建設標準，為此國家電力公司電力規劃設計總院在2000年版的《火電廠設計技術規程》修訂中增加了燃氣-蒸汽聯合循環發電技術的主要設計原則的有關內容同時組織華東電力設計院和西南電力設計院主編《燃氣-蒸汽聯合循環電廠設計規定》，以指導今後此類工程設計。

為完成《大火規》和《燃氣-蒸汽聯合循環電廠設計規定》的編寫，華東院和西南院對國內已投運的主要燃機電廠進行了調研工作，根據調研和幾次會議的研討，對燃氣-蒸汽聯合循環機組提出了一些主要設計原則。

單機容量較小、年利用小時低的燃氣輪機，可以採用單循環，經技術經濟比較第期燃氣-蒸汽聯合循環機組的技術發展概況及其主要設計原則後確定是否預留加裝餘熱鍋爐和汽輪機場地。

燃氣-蒸汽聯合循環宜採用1台燃氣輪機配1台餘熱鍋爐，不設備用。餘熱鍋爐應根據燃料和煙氣特性設計，應能適應燃氣輪機快速啓動的特點。其最大蒸發量應與燃氣輪機的煙氣量和煙氣特性相匹配。餘熱鍋爐型採用強制循環或自然循環，應根據工程情況經技術經濟比較確定。

聯合循環機組每個單元應只設置1台蒸汽輪機，即由1台或多台燃氣輪機與1台蒸汽輪機組成1個單元。蒸汽輪機的進汽量宜與相應的餘熱鍋爐最大蒸發量之和相匹配。餘熱鍋爐採用單壓、雙壓或三壓，應經技術經濟比較確定。

燃氣-蒸汽聯合循環作為一種先進的發電技術，在我國電力生產行業中的地位日益提高。燃氣-蒸汽聯合循環設備在國內和國外的市場很大，並隨着能源結構的調整和清潔煤利用技術的完善，需求量將進一步擴大。國內燃氣輪機市場被外國大公司佔領也使國家寶貴的資金流出國門。面對國內外龐大的市場需求，發展我國燃氣輪機及聯合循環設備產業，掌握先進的燃氣輪機設計技術和製造工藝，提高燃氣輪機及聯合循環設備成套能力，將有利於擴大國內燃機市場佔有份額，增加參與國外燃機市場的競爭能力，其經濟效益和社會效益將是巨大的 ^[1]  。