蒸汽燃气发电技术

1蒸汽-燃气联合循环发电技术摘要；我国是能源需求大国，同时也是能源消耗大国，随着我国经济的迅速发展对能源的依赖更加，对于我国提高能源利用率迫在眉急。随着燃气发电技术的发展，基于燃气－蒸汽联合循环的发电系统已成为我国发电行业的重要补充。详细地介绍了燃气－蒸汽联合循环发电系统的相关知识和国内外的发展现状，结合我国在电力产业设备制造业的提高，如汽轮机超临界于超超临界的成功研发与运营。能源结构与能源开发的实际情况、“西气东输”项目和燃煤电厂改造所面临的问题，而燃气－蒸汽联合循环发电系统在我国的发展起到非常重要的作用。是有效地提高能源发电效率和解决环境污染的重要途径。关键词；蒸汽-燃气联合循环发电技术效率1.引言目前燃气轮机初温已可达到1370℃～1500℃,排气温度约为450℃～600℃,大量的热能随高温燃气排入大气。为了改善和提高热能转换成电能的设备效率,燃气一蒸汽联合循环发电已引起人们特别关注,并且实践也证明,联合循环发电站是提高发电机组效率的最有效的途径之一(效率可达45~50%),所以各国都在大力发展燃气蒸汽联合循环发电的技术设备。在国外,六十年代就研制出第一代联合循环设备,近几年已研制了第三代联合循环设备,尤其是煤气化燃气一蒸汽联合循环发电站,都相争在九十年代实现大规模商业化的实用化没备,力图使煤气化燃气一蒸汽联合循环最终成为火力发电的主力机组之一。目前,在国外的燃气一蒸汽联合循环发电机组主要有余热锅炉型、增压锅护型和沸腾床锅炉型等几类。国内,为更有效地利用宝贵的一次能源资源,同时满足今后日益严格的环保要求,应在抓好开源节流的同时,采用新技术和新设备,通过能源多级而合理地利用,大幅度提高能源的有效利用,以解决电力短缺的局面。为此,必须着手开发效率高、污染少的,能提高能源有效利用的既有发展前途又有实用价值的燃气气一蒸气联合循环发电技术。把燃气轮机循环和蒸汽轮机循环联合起来组成燃气-蒸汽联合循环,则有较高的平均吸热温度和较低的平均放热温度,循环热效率将进一步提高2.燃气-蒸汽联合循环发电原理燃气-蒸汽联合循环发电系统是由燃气轮机发电系统和锅炉-蒸汽轮机发电系统所组成。燃气轮机发电系统是燃气在燃气涡轮机中经绝热膨胀作功的过程,它是由压气机将空气加压进入燃烧室,与燃料混合燃烧产生的高温高压烟气在透平中膨胀作功,将高温高压烟气的能量(通常烟气压力0.5～1.0MPa,温度1000～1300℃)转换成机械能,推动燃气轮机发电机发电。经燃气透平做功后的烟气温度降至500℃左右,进入燃气余热锅炉回收热能。锅炉-蒸汽轮机发电系统是利用燃气余热锅炉产生的高(中)压过热蒸汽(通常蒸汽压力为3.82～16.70MPa,温度450～550℃)在汽轮机中作功,将蒸汽的能量转换成机械能,推动蒸汽轮机发电机发电,燃气-蒸汽联合循环充分利用这两种热力循环的特点,把它们结合在一起,组成联合循环。热力循环的理想热效率只取决于循环的吸热平均温度T1和放热平均温度T2,理想热机的循环热效率η可表达为:η=1-(T2T1)2由上式可见,提高吸热平均温度T1和降低放热平均温度T2都可以提高循环的热效率。对同一种工质来说,较高的吸热平均温度T1和较低的放热平均温度T2是不可能同时获得的。但采用多种工质组成的联合循环装置则可以达到高的吸热平均温度和低的放热平均温度。下图1为燃气-蒸汽联合循环发电原理简图。3.燃气-蒸汽联合循环发电技术的特点燃气-蒸汽联合循环发电技术英文简写为IGCC，燃气!蒸汽联合循环发电的特点燃气轮机发电是一种清洁能源绿色电力，具有以下特点。①发电的高效率。实现了能源的梯级利用，发电效率高达56%以上。②发电的低污染。燃机发电利用天然气燃烧发电，相对于其他燃料发电，气燃烧后过不产生灰尘和炉渣，因而不会对环境产生灰渣污染。③节约用水，减少用地。④运行维护方便，费用低。燃气-蒸汽联合循环电厂自动化程度极高，操作简便，节约大量的人力，提高工作效率，维护方便，维护费用较低。⑤厂用电率低。大型燃气轮机联合循环电厂厂用电率一般为2%~3%，而同等燃煤电厂一般接近7%，以一个60万kW等级的电厂来计，每年电厂本身可节约1.2亿kW2h，大大降低了能耗，经济效益十分可观!⑥机组运行灵活。燃气-蒸汽联合循环发电机组的最小稳态负荷为5%，可调容量高达95%，同时由于大型燃气-蒸汽联合循环机组在10min内可启动并网带负荷。4.IGCC发电技术优点(1)具有提高供电效率的最大潜在能力。目前供电效率可达42%～45%,21世纪可达50%～52%。(2)宜大型化。单机容量已能做到300～600MW等级。(4)充分利用煤炭资源,组成多联产系统,同时生产电、热、燃料气和化工产品;(5)耗水量较少,是常规电站耗水量的50%～70%,适宜于缺水地区,也宜于建坑口电站。(6)基本技术已趋于成熟,示范装置运行可用率达80%以上,能满足商业化运行的要求。(7)促进先进工业和高科技产业的发展。(8)便于分段建设电站。(9)当天然气和石油资源枯竭或价格昂贵时,IGCC用于改造联合循环电站,还可用于对现有蒸汽轮机电站进行增容改造。5.IGCC发电技术的缺点3(1)比投资费用和发电成本比较高,目前为1400～1600美元/kW(21世纪1000～1200美元/kW),所以其装置功率较大(如300～600MW)为好。(2)要求先进的技术,如高效、大容量的气化炉,高性能的燃气轮机,高温净化技等。(3)厂用电率高。虽然现在主要由于经济原因因,IGCC尚不能很早进入进入大规模商业化阶段,但在21世纪,除核能源，风能等外,IGCC可能是在不久将来是一种最有发展前途的发电方式。我国电力以火电为主,在总装机容量中,火电占75%;在年发电量中,火电占80%。火电以燃煤为主,其中烧煤粉的中低参数小容量机组占很大比例,平均供电能耗高(427g/(kW·h)),远小于发达国家对燃煤的利用率，供电效率低(28.8%)。、污染严重。对于燃煤电站同时存在提高供电效率和解决污染问题。提高供电效率的主要方式之一是提高电站效率的方法是采用燃气-蒸汽联合循环,供电效率远远超过燃煤汽轮机电站,达45%～54%。二是:主蒸汽参数向亚临界、超临界甚至超超临界方向发展。目前亚临界参数电站供电效率为38%左右,超临界参数电站供电效率为40%左右。电力工业的发展影响着国家的经济实力和发达程度。我国有大量中小燃煤火电机组在效率偏低、环境污染严重的情况下运行,采用燃气-蒸汽联合循环确实是解决发电效率不高和环保问题的重要途径。尤其是可与常规燃煤电站竞争的IGCC和PFBC-CC电站。虽然后二者在当前主要由于经济性因素而缺少一定的商业竞争力,但随着规模的增大和技术的成熟,单位造价会大幅度下降。预计21世纪初就可以进入商业化生产和运行阶段。燃气-蒸汽联合循环发电以节余的燃气为燃料发电,联合循环发电热效率可达到50.11%。联合循环发电机组生产过程中几乎无固体物排放,排放的废烟气中,SO2排放质量浓度约为25mgm3,排放量为19kgh左右,符合国标允许的SO2排放量小于216kgh的规定;烟尘排放质量浓度约为0.35mgm3,低于国标允许的烟尘排放浓度小于200mgm3的限值。该技术是节能、清洁生产的新技术,具有良好的经济效益和社会效益。[1]焦树建.燃气-蒸汽联合循环[M].北京:机械工业出版社,2000.[2]焦树建.论余热锅炉型联合循环中单压余热锅炉的特性与汽轮机特性的匹[J].燃气轮机发电技术,2001,3(1):23—30,33.[3]赵士杭.联合循环机组合理的变工况运行方式[J].动力工程,1995,15(28):28—33.[4]危师让,董卫国.关于下世纪我国火力发电、燃气轮机和联合循环发展的初步分析[J].燃气轮机发电技术,1999,1(1):3—5.[5]林汝谋,王应时.IGCC技术在中国的发展前景———基于中美专家报告的综评[J].燃气轮机技术,1997,10(3):1-7.[6]焦树建.我国的燃气轮机工业该何时启动[J].燃气轮机技术,1997,10(1):1-8.[7]许红胜,钟史明.我国15MWePFBC-CC中试电站的总体设计[J].电站系统工程,1995,11(4):26-32,36.[8]赵士杭,吕泽华,田立峰.发展调峰用燃气轮机和联合循环电站的分析[J].燃气轮机技术,1996,9(4):1-8.[9]左鸿恕,陈卫星.上海闸北发电厂采用燃气-蒸汽联合循环改造的决策[J].中国电力,1997,30(7):49-51.[10]焦树建.整体煤气化燃气-蒸汽联合循环(IGCC)[M].北京:中国电力出版4社,1996.[11]AnandAK.CookCS,CormanJC,SmithAR.Newtechnologytrendsforim-provedIGCCsystemperformance[J].TransactionsoftheASME,JournalofEngineeringforGasTurbinesandPow-er,1996,118:732-736.[12]刘泽龙,林汝谋.用于IGCC的燃气轮机技术方案与性能预测[J].工程热物理学报,1997,18(3):285-287.[13]蔡宁生,章名耀.PFBC-CC发电技术及其发展[J].电站系统工程,1995,11-(4):12-16,43.