聯(lián)合循環(huán)發(fā)電：燃?xì)廨啓C(jī)及發(fā)電機(jī)與余熱鍋爐、蒸汽輪機(jī)共同組成的循環(huán)系統(tǒng)，它將燃?xì)廨啓C(jī)排出的功后高溫乏煙氣通過(guò)余熱鍋爐回收轉(zhuǎn)換為蒸汽，再將蒸汽注入蒸汽輪機(jī)發(fā)電。形式有燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)同軸推動(dòng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)的單軸聯(lián)合循環(huán)，也有燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)各自推動(dòng)各自發(fā)電機(jī)的多軸聯(lián)合循環(huán)。勝利油田埕島電廠采用的是美國(guó)GE公司的MS9001E燃?xì)廨啓C(jī),其熱效率為33.79%，余熱鍋爐為杭州鍋爐廠的立式強(qiáng)制循環(huán)余熱鍋爐。
1．燃?xì)廨啓C(jī)
1.1簡(jiǎn)介
燃?xì)廨啓C(jī)是一種以空氣及燃?xì)鉃楣べ|(zhì)的旋轉(zhuǎn)式熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，它的結(jié)構(gòu)與飛機(jī)噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)一致，也類似蒸汽輪機(jī)。主要結(jié)構(gòu)有三部分：1、燃?xì)廨啓C(jī)（透平或動(dòng)力渦輪）；2、壓氣機(jī)（空氣壓縮機(jī)）；3、燃燒室。其工作原理為：葉輪式壓縮機(jī)從外部吸收空氣，壓縮后送入燃燒室，同時(shí)燃料（氣體或液體燃料）也噴入燃燒室與高溫壓縮空氣混合，在定壓下進(jìn)行燃燒。生成的高溫高壓煙氣進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)膨脹作工，推動(dòng)動(dòng)力葉片高速旋轉(zhuǎn)，乏氣排入大氣中或再加利用。
燃?xì)廨啓C(jī)具有效率高、功率大、體積小、投資省、運(yùn)行成本低和壽命周期較長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。主要用于發(fā)電、交通和工業(yè)動(dòng)力。燃?xì)廨啓C(jī)分為輕型燃?xì)廨啓C(jī)和重型燃?xì)廨啓C(jī)，輕型燃?xì)廨啓C(jī)為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)型，其優(yōu)勢(shì)在于裝機(jī)快、體積小、啟動(dòng)快、簡(jiǎn)單循環(huán)效率高，主要用于電力調(diào)峰、船舶動(dòng)力。重型燃?xì)廨啓C(jī)為工業(yè)型燃機(jī)，其優(yōu)勢(shì)為運(yùn)行可靠、排煙溫度高、聯(lián)合循環(huán)組合效率高，主要用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)。
埕島電廠采用的MS9001E燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組是50Hz，3000轉(zhuǎn)/分，直接傳動(dòng)的發(fā)電機(jī)。該型燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組最早于1987年投入商業(yè)運(yùn)行，基本負(fù)荷燃用天然氣時(shí)的功率為123.4MW，熱效率為33.79%，排氣溫度539℃，排氣量1476×103公斤/小時(shí)，壓比為12.3，燃?xì)獬鯗貫?124℃，機(jī)組為全自動(dòng)化及遙控，從啟動(dòng)到滿載正常時(shí)間為約20分鐘，機(jī)組使用MARKⅤ控制和保護(hù)系統(tǒng).
MS9001E型機(jī)組為戶外快裝機(jī)組，因此不需要專用的廠房建筑，而是用多塊吸聲板構(gòu)成的長(zhǎng)方形箱體，機(jī)組即放置在其內(nèi)，箱體既起隔聲作用，又能代替廠房使機(jī)組在各種氣候條件下都能正常工作，每臺(tái)機(jī)組連同發(fā)電機(jī)及控制室等均分別放置在長(zhǎng)方體狀的箱體內(nèi)，在其周圍還有空氣進(jìn)氣系統(tǒng)，燃料供應(yīng)單元和機(jī)組的沖洗裝置等附屬設(shè)備，組成整套燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置。1.2 輔機(jī)部分
1.2.1潤(rùn)滑油系統(tǒng)
1.2.1.1概述本系統(tǒng)在機(jī)組起動(dòng)、正常運(yùn)行及停機(jī)過(guò)程中，向燃?xì)廨啓C(jī)和發(fā)電機(jī)的軸承、透平的輔助齒輪箱提供數(shù)量充足，溫度和壓力適當(dāng)?shù)?、清潔的?rùn)滑油，從而防止軸承燒毀，軸承的過(guò)熱造成彎曲而引起震動(dòng)，潤(rùn)滑油也供給起動(dòng)變扭器作為液壓流體及潤(rùn)滑用。除此之外，一部分潤(rùn)滑油分離出來(lái)，經(jīng)過(guò)過(guò)濾后用作液壓控制油，或用作液壓控制裝置的液壓流體。
1.2.1.2 組成
主要有主潤(rùn)滑油泵,輔助潤(rùn)滑油泵 , 事故油泵., 油霧抽取裝置
1.2.2起動(dòng)系統(tǒng)
1.2.2.1概述
燃?xì)廨啓C(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，透平功率的三分之二用來(lái)拖動(dòng)壓氣機(jī)，其余三分之一功率為輸出功率。顯然，在燃機(jī)起動(dòng)過(guò)程中，必須由外部動(dòng)力來(lái)拖動(dòng)機(jī)組的轉(zhuǎn)子，起動(dòng)之后再把外部動(dòng)力設(shè)備脫開。同時(shí)，由于機(jī)組轉(zhuǎn)子在靜止?fàn)顩r下，慣性和摩擦力很大，為減小外部動(dòng)力設(shè)備的功率，要借助盤車機(jī)構(gòu)的搬動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)靜止轉(zhuǎn)子的起動(dòng)。我們把起動(dòng)燃機(jī)用的外部動(dòng)力設(shè)備及其附件系統(tǒng)稱為起動(dòng)系統(tǒng)。起動(dòng)系統(tǒng)的第二個(gè)功能是作為停機(jī)后的冷機(jī)盤車設(shè)備。避免轉(zhuǎn)子因受熱和冷卻不均勻而產(chǎn)生彎曲變形。
1.2.2.2組成
主要有盤車電機(jī), 起動(dòng)電機(jī), 注油泵
1.2.3液壓油系統(tǒng)
1.2.3.1概述
液壓油系統(tǒng)用于向機(jī)組的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供液壓油。主液壓泵由輔助齒輪箱帶動(dòng)，輔助液壓泵由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)。1.2.3.2組成
主要有輔助液壓泵, 主液壓泵。
1.2.4霧化空氣系統(tǒng)
1.2.4.1概述
在使用液體燃料的燃?xì)廨啓C(jī)組中，為使液體燃料更好的霧化，提高燃燒效率，要配備加壓霧化空氣系統(tǒng)。霧化空氣系統(tǒng)向燃料噴嘴的霧化空氣腔內(nèi)提供足夠壓力的空氣，霧化空氣由加工在噴嘴上的內(nèi)部管路和噴口按一定的方式噴入燃燒室，撞擊噴油嘴噴射出來(lái)的燃油，使燃油油滴破碎成油霧，解決了油與空氣混合不好的問(wèn)題。在點(diǎn)火、暖機(jī)、升速及機(jī)組的整個(gè)試運(yùn)期間，霧化空氣系統(tǒng)自始至終都在工作。
1.2.5冷卻和密封空氣系統(tǒng)
1.2.5.1概述
該系統(tǒng)利用必要流量的壓氣機(jī)抽氣給燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子和靜子的其它部分用于冷卻。以防止機(jī)組正常運(yùn)行期間產(chǎn)生的高溫。安裝在機(jī)組外的離心式壓縮機(jī)從大氣中抽取空氣去冷卻透平排氣框。
1.2.6通風(fēng)和加熱系統(tǒng)
1.2.6.1概述
輪機(jī)間和輔機(jī)間是兩個(gè)密封的倉(cāng)室。他們的四壁和頂壁由隔熱材料扳裝配而成。在倉(cāng)室的前壁裝有加熱器，以便控制倉(cāng)室的空氣溫度和維持倉(cāng)式的設(shè)計(jì)溫度。為保證運(yùn)行中室溫不過(guò)高，在輪機(jī)間、輔機(jī)間、負(fù)荷軸間設(shè)置了通風(fēng)口及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的通風(fēng)風(fēng)機(jī)。
冷卻空氣從輔機(jī)間兩側(cè)壁的通風(fēng)口引入，被頂部的通風(fēng)風(fēng)機(jī)排到大氣中。風(fēng)機(jī)裝有重力作用的逆風(fēng)擋板，風(fēng)機(jī)停運(yùn)，擋板關(guān)閉。風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)帶有加熱器，以控制停機(jī)期間的濕度。輔機(jī)間裝有兩組加熱器，一組控制機(jī)組不運(yùn)行時(shí)輔機(jī)間的濕度；一組是機(jī)組不運(yùn)行時(shí)輔機(jī)間防冰凍用，帶有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)。兩組加熱器均由溫度開關(guān)自動(dòng)控制。
輪機(jī)間頂壁上裝有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的箱裝式離心式風(fēng)機(jī)，它使輪機(jī)間熱空氣通過(guò)垂直進(jìn)口，水平出口排到大氣中，風(fēng)機(jī)裝有緊急關(guān)閉擋板和逆風(fēng)擋板。風(fēng)機(jī)啟停由溫度開關(guān)控制。停機(jī)時(shí)，主通風(fēng)機(jī)失電退出，為防止輪機(jī)間內(nèi)危險(xiǎn)氣體的積聚，一臺(tái)低容量的通風(fēng)機(jī)起動(dòng)，直到手動(dòng)停止或機(jī)組重新啟動(dòng)為止。
輪機(jī)間裝有三組加熱器，一組控制機(jī)組不運(yùn)行時(shí)輪機(jī)間的濕度；兩組是機(jī)組不運(yùn)行時(shí)輪機(jī)間防冰凍用，帶有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)。三組加熱器均由溫度開關(guān)自動(dòng)控制。
負(fù)荷連軸器間的通風(fēng)由裝于頂壁的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)承擔(dān)，此電動(dòng)機(jī)裝有加熱器。
1.2.7冷卻水系統(tǒng)
1.2.7.1概述
冷卻水系統(tǒng)的任務(wù)是完成潤(rùn)滑油系統(tǒng)、霧化空氣系統(tǒng)、主燃油泵冷卻器、發(fā)電機(jī)空冷器、透平支撐和火焰監(jiān)測(cè)器安裝底座的散熱要求。
1.2.8壓氣機(jī)和透平水清洗系統(tǒng)
1.2.8.1概述
在機(jī)組運(yùn)行期間，污染物在內(nèi)部零件上的沉積會(huì)造成燃?xì)廨啓C(jī)性能損失。空氣中的污染物、燃燒重油的殘?jiān)?，都?huì)對(duì)壓氣機(jī)、透平造成損傷，因此必須通過(guò)含有洗滌劑的水溶液將污染物清除。
2 余熱鍋爐
2.1 簡(jiǎn)介
強(qiáng)制循環(huán)燃機(jī)余熱鍋爐為露天布置，采用國(guó)際上流行的塔式懸吊結(jié)構(gòu)。該類型鍋爐結(jié)構(gòu)先進(jìn)合理。適于與燃用天然氣、輕油及劣質(zhì)重油的燃?xì)廨啓C(jī)相配套，特別適應(yīng)于快速啟停。對(duì)燃機(jī)負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)，占地面積小，運(yùn)行性能穩(wěn)定，操作方便，可確保聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的長(zhǎng)期安全、可靠、高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。強(qiáng)制循環(huán)余熱鍋爐多為立式布置。鍋爐的煙氣流程：煙氣經(jīng)人口煙道、三通煙道和過(guò)渡煙道進(jìn)入受熱面管箱后自下而上，先后依次沖刷高低溫過(guò)熱器、高壓蒸發(fā)器、高壓省煤器和低壓蒸發(fā)器。最后經(jīng)主煙囪直接排空。
鍋爐的汽水流程為給水由高壓省煤器人口集箱進(jìn)入省煤器管屏加熱后流入高壓鍋筒個(gè)通過(guò)鍋筒下部的集中下降管進(jìn)入高壓蒸發(fā)器管屏。吸熱后上升進(jìn)入鍋筒進(jìn)行汽水分離。分離后飽和水再進(jìn)入集中下降管，而飽和蒸汽從鍋筒上部引至高壓過(guò)熱器，經(jīng)過(guò)熱管屏吸熱后由出日集箱引出鍋爐。在兩級(jí)過(guò)熱器之間布置噴水減溫裝置，從而可有效地保證出日過(guò)熱蒸汽溫度。雙壓余熱鍋爐的另一路給水直接進(jìn)入低壓鍋筒，由下降管引入低壓蒸發(fā)器管屏，蒸發(fā)吸熱后上升進(jìn)入低壓鍋筒進(jìn)行汽水分離，分離后飽和水回下降管，低壓蒸汽由低壓鍋筒上部引出、經(jīng)減壓后進(jìn)入除氧器用于除氧。但高、低壓下降管均設(shè)有兩套強(qiáng)制循環(huán)泵（一用一備）。高低壓蒸發(fā)器內(nèi)本循環(huán)動(dòng)力由強(qiáng)制循環(huán)泵提供，確保水循環(huán)安全可靠。這類爐型的低壓鍋筒也可兼作除氧水箱，并安置于鍋爐鋼架上，可簡(jiǎn)化管路系統(tǒng)，減少占地面積。
強(qiáng)制循環(huán)余熱鍋爐受熱面按部件制成管箱形式出廠，管箱由穿過(guò)數(shù)塊管板的水平錯(cuò)列布置的螺旋鰭片管及進(jìn)出口集箱組成，在廠內(nèi)組裝成大型箱體，現(xiàn)場(chǎng)整體安裝。
2.2輔機(jī)部分
余熱鍋爐的輔機(jī)較少,主要有兩臺(tái)高壓熱水循環(huán)泵（一用一備）, 兩臺(tái)低壓熱水循環(huán)泵（一用一備）。
3 聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啺l(fā)電廠的優(yōu)點(diǎn)
聯(lián)合循環(huán)發(fā)電與常規(guī)燃煤循環(huán)發(fā)電相比，其主要優(yōu)點(diǎn)有：
3.1 電廠的整體循環(huán)效率高。常規(guī)燃煤電廠由于其循環(huán)及設(shè)備的限制，它的熱效率已很難有突破性的提高。依據(jù)統(tǒng)計(jì)，1998年我國(guó)6000KW以上火電機(jī)組的平均供電標(biāo) 煤耗每千瓦時(shí)為406克，折算的平均供電效率為30.3%。目前我國(guó)最大的超臨界600MW的火電機(jī)組，其供電效率約40%左右。而聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的熱效率則遠(yuǎn)高于這一數(shù)據(jù)。埕島電廠采用的MS9001E燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組基本負(fù)荷燃用天然氣時(shí)的功率為123.4MW，熱效率為33.79%，配置余熱 鍋爐和汽輪發(fā)電機(jī)組成180MW等級(jí)的聯(lián)合循環(huán)，其熱效率為47%-49%。
3.2對(duì)環(huán)境污染極小。在各種型式的發(fā)電裝置中，聯(lián)合循環(huán)電廠的另一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是它能適應(yīng)環(huán)保要求，被稱為“清潔電廠”。因它采用油或天燃?xì)鉃槿剂?，燃燒產(chǎn)物沒灰渣，不用灰渣排放；燃燒效率高(供電效率高)能完全燃燒，由于節(jié)約燃料燃燒 產(chǎn)物CO2少。當(dāng)今，我國(guó)對(duì)發(fā)電廠污染物的排放量的要求日益嚴(yán)格，常規(guī)火電為了滿足國(guó)家環(huán)保規(guī)定，采用煙氣脫硫設(shè)備，其投資約占發(fā)電廠總投資1/4～1/3，運(yùn)行費(fèi)高達(dá)每度電增加3～5分。
3.3在同等條件下，單位(比)投資較低。根據(jù)國(guó)內(nèi)建設(shè)不同容量燃煤電廠和聯(lián)合循環(huán)電廠的有代表性的實(shí)際投資綜合分析，按燃煤電廠機(jī)組的系列容量折算 ，單位投資比燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)電廠貴；而且燃機(jī)目前 國(guó)內(nèi)僅能生產(chǎn)36MW級(jí)度以下的設(shè)備，若按我國(guó)目前進(jìn)口設(shè)備政策，燃?xì)鈾C(jī)組能返包10%～30%給國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)，其價(jià)格將更低。
3.4調(diào)峰性能好，啟?？旖?。燃機(jī)從啟動(dòng)到帶滿負(fù)荷運(yùn)行，一般不到 20分鐘，快速啟動(dòng)時(shí)，時(shí)間可更短。若以50MW電廠為例：聯(lián)合循環(huán)電廠啟動(dòng)熱態(tài)為60分 ，溫態(tài)為90分，冷態(tài)為120分鐘可帶滿負(fù)荷。而汽輪機(jī)電廠啟動(dòng)至滿負(fù)荷為：熱態(tài)90分，溫態(tài)180分，冷態(tài)為300分。因而燃機(jī)電廠是城市備用或調(diào)峰機(jī)組的最佳選擇。
3.5占地少。燃機(jī)電廠由于無(wú)需煤場(chǎng)，輸煤系統(tǒng)，除灰渣系統(tǒng)以及除塵、脫硫、系統(tǒng)……等等，所以廠區(qū)占地面積比燃煤電廠所占廠區(qū)小得多。比同容量燃煤電廠相比，燃機(jī)電廠占地面積只有燃煤電廠的面積30 ～40%，且電廠建筑面積也只燃煤電廠的面積20%。
3.6耗水量少。燃機(jī)電廠不需要大量冷卻水，可減少冷卻水的供應(yīng)，這對(duì)于干旱缺水地區(qū)建電廠尤為重要。一般比同容量燃煤電廠少得多，簡(jiǎn)單循環(huán)只需2～10%火電廠的 用水量，聯(lián)合循環(huán)也只有火電廠的1/3左右。
3.7建廠周期短，且可分段投產(chǎn)由于制造廠內(nèi)完成了最大的可能裝配且分部調(diào)試后直接集裝運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)，安裝在預(yù)制好的現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)上，施工安裝簡(jiǎn)便，建廠周期短， 投產(chǎn)快
3.8運(yùn)行人員少由于燃機(jī)電廠自動(dòng)化程度高，采用先進(jìn)的集散式控制系統(tǒng)，控制人員可以大減少。一般情況占同容量燃煤電廠的人員的20～25%，就足夠了。
3.9廠用電率低。燃機(jī)電廠一般廠用率不到2%，而燃煤電廠大機(jī)組用電率都在 5～6%。
4 聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啺l(fā)電廠發(fā)展趨勢(shì)
我國(guó)是個(gè)產(chǎn)煤大國(guó)，石油與天然氣資源相對(duì)比較貧乏。這一因素長(zhǎng)期制約著我國(guó)燃機(jī)發(fā)電的 發(fā)展，近來(lái)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的東南沿海地區(qū)，開始起步進(jìn)口液化天然氣(LNG)和液化石油氣(LPG)。另外，我國(guó)沿海大陸架及陜北、新疆等地油氣田建設(shè)已有實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，輸氣管線已與西安、北京等大城市接通，將來(lái)可接通南京、上海，為采用燃機(jī)聯(lián)合循環(huán)解決調(diào)峰、熱電聯(lián)產(chǎn)及環(huán)保問(wèn)題創(chuàng)造了條件。
隨著燃機(jī)技術(shù)的發(fā)展，以及國(guó)家能源結(jié)構(gòu)的變化和對(duì)環(huán)保要求的提高，燃機(jī)電廠的發(fā)展勢(shì)必會(huì)大大加速，時(shí)不我待，我們應(yīng)充分抓住之這一機(jī)遇，大力開拓燃機(jī)電廠建設(shè)這一市場(chǎng)，為公司的發(fā)展注入新的活力。