高 嵩 任博涵

（1.中國能源建設集團有限公司工程研究院 2.中國華電科工集團有限公司）

0 引言

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)利用燃氣輪機作功后排出的高溫煙氣在余熱鍋爐中將給水加熱成過熱蒸汽送至蒸汽輪機繼續(xù)做功，通過余熱鍋爐把燃氣輪機和蒸汽輪機聯(lián)合在一起構成相對獨立的動力循環(huán)。燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的主要優(yōu)點如下：

1）聯(lián)合循環(huán)機組充分回收燃機排煙熱損失，聯(lián)合循環(huán)效率高。燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電效率高達50%以上，H級聯(lián)合循環(huán)能夠達到60%以上。

2）環(huán)保性好污染物排放少。燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電形式的NOX排放量能夠完全符合國家環(huán)保規(guī)定要求，無灰渣排放，是一種綠色環(huán)保型發(fā)電方式。

3）聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠汽水系統(tǒng)設計較簡單、布置緊湊；余熱鍋爐及旁路煙囪等設備采用模塊化組裝，現(xiàn)場安裝施工量小于同等容量燃煤機組，安裝周期短；無需煤場和灰場，占地面積?。豢煞制诮ㄔO，分塊投運，燃氣輪機可單循環(huán)運行。

4）快速啟停，調峰性能好，在天然氣資源優(yōu)勢地區(qū)具備較好的熱電聯(lián)產優(yōu)勢。燃氣輪機啟動時間較短，從開始盤車到滿負荷運行所需時間不到20min，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組熱態(tài)、溫態(tài)和冷態(tài)啟動時間約為60min、90min和120min，均遠低于火電機組相應的啟動時間［1］。

1 燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)燃機選型

本文依托某大型燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機組新建工程設想，基于熱負荷穩(wěn)定性要求高、電負荷較低的特點，通過E級、F級、H級三種不同型號的燃機技術經濟方案比選［2-3］，論證并提出了H級燃機在聯(lián)合循環(huán)供熱機組應用的可行性。

2 影響燃機選型的要素

2.1 熱負荷分析

燃機選型設計需滿足工業(yè)園的近期熱負荷，統(tǒng)籌兼顧中、遠期熱負荷［4］。近期熱負荷情況：熱用戶端1.0MPa參數(shù)蒸汽需求量合計為120t／h，0.45MPa參數(shù)蒸汽需求量為240t／h，合計為360t／h。供熱距離約4km，經過焓值折算后計算出本工程工業(yè)抽汽設計熱負 荷 為117t／h（1.2MPa（g），290℃），234t／h（0.6MPa（g），240℃）。

2.2 電負荷分析

根據(jù)當?shù)毓I(yè)園近期電負荷的增量，兼顧中、遠期電負荷的增長需求，投產后近5年內將不能實現(xiàn)機組滿發(fā)，本工程發(fā)電利用小時按照4500h進行測算。在滿足供熱要求的前提下，以熱負荷定電負荷［5］，開展主機方案比較研究。

3 技術經濟方案比較

基于9H型，9F型，9E型燃機作為聯(lián)合循環(huán)機組備選機型［6］，對其主要技術及經濟指標進行計算比較，計算結果見下表。通過表中數(shù)據(jù)分析得出，在供電氣耗、供熱氣耗方面，9H型機組優(yōu)于9F型，9E型機組［7-8］。

表 聯(lián)合循環(huán)裝機方案對比表

4 供熱可靠性分析

設計熱負荷為工業(yè)熱負荷，由于所需蒸汽的用戶生產工藝過程為連續(xù)進行的，因此其熱負荷的特點是要求連續(xù)、穩(wěn)定的蒸汽供應，并能滿足工藝開工、停機等特殊尖峰熱負荷的要求。

4.1 兩套9H燃機1+1聯(lián)合循環(huán)機組供熱可靠性分析

正常運行時，從單臺汽輪機中壓缸抽取1.2MPa（g）／290℃的工業(yè)蒸汽60t／h，中低壓缸連通管抽取0.6MPa（g）／240℃的工業(yè)蒸汽120t／h，兩臺機組共對外供應1.2MPa（g）／290℃的工業(yè)蒸汽120t／h，0.6MPa（g）／240℃的工業(yè)蒸汽240t／h，全年在此模式運行648h。其余運行7752h，只運行一臺機組，在中壓缸抽取1.2MPa（g）／290℃的工業(yè)蒸汽120t／h，中低壓缸連通管抽取0.6MPa（g）／240℃的工業(yè)蒸汽240t／h，另一臺機組停機，滿足全廠對外供應工業(yè)蒸汽熱負荷需求。

當一臺燃機、余熱鍋爐或汽輪機故障停運時，另一臺機組供汽量360t／h，可滿足本期工程熱負荷需求。

為確保供熱安全，兩臺余熱鍋爐過熱器出口主蒸汽母管各設置了一臺相應容量的減溫減壓裝置。當上網負荷過低或者兩臺汽輪機均故障停運時，一臺燃機和其對應的余熱鍋爐停運，另外一臺燃機和余熱鍋爐部分負荷運行，余熱鍋爐出口蒸汽經減溫減壓后供至用汽單位，可滿足本工程工業(yè)熱負荷需求。

4.2 兩套9FB燃機1+1聯(lián)合循環(huán)機組供熱可靠性分析

在正常運行時，從聯(lián)合循環(huán)單臺汽輪機中壓缸抽取1.2MPa（g）／290℃的工業(yè)蒸汽60 t／h，中低壓缸連通管抽取0.6MPa（g）／240℃的工業(yè)蒸汽120 t／h，兩臺機組共對外供應1.2MPa（g）／290℃的工業(yè)蒸汽120 t／h，0.6MPa（g）／240℃的工業(yè)蒸汽240 t／h，全年在此模式運行8400h，可滿足本期工程熱負荷需求。

當一臺汽輪機檢修或故障停運時，停運的汽輪機對應的燃機和余熱鍋爐可通過減溫減壓提供1.2MPa（g）／290℃的工業(yè)蒸汽120t／h，另一臺機組可提供240t／h的0.6MPa（g）／240℃低壓蒸汽，仍可滿足本期工程熱負荷需求。

當一臺燃機、余熱鍋爐檢修或故障停運時，另一臺機組余熱鍋爐出口蒸汽通過減溫減壓，直接供給工業(yè)蒸汽，汽輪機停止運行，仍可滿足本期工程熱負荷需求。

為保證供熱可靠性，當一臺機組停機檢修時，需要犧牲經濟性，停運另外一臺聯(lián)合循環(huán)機組對應的汽輪機，采用余熱鍋爐出口蒸汽減溫減壓后供至熱用戶。

4.3 四套9E燃機1+1聯(lián)合循環(huán)機組供熱可靠性分析

該裝機方案中，為提高熱經濟性，暫定其中一套聯(lián)合循環(huán)機組配套汽輪機為背壓機，其余三套聯(lián)合循環(huán)機組配套汽輪機為抽凝機。對于四套9E燃機聯(lián)合循環(huán)機組，由于機組容量較小，機組運行模式可根據(jù)電負荷和熱負荷靈活調整，對熱、電適應性方面具有優(yōu)勢，較適合熱負荷波動頻繁的工業(yè)熱用戶，而本工程熱負荷持續(xù)穩(wěn)定，優(yōu)勢不明顯。

在正常運行時，從三臺抽凝式汽輪機低壓缸各抽取0.6MPa（g）／240℃的工業(yè)蒸汽60t／h，三臺汽輪機共對外供應0.6MPa（g）／240℃的工業(yè)蒸汽180t／h。背壓機排汽用于提供的1.2MPa（g）／290℃的工業(yè)蒸汽，流量為180t／h，其中有60t／h排汽通過支路經減溫減壓到0.6MPa（g）／240℃，與三臺汽輪機的抽汽匯合至母管，共同提供240t／h的低壓工業(yè)蒸汽，可滿足本期工程熱負荷需求。

當一臺燃機、余熱鍋爐或抽凝式汽輪機檢修或故障停運時，另兩臺抽凝式汽輪機增大抽汽量，和背壓機對應聯(lián)合循環(huán)機組共同滿負荷運行，可滿足本期工程熱負荷需求。

當一臺燃機、余熱鍋爐或背壓式汽輪機檢修或故障停運時，另三臺抽凝式汽輪機增大抽汽量，可滿足本期工程熱負荷需求。當機組負荷波動時，三臺余熱鍋爐出口部分蒸汽通過減溫減壓［9］，直接供給工業(yè)蒸汽，可滿足本期工程熱負荷需求。

5 結束語

綜上所述，從技術經濟指標比較結果得出，聯(lián)合循環(huán)機組采用9H型機組無論是供電氣耗還是供熱氣耗與其他兩個裝機方案相比均具有經濟性優(yōu)勢，熱電比、熱效率兩個技術指標也能夠滿足相關規(guī)定要求。由于受限于熱用戶近期熱、電負荷的限制，全年大部分時間僅一臺機組運行，另外一臺機組呈備用狀態(tài)，造成部分建設初投資浪費，但考慮到工業(yè)園的中、遠期發(fā)展熱、電負荷均有較大增長空間，該型號機組有能力成為承擔該區(qū)域熱、電負荷的主力機組，此方案具有可行性。