联合循环燃气轮机电厂简单原理

解开动力 2022年10月10日浏览：1965

CCGT简介

联合循环燃气轮机（CCGT）电厂中燃气轮机和蒸汽轮机联合使用，以实现比独立使用更高的效率。“联合循环”是指多个热力学循环组合发电。联合循环操作采用余热锅炉（HRSG）从高温废气中捕获热量以产生蒸汽，然后将其供应给汽轮机以产生电力。在联合循环模式下，发电厂可以达到60%的发电效率。如果蒸汽被用来加热，那么该工厂将被称为热电联产厂。

联合循环电厂工作原理（图例：1-发电机、2汽轮机、3冷凝器、4泵、5锅炉/换热器、6燃气轮机）

由于燃气轮机在简单的循环运行中效率较低，因此汽轮机产生的产量约占CCGT电厂产量的一半。CCGT电厂有许多不同的配置，但通常每个燃机连接相应的余热锅炉，多个余热锅炉向一个或多个汽轮机提供蒸汽。例如，在一个2x1配置的工厂，两个GTs/HRSGs机组供应给一个汽轮机；同样地，也可以有1x1、3x1或4x1的配置设计。

基本循环

基本的热力学循环由两组成——布雷顿循环和兰金循环。循环1-2-3-4-1是燃机的布雷顿循环，它描述了在高温区域发生的热和功传递过程。循环a-b-c-d-e-f-a是兰金蒸汽循环，发生在较低的温度下。热能从高温废气向水和蒸汽的转移发生在余热回收锅炉中。在恒压过程4-1中，来自燃气轮机的废气排出热量。湿蒸汽和过热蒸汽在a-b、b-c和c-d过程中吸收热量。

布雷顿循环和兰金循环

联合循环电厂如何工作

HRSG本质上是一系列的换热器，燃机热废气通过换热器管，为蒸汽轮机产生蒸汽。余热锅炉可以依靠自然循环或使用泵进行强制循环。当热废气经过热水循环的换热器管时，热量被吸收，导致在管中产生蒸汽。管道的不同模块部分在生产干过热蒸汽中具有不同的功能，分别为省煤器、蒸发器、过热器/再热器和预热器。

联合循环电厂装置简图

省煤器是一种热交换器，它预热水以接近饱和温度（沸点），并供应给一个厚壁的汽包。滚筒位于循环热水的鳍状蒸发器管附近。当热废气经过蒸发器管时，热量被吸收，导致在管中产生蒸汽。蒸汽通过水分分离器和旋风分离器将其与热水分离，分离的水再循环到蒸发器管。蒸汽桶也具有储存和水处理功能。蒸汽桶的另一种设计是直通余热锅炉，它用薄壁组件取代了蒸汽桶，更适合在频繁启动和停止时处理废气温度和蒸汽压力的变化。在一些设计中，管道燃烧器用于向废气流增加热量，促进蒸汽产量；即使废气流量不足，也可以用来产生蒸汽。

然后饱和蒸汽送至过热器，产生汽轮机所需的干蒸汽。预热器位余热锅炉气体路径的最冷端，吸收能量以预热热交换器液体，如水/乙二醇混合物，从而从废气中提取最经济可行的热量。

由余热锅炉产生的过热蒸汽被供应给蒸汽轮机，在那里它通过涡轮叶片膨胀，使涡轮轴得到旋转。输送到发电机驱动轴的能量被转化为电能。离开汽轮机后，蒸汽被送到冷凝器，将冷凝水输送回HRSG。

设计要点

废气的温度和压力变化会引起热应力和机械应力变化，当发电厂频繁启动和停止或部分负荷运行以满足波动电力需求时，造成的热应力可能对HRSG的某些部件造成损坏。因为受到最高的排气温度，高压汽包和过热器集管机械寿命更容易遭到损伤。基于此，设计和操作时要考虑到组件材料能够承受的气体和蒸汽温度；紊流排气流的机械稳定性；余热锅炉的腐蚀；以及可能需要加壁桶来承受蒸汽压力。为了控制余热锅炉部件中压力和温度的升高速率，可以使用旁路系统在启动期间转移部分进入余热锅炉的燃机废气。

文章来源：燃气轮机聚焦