燃气—蒸汽联合循环简介.pdfVIP

百学须先立志。——朱熹

燃气—蒸汽联合循环

在世界范围内，使用化学燃料通过热力动力机械发电的火力发电量仍然

占据最高的比例。从节约资源和保护环境等各方面来说，作为一种重要

的发电装置，火力发电机组首先要求有高的热效率。

在大型热力发电设备中，目前技术水平比较成熟的，能够经济地大规模

应用的只有燃气轮机和蒸汽轮机。但是它们的热效率都不高，一般都在

38—42%左右，即使最先进的燃气轮机热效率也只能达到42—44%，最先

进的超临界参数蒸汽轮机热效率也只能达到43—45%。

对这两种热力机械所使用的热力循环进行分析。

燃气轮机燃气初温很高，目前的技术水平一般能达到1350—1430℃，因

此燃气轮机中的热力循环平均吸热温度高，但是它的排气温度也就是循

环低温也高，一般要达到450—630℃，所以燃气轮机热力循环的卡诺效

率不高。蒸汽轮机虽然循环低温较低，也就是蒸汽的冷凝温度可以降低

到30—33℃，但是由于受到材料上的限制，它的蒸汽初温不高，在目前

的技术水平下一般难以达到600℃，即使采用再热之后，平均吸热温度

也不会太高，所以蒸汽轮机热力循环的卡诺效率也不高。

进一步分析可以发现，蒸汽轮机蒸汽初温一般在535—565℃以下，所以

实际上只要有570—610℃的热源就可以让蒸汽轮机工作，而燃气轮机的

排气温度就很高，在排气中蕴含着大量的热能，能够给蒸汽轮机提供所

需要的热能。因此如果使用燃气轮机排气作为蒸汽轮机的热源，蒸汽轮

机就可以不额外消耗燃料了。也就是说，蒸汽轮机可以回收燃气轮机的

排气热量，额外发出一些有用功，这样就相当于增加了燃气轮机的热效

百学须先立志。——朱熹

率。如前所述，目前先进的燃气轮机和蒸汽轮机的热效率基本相当，都

在38—42%左右，那么，此时这个相当于增加了燃气轮机热效率的系统，

热效率必然比单纯的燃气轮机和蒸汽轮机都高。

实际上，如果把上述由燃气轮机和蒸汽轮机组成的系统看成一个整体，

那么在它的热力循环中，循环高温就是燃气轮机的循环高温，而循环低

温则是蒸汽轮机的冷凝温度。显而易见，这个系统热力循环的卡诺效率

远远高于燃气轮机或蒸汽轮机热力循环的卡诺效率。

由燃气轮机和蒸汽轮机组成的发电系统可以有多种组合形式，它们的共

同点就是由燃气轮机完成热力循环的高温部分，而由蒸汽轮机完成热力

循环的低温部分，从而获得具有较高卡诺效率的热力循环，这样的热力

循环称为燃气—蒸汽联合循环。

目前有所应用的燃气—蒸汽联合循环主要包括余热锅炉型、平行双工质

型，增压锅炉型三种基本型式。不过，按照目前的燃气轮机技术特点和

燃气初温水平，余热锅炉型联合循环的热效率比另两种联合循环的高，

因此近些年来得到了快速的发展。而另两种联合循环除了热效率低以

外，各自还有另外的缺点，使它们的应用和发展受到了限制。

余热锅炉型燃气—蒸汽联合循环系统的组成和各部件特点

按照前面的分析，最基本的燃气—蒸汽联合循环动力装置就是采用一种

专门设计的锅炉，利用燃气轮机的高温排气作为锅炉的工作热源，产生

蒸汽在蒸汽轮机中做功的系统。

因为在这样的系统中，锅炉本身不消耗燃料，仅仅利用燃气轮机排气余

百学须先立志。——朱熹

热工作，所以叫做余热锅炉，因此上述系统也就称为余热锅炉型燃气—

蒸汽联合循环系统，简称为HRSG-Repowering。

在余热锅炉型联合循环基础上还发展出了多种衍生型式，包括补燃锅炉

型联合循环、平行混合型联合循环、给水预热型联合循环等。不过这几

种衍生型式多数用于对现有发电站进行联合循环改造时应用。