燃氣－蒸汽聯合循環裝置

簡介

聯合循環裝置的構想在燃氣輪機發展早期就已經提出，大約在60年代初便有了較成熟的、利用排氣餘熱的聯合循環裝置。此後以石油和天然氣為燃料的聯合循環裝置得到了廣泛的套用。以煤為燃料的"整體"聯合循環發電裝置正在興起，許多國家都很重視燃煤聯合循環裝置的研究工作。聯合循環裝置的排氣餘熱利用、煤氣化和沸騰燃燒等幾種主要形式。

裝置

排氣餘熱利用型聯合循環裝置　這是最簡單而且已成熟的方案(圖1)。燃氣輪機的約為 500℃的排氣被引向餘熱鍋爐，後者產生的蒸汽進入汽輪機,總的輸出功率約是原燃氣輪機的1.3～1.5倍。70年代末，這類裝置的熱效率已達 42～46%。隨著燃氣初溫的提高，熱效率可望達到50%以上。此外，它的運行機動性好、耗水少、基本投資低和占地面積小。排氣餘熱利用型除圖中的無補燃的以外，還有一類是帶補燃的。它們的區別在於：鍋爐中除引入燃氣輪機的排氣外，還加入燃料燃燒，以提高進入汽輪機的蒸汽參數和增大流量，使汽輪機的輸出功率增加。在補燃時可採用價格較低的燃料。這類裝置還可用來改造已有的蒸汽動力發電站，以提高其熱效率。燃氣－蒸汽聯合循環裝置燃氣－蒸汽聯合循環裝置煤氣化的燃煤聯合循環裝置　這種裝置以煤為燃料，煤先在高壓(2～3兆帕)的氣化裝置中氣化為粗煤氣，氣化用的壓縮空氣引自壓氣機（即壓縮機），氣化用的蒸汽從汽輪機抽汽而來（圖2）。粗煤氣經淨化後先至煤氣膨脹透平作功，再作為燃氣輪機的燃料進入燃燒室，其餘部分原則上與圖1的方案相同。這種裝置能減少對環境的污染,隨著燃氣初溫的提高,它在熱效率方面的潛力也較大。主要問題是煤的氣化和煤的淨化還有待於解決，如氣化效率、除塵和長期運行可靠性等。這種裝置還處於中間工業試驗階段，熱效率一般還低於常規蒸汽動力發電站。一些國家正研究用核能來提供煤的氣化所需的熱量和蒸汽。
沸騰燃燒的燃煤聯合循環裝置　這種聯合循環裝置分為用加壓沸騰爐的和用常壓沸騰爐的兩類。
① 用加壓沸騰爐:從壓氣機出來的壓縮空氣通向加壓沸騰爐，燃燒後排出溫度為850～900℃的煙氣進入燃氣透平。加壓沸騰爐中所產生的蒸汽引向汽輪機（圖3）。在這種裝置中燃燒是在高壓下進行的，故結構緊湊，便於向大容量發展。對劣質燃料的套用和減少環境污染都有較好的效果。對70年代末，已有數兆瓦級的中間試驗裝置並正常運行千餘小時。但是，這種裝置的熱效率受到沸騰床溫的限制（低於900℃），最高只能達 40%。同時，還有一些技術問題，如高溫除塵、大型加壓沸騰爐和高溫耐磨蝕的燃氣透平等尚有待解決。燃氣－蒸汽聯合循環裝置燃氣－蒸汽聯合循環裝置② 用常壓沸騰爐:為了避開用加壓沸騰爐聯合循環裝置的一些技術困難，70年代中期以來一些國家建造常壓沸騰燃燒的燃煤聯合循環裝置（圖4）。從壓氣機出來的壓縮空氣，在埋於沸騰床中的管道內被加熱到700～800℃，然後再向燃燒室中噴入附加燃料把溫度進一步提高，高溫、高壓空氣引向燃氣透平。燃氣輪機的排氣分別通入沸騰床和常規煤粉鍋爐。由於進入燃氣透平的基本上是乾淨的空氣，技術上難度較小，易於實現商業運行，但其熱效率潛力不大。

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