浅谈燃气-蒸汽联合循环中双压汽轮机系统

第11卷第5期中国水运V ol.11

N o.5

2011年5月Chi na W at er Trans port M ay 2011

收稿日期：作者简介：唐美琼（）女，武汉都市环保工程技术股份有限公司工程师。

浅谈燃气-蒸汽联合循环中双压汽轮机系统

唐美琼

（武汉都市环保工程技术股份有限公司，湖北武汉430071）

摘

要：文中对燃气-蒸汽联合循环发电工程中双压汽轮机系统的配置和特点进行了分析和总结，对汽轮机系统热力

参数的选择进行了探讨，为公司以后燃气-蒸汽联合循环汽轮机系统的设计提供了一定的借鉴作用。关键词：燃气-蒸汽联合循环；汽轮机系统中图分类号：TP39文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2011）05-0109-03一、概述

由于联合循环电站具有热效率高、机动性好且能满足日益严格的环保要求等优点，近年来我国对联合循环电站的需求迅速增加。除了提高燃气轮机性能之外，合理利用低品质的燃气轮机排气余热，产生蒸汽用于发电,是提高联合循环电站效率的关键。即余热锅炉和蒸汽轮机组成的热力系统的优

化设计,对联合循环的性能有很大的影响。因此，分析和探讨

燃气-蒸汽联合循环中汽轮机的系统配置和特点、合理的选择热力参数,显得尤为重要。

联合循环中蒸汽循环的系统配置自有独特之处，本文以我公司独立设计并成功并网发电的涟钢燃气-蒸汽联合循环发电工程为基础，分析了该项目中汽轮机系统配置与常规电厂中汽轮机系统配置的区别，研究了汽轮机系统的特点，探讨了热力参数的基本选择原则。

分析结果可作为联合循环系统总体优化设计的参考。二、联合循环中汽轮机系统配置

涟钢燃气-蒸汽联合循环发电工程的燃机是三菱公司的M251S 型燃机，出力为28.5MW ；汽轮机为南京汽轮机厂生产的双压凝汽式汽轮机，出力为22MW ；余热锅炉为德尔塔公司生产的双压锅炉。早在电厂初步方案选择阶段，我公司与德尔塔就电厂整个系统选择进行了大量的计算比较，供用户选择确定。最终，涟钢工程选用了双压锅炉配双压汽机。

1．机炉选型

联合循环系统配置的余热锅炉同常规锅炉不同，实际上,该锅炉仅有常规锅炉中的换热部分，是一个特殊的换热器,没有燃烧系统和送风系统。为了增加其换热效率，现在大多采用多级换热也就是多压锅炉，尽量降低余热锅炉的排烟温度，但同时也要考虑由此引起的投资及维护费用的增加。

本项目在初步设计阶段对炉双压/机单压，炉双压/机双压，炉三压/机双压三种组合进行计算比较，炉双压/机双压方案比炉双压、机单压方案出力增加5%左右，而炉三压/机双压方案又比炉双压/机双压方案出力增加2%左右，但炉三压方案要同时考虑酸露点及水露点对锅炉的腐蚀影响。综合考虑了以上因素，涟钢电厂选用了炉双压、机双压方案。这样既体现了出力的优势,又可使投资和维修费用相对增加不多。

2．汽轮机系统配置

为了适应快速启停的要求，联合循环汽轮机辅助系统有其自身特点。

（1）旁路系统

联合循环机组为单元制运行，在快速启动或紧急停机情况下，旁路系统应能将余热锅炉产生的全部蒸汽经减温减压

后送入汽轮机到凝汽器。本机组选用容量100%的旁路系统。

主蒸汽旁路和补汽旁路分别配备有一个减温减压阀（先减压后减温），减温水来自凝结水泵出口管道，减温减压阀出口蒸汽多为汽水混合物，压力约在0.4MPa 左右，凝汽器上设置了二级减温减压器,可将汽水混合物进一步减温减压后后送入凝汽器。

（2）凝汽器

由于余热锅炉承担了常规电厂汽轮机系统中给水加热与除氧的任务，汽轮机不再需要设置抽汽级去加热给水。在常规电厂中加热给水的抽汽量一般占主蒸汽流量的10%~30％，即排入凝汽器的蒸汽只有主蒸汽流量的70％~90%左右。而在双压联合循环中，汽轮机非但不抽汽，还在低压缸内补入约占主蒸汽量15％的低压蒸汽。由于补汽的参数较低，体积较大，因此要求联合循环中的汽轮机的低压缸比常规电厂的汽轮机低压缸通流能力增大，联合循环的凝汽器比常规电厂凝汽器换热面积增大。

（3）轴封系统

轴封系统为适应快速启停的需要，汽封压力调节阀和汽封蒸汽减温调节阀的灵活可靠性就特别重要。汽封压力调节阀是控制汽封蒸汽压力保持适度的重要阀门，由高压供汽调节阀和溢流阀组成，由控制系统集中控制。汽封蒸汽在进入汽封之前,需用调节阀降低汽封供汽的温度,这是靠控制凝结水的喷入量实现温度控制的，以防止汽封壳体可能的变形和损坏汽轮机转子。为了简化系统结构，增加系统可靠性和灵活性，可采用压力和温度都能控制的特殊专用阀门。

（4）油系统

油系统主要包括润滑油系统和顶轴油系统及控制油系统,各系统自成体系。值得一提的是,此机组润滑油系统中的油箱采用组合油箱，电动辅助油泵、交流润滑油泵、直流润滑油泵、排油烟系统接口、液位指示器等都装在油箱顶部，注油

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器也装在油箱内,这样使整个系统更为紧凑，也减少了占地面积。

三、联合循环中汽轮机系统特点

联合循环中配套的汽轮机与常规电厂使用的汽轮机在如下方面有显著的不同。

1．滑参数启动

为了适应联合循环快速启动的要求，无论燃气轮机与汽轮机是同轴布置还是分轴布置,汽轮机必须能够快速启动,涟钢项目采用的是分轴布置。为尽可能缩短启动时间，联合循环电厂通常采用滑参数启动，即汽轮机随蒸汽参数的升高，逐步进行暖管、冲转、暖机、升速和带负荷。联合循环滑参数启动有以下优点：

（1）余热锅炉自身温态或热态启动的同时就可进行汽轮机暖管。先将蒸汽经主蒸汽管通过高压旁路排人凝汽器进行暖管，等到主蒸汽门前蒸汽参数达到冲转要求后，全开调节汽门，用主蒸汽冲转汽轮机。然后，暖机和升速随余热锅炉的主蒸汽压力与主蒸汽温度提高的同时进行。这样可大大缩短机组的启动时间，及时满足电网调峰的需要。

（2）滑参数启动时，蒸汽参数低、流量大，为全周进汽，汽缸加热均匀，温升速度容易控制，暖机效果好。

（3）滑参数启动中，主蒸汽管道上所有阀门全开，减小了节流损失，蒸汽的热能几乎全部用来暖管和暖机。

（4）便于在集控室内实现自动启动。

2．滑参数运行

联合循环的汽轮机带部分负荷运行时通常也采用滑压运行方式。一方面,因为在降负荷工况下，随着燃气轮机初温的下降，余热锅炉中产生的蒸汽温度有较大幅度的下降,因势利导地降低蒸汽参数可使汽轮机排汽温度基本保持不变，次末级和末级叶片蒸汽湿度不致过大。

四、联合循环中汽轮机热力参数的选择

1．主蒸汽压力

主蒸汽压力增加使蒸汽焓降有所增加，但同时压力增加使进汽比容减小，高压级叶片较短，损失增加；初压增加也使排汽湿度增加，对末级叶片的安全性及经济性都不利，而且初压增加也使系统耗功增加，所以联合循环汽轮机进汽压力并非越高越好，而是存在一个最佳值。

图2进汽压力与机组出力的关系曲线

图2表示了进汽压力与机组出力的关系。从图中可以看出：初压的变化对出力的影响较平缓。最后通过综合比较，取设计点的主蒸汽压力为5.88MPa（a）。

2．主蒸汽温度

如图3所示，机组出力随主蒸汽温度的提高而明显地增加，但它受燃汽轮机排汽温度的限制。涟钢用三菱燃气轮机排气温度为569℃，减小换热端差势必增加余热锅炉的面积，综合考虑锅炉投资同增加出力的关系，取额定工况时蒸汽温度为480℃。

图3进汽温度与机组出力的关系曲线

3．低压补汽参数的确定

低压补汽参数的选取应从三个方面来考虑：

（1）最佳的经济性。考虑与主流蒸汽的充分混合，在高压主蒸汽参数一定时，低压补汽温度也基本不变，补汽压力升高，补汽量则减小，补汽压力对机组出力来说有一最佳范围，如图4所示。

图4补气压力与机组出力的关系曲线

（2）补汽温度同主蒸汽温度要匹配。虽然补汽压力相对于出力有一最佳点，但同时也要考虑补汽温度与主蒸汽温差不宜太大，这是为了降低补汽口处缸体的热应力。本机组要求在任何工况下补汽与补汽口处缸体温差控制在±50℃内。

（3）补汽过热度要求。补入蒸汽带有湿度，不利于机组安全运行，设计要求在任何工况下补汽的过热度大于11℃。某些联合循环出于系统或锅炉的需要使补汽处于饱和状态，则必须在补汽阀前增设去湿装置。

综合以上情况，在汽轮机与锅炉共同核算后选取补汽压力为0.4MPa（a），补汽温度为205℃。

五、结论

（1）联合循环系统中，当汽机事故停机时燃机和余热锅炉仍在运行，所以汽轮机一般设置容量100%的主蒸汽和补汽旁路系统。

（2）联合循环中的汽轮机一般不对外抽汽，而是向低压缸内补入低压蒸汽。要求其低压缸比常规电厂的汽轮机低压缸增大通流能力，且其凝汽器比常规电厂凝汽器增大换热面积。

（3）联合循环中的汽轮机必须适应联合循环快速启动的要求，通常采用滑参数启动,在带部分负荷运行时通常也采用滑压运行方式。

（4）主蒸汽压力变化对汽轮机组出力的影响较平缓,但汽轮机组出力随主蒸汽温度的升高而明显地增加，补汽温度和压力必须与主蒸汽适当匹配。热力参数的选取必须综合各个方面的因素合理选择。（下转第3页）

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