影響燃氣輪機及其聯合循環特性的因素分析姓名：張瑞琦學號：2012031426聯合循環發電技術對改變電力能源結構、改善環境、提高電網調峰靈活性有重要作用。隨著天然氣開采技術的提高以及西氣東輸和引進液化天然氣兩大工程的啟動，燃氣輪機及其聯合循環在我國得到迅速發展和應用。對任一個聯合循環方案其熱力系統及組成均有所區別，而且環境條件和運行參數如環境溫度、大氣壓力、空氣相對濕度、海拔高度、空氣進口壓損及余熱鍋爐煙氣阻力、燃料類型、蒸汽循環方式、循環水溫度、入口空氣冷卻等對整個熱力循環的出力和熱耗的影響也不同。為使建成后的聯合循環電廠單位投資最省、熱效率最高、投產后具有較好經濟效益，對影響燃氣輪機及其聯合循環系統的出力和熱耗的相關因素進行分析，從而選擇合適機型和運行方式。1環境因素的影響1.1大氣溫度大氣溫度對簡單循環燃氣輪機及其聯合循環的性能有相當大的影響。隨著大氣溫度的升高，空氣比容增大，吸入壓氣機的空氣質量流量減少，導致燃氣輪機及其聯合循環的出力減小。即使機組的轉速和燃氣透平前的燃氣初溫保持恒定，壓氣機的壓縮比也會有所下降，燃氣透平做功量減少，但排氣溫度卻有所增高，使得燃氣輪機及其聯合循環的出力和熱耗產生變化。隨著大氣溫度升高，燃氣輪機及其聯合循環的出力均成線性下降，但是聯合循環的出力的減小較燃氣輪機平緩。環境溫度每升高10度，單循環燃氣輪機出力下降5%~7%,聯合循環出力下降3.5%?5.5%。這是由于聯合循環的燃氣透平排氣溫度略有增高，可以在余熱鍋爐中獲取更多的能量，到蒸汽輪機中去做出更大數量機械功的緣故。另外，隨溫度升高，燃氣輪機相對效率成曲線下降，每升高10度相對效率下降0.05%~1.8%。然而，大氣溫度對聯合循環機組的相對效率影響不大，這是由于大氣溫度變化對燃氣Brayton循環及蒸汽Rankine循環熱效率的影響相反，在大氣溫度約為15度時，聯合循環熱耗達到最低點，此時Brayton循環及蒸汽Rankine循環熱效率的乘積為最大值。1.2空氣濕度有研究表明：當空氣溫度＜37度時，即使相對濕度為100%時，大氣中所含的水蒸氣數量仍然是很少的（即絕對濕度值很小），其影響是可以忽略不計的。然而，隨著燃氣輪機單機功率增大，以及為降低NOx的排放而進行的注水注汽，絕對濕度的影響變得越來越明顯。從圖2中不難看清：空氣絕對濕度與燃氣輪機及其聯合循環機組的出力和熱耗均成線性關系，且各自的影響幾乎一樣。絕對濕度每增加0.01,出力下降0.001%~0.002%,而熱耗上升0.002%~0.004%。1.3大氣壓力和海拔高度的影響目前燃氣輪機及其聯合循環大都是按ISO狀態條件（大氣壓力pa=0.1013MPa環境溫度15度、相對濕度60%）進行設計的。不同的海拔高度將導致不同的平均大氣壓力，隨著海拔的升高,pa和ta都在下降。而燃氣輪機的出力與所吸入的空氣質量流量成正比，而質量流量又與吸氣壓力pa成正比，顯然燃氣輪機的功率應與大氣壓力pa成正比。另外，燃氣輪機排氣質量流量以及余熱鍋爐中可用于蒸汽發生過程的余熱，同樣也會隨大氣壓力按正比關系發生變化。因此，聯合循環的總功率也將與大氣壓力pa成正比。2進排氣壓力損失變化的影響為保證安全、可靠地運行并減少環境噪音，燃氣輪機的空氣進口處裝有空氣過濾器和消聲器,排氣處也裝有消聲器。用于聯合循環時，排氣管道上安裝有余熱鍋爐，有時為提高夏季的出力加裝了入口空氣冷卻器。此外，在排氣道上還有連接管、彎頭和排氣煙囪等。所有這些措施都會使燃氣輪機的進氣和排氣造成壓力損失，降低它和聯合循環的性能。在保持最大出力不變時，進氣壓力損失會使空氣比容增加，流量減少，壓氣機耗功增大，導致機組出力和效率下降。排氣壓力損失（即排氣壓力升高）減小了透平中的膨脹比，透平出力下降，同樣會導致機組出力和效率下降。另外，進氣和排氣壓力損失對排氣溫度都有影響，壓損增加，排氣溫度會升高。3循環冷卻介質的影響循環冷卻介質的溫度隨大氣溫度變化，對于聯合循環性能的影響程度與機組選用凝汽器的型式有密切關系。其影響程度的大小依次是：直接用空氣冷卻的凝汽器受大氣溫度的影響程度最大；濕式冷卻塔次之；采用直流冷卻水凝汽器時則最小，但冷卻水溫度對聯合循環機組汽輪機的出力影響程度比常規火電廠汽輪機要大。4燃料類型燃氣輪機燃用的燃料對電站的環境特性、經濟性、安全性和可靠性等都有很大的影響主機選型時需全面考慮可供燃用的燃料問題［3］。天然氣和輕油分別是氣、液體燃料中品質較高的燃料，能夠保護燃料系統的設備，延長其壽命，因此在實際中應用最多。就國內應用的機組而言，普遍可以接受的是天然氣和輕柴油的雙燃料方案。燃料特性對燃料系統設計方案有直接的影響，并影響到燃氣輪機及其聯合循環的出力。燃用天然氣要比燃用輕柴油增加2%~3%的出力，這是因為天然氣的燃燒產物中有較高的比熱，其原因在于氫碳比較高的甲烷可產生較多的水蒸汽含量。此外，機組的清潔程度對其性能（效率、出力）也有較大的影響。而燃用不同燃料對機組積垢的影響也不同，天然氣比較干凈，幾乎不對燃氣輪機的清潔度造成影響，輕柴油次之，而原油和重油由于燃燒后燃氣中灰分較多，在透平的熱流通道中積垢很快，因此對機組性能影響最大，需要定期進行清洗以恢復機組的性能。大多數聯合循環電廠按最大效率設計，這類電廠通常采用整體式燃料氣加熱器。對燃料氣加熱會降低燃料氣質量流率、升高燃料氣燃燒溫度，從而獲得更大的透平效率。但燃料氣加熱也會導致燃氣輪機的出力略微降低，這是由于體積流率增加的原故。基于熱力學考慮，常采用蒸汽循環給水加熱燃料，該方式可提高聯合循環效率大約0.6%左右。5蒸汽循環形式聯合循環機組蒸汽系統的設計和配置（有再熱或無再熱，三壓、雙壓或單壓及它們的參數）需根據電廠海拔高度、氣溫、燃料等不同條件進行選擇和優化，設計優化的優劣將直接決定聯合循環機組的效率和出力。隨著蒸汽壓力的升高，以及采用雙壓、三壓和再熱等復雜的系統，聯合循環的效率都會有一定程度提高的趨勢。三壓循環較雙壓循環的效率約高0.4%~0.6%,采用再熱循環后，效率能再提高約0.2%~0.4%,超臨界參數比亞臨界參數效率能再提高約0.5%。但這是以系統的復雜化為代價的，循環方式越復雜，其效率越高，但是投資也相應地增加。具體應用中采用哪一種循環方式主要取決于電站的