必读！燃气轮机联合循环电厂主要配置及其必要性

燃气轮机联合循环燃气轮机将气体或液体的燃烧能转换为机械能，并按照布雷顿循环运行。在燃气轮机中，空气被过滤、压缩并作为氧化剂注

燃气轮机

联合循环燃气轮机将气体或液体的燃烧能转换为机械能，并按照布雷顿循环运行。

在燃气轮机中，空气被过滤、压缩并作为氧化剂注入燃烧室。

部分压缩空气还用于冷却燃烧室的热部分和燃气轮机的第一阶段。

燃气轮机可以使用两种燃料：

气体燃料：主要是天然气、丙烷或氢气。

液体燃料：柴油、液化石油气等。

燃料燃烧期间产生的气体将部分能量释放到涡轮，将气体流动的能量转化为轴旋转的机械能量。

燃烧室和第一个涡轮进气口处气体的最大允许温度受到材料的热电阻和机械阻力的限制。

燃气轮机是高效的机组，功率范围从5千瓦到500兆瓦不等。它们的主要优点是重量比功率低，操作灵活性高。根据设计、燃烧室类型和包含的轴数，对不同类型的燃气轮机进行了分类。

燃气轮机由多个组件组成，通常形成一个单元，在建造联合循环发电厂期间组装和测试提供给客户。

该单元的主要部件是：

空气压缩机

压缩机的功能是在燃烧空气进入燃烧室之前，以取决于特定涡轮的压力对其进行加压。

燃烧室

在燃烧室中，燃料气体在恒压下与空气一起燃烧。这种燃烧需要以适当的压力水平供应燃料，气体燃料在30-50 bar之间，液体燃料在更高的压力水平上。

涡轮转子

转子是叶片连接的轴。转子存储旋转的机械能，这些转能在高压下由气体介质传输。

套管

燃气轮机机壳是机组的高强度绝缘外壳，为燃气轮机不同点之间的气体循环提供必要的密封，并保持适当的压降。

轴承

轴承是旋转元件，可以安全地将固定部件连接到燃气轮机的移动部件，确保它们之间的平稳移动。燃气轮机配件包括燃烧空气过滤系统、冰保护系统、压缩机清洁系统、启动系统、润滑、冷却和通风系统、火灾检测系统等。

蒸汽轮机

联合循环发电厂的蒸汽轮机是一种可靠而简单的设备，在电力行业闻名并长期使用。

这种设备已经过详细研究，因为世界上50%以上的电力是由蒸汽轮机产生的。联合循环发电厂设计中的蒸汽轮机是遵循兰金热力学循环的核心元件。在蒸汽轮机中，热回收蒸汽发生器产生的高压蒸汽扩展到冷凝压力。在膨胀过程中以机械能形式出现的未使用的蒸汽能被部分转移到冷凝器中，在那里水蒸气被转化为水，并导致随后的压力增加。

在冷凝器的出口处，一到两个泵送阶段负责增加HRSG冷凝液井的水压，在那里，水在恒压下被加热、蒸发和蒸汽过热。

产生的蒸汽被注入汽轮机，再次重复所述过程。联合循环中使用的蒸汽轮机与传统火力发电厂使用的蒸汽轮机相似。

构成汽轮机的主要元件是喷射系统、转子、套管、轴承、润滑系统、蒸汽提取系统、油冷却系统、石油控制系统和其他辅助单元。蒸汽轮机具有可靠性高、设计简单的特点，因此该设备通常使用寿命长。

现代蒸汽轮机配备了先进的自动控制系统，其主要任务是确保该设备的自动运行，尽量减少人工干预。

除了管理操作参数以确保设备的安全运行外，它们还有助于操作员看到和理解轮机和相关组件的操作。

余热蒸汽发生器

联合循环热回收蒸汽发生器是一种利用燃气轮机废气的能量将其转化为蒸汽的元件。然后，这种蒸汽可以转化为电力，直接用于工业流程，或在地区供暖系统中产生热量。

HRSG可以根据余燃的存在进行分类。没有加力燃烧器的HRSG是联合循环中最常见的锅炉类型。事实上，它是一个热交换器，气体的热量通过对流传输到蒸汽-水循环中。

对于燃烧后的HRSG，设计更改通常仅限于在锅炉上游安装燃烧器。这允许在涡轮废气中使用多余的氧气，而不会超过绝缘材料允许的温度。

有不同类型的HRSG，每种都可以成为特定类型发电厂的理想解决方案。因此，建造联合循环发电厂的一项重要任务是选择最适合该项目的设备类型和制造商。

HRSG与传统锅炉的一些区别：

HRSG始终是为连接它的特定燃气轮机设计的。

由于气体的温度相对较低（尽管是后燃），传热主要通过对流进行。

热回收蒸汽发生器必须根据公认的工程规则和安装国的标准配备安全功能。这些安全元件包括安全阀、蒸汽阀、液位指示器等。

联合循环发电厂的基本配置

在联合循环发电厂，多个燃气轮机可以向单个蒸汽轮机提供热回收蒸汽发生器产生的蒸汽。

根据发电厂的基本元件数量，区分了几种最常见的配置。燃气轮机和蒸汽轮机轴的位置，取决于它们是否对齐，使我们能够根据轴数对此类发电厂进行分类。联合循环发电厂可以具有所谓的单轴或多轴设备配置。

在单轴配置中，发电机可以位于轴的末端（更容易维护），也可以安装在燃气轮机和蒸汽轮机之间。在后一种情况下，添加了一个离合器，将蒸汽轮机连接到燃气轮机轴和发电机，允许单独运行燃气轮机发电（例如，在维修汽轮机时）。

目前商业联合循环发电厂最常用的配置：

1x1配置：燃气轮机为热回收蒸汽发生器提供燃料，并为单个兰金循环产生蒸汽。

2x1配置：两个燃气轮机，每个燃气轮机为自己的热回收蒸汽发生器提供食物，并为单个兰金循环生产蒸汽。

3x1、4x1和其他设备配置。

对于2x1和3x1 CCPP配置，由于异常情况，其中一台锅炉无法工作，而其他锅炉则存在蒸汽返回无法运行的锅炉的风险。

这可能会损坏管道。为了避免这种情况，应仔细检查管道材料和关闭阀的质量。

1x1多轴配置

这是联合循环发电厂项目的流行版本，其中燃气轮机和蒸汽轮机是独立的，并且都连接到自己的发电机。这种配置的优点如下：

只能使用燃气轮机，必要时将气体排放到大气中。

提高燃气轮机的可靠性，在蒸汽轮机故障时可以独立运行。

安装轴向和底部排列的蒸汽冷凝器的可能性。

有了两台发电机，这种类型的发电厂可以在两种不同的电压下提供能源。

发电机和轮机的维护相对容易

1x1多轴配置的缺点：

安装两台发电机和两台变压器增加了对发电厂建设的初步投资。

与其他类型相比，空间需求要高得多。

带离合器的1x1单轴CCPP配置

单轴配置是最简单的，并假设燃气轮机和蒸汽轮机在同一轴上连接，以驱动单个发电机。

这是一个便宜而有效的解决方案，也节省了工程成本，因为有很多现成的设计可供选择。

配置优势：

与多轴配置相比，由于发电机减少，投资成本降低。

发电机位于燃气轮机和蒸汽轮机之间，为整个发电厂提供了最佳平衡。

由于设备轴向位置时基座高度较低，施工成本降低。一般来说，与多轴配置相比，施工所需的空间更少。

离合器通过将燃气轮机与蒸汽轮机分离来简化启动系统。与没有离合器的单轴不同，这种配置不需要辅助锅炉在轮机启动时预热蒸汽。

配置的缺点：

与多轴配置相比，操作灵活性较低。

电力通过一台发电机供应，这降低了CCPP的整体可靠性。在多轴配置中，每台发电机都可以通过自己的变压器为消费者提供不同电压。

此类发电厂的维护难度要大得多，包括由于拆卸转子和其他布局功能的过程更加复杂。

与多轴配置不同，分阶段施工和调试是不可能的。在这方面，此选项对项目扩建现有发电厂来说不太方便。

1x1无离合器的单轴配置

建造此类联合循环发电厂的利弊与上述相似，但存在以下差异：

发电机的具体位置使其易于检查和维修。

由于蒸汽冷凝器无法轴向定位，这种配置需要建造一个高底座，并对土木工程进行大量投资。

与其他配置相比，燃气轮机启动器更强大，因为它必须在循环开始时拉动蒸汽轮机。

在启动时，需要一个辅助锅炉在运行期间为蒸汽轮机提供蒸汽和初始冷却。

2x1配置的联合循环工厂

这种配置是最具成本效益的选择之一，提供高的运营灵活性和快速的投资回报。

出于多种原因，2x1配置无疑是新建的联合循环发电厂项目中最常见的配置。在这种配置中，该工厂有两个容量相同的燃气轮机，每台燃气轮机连接到自己的发电机，并将气体输送到两个独立的热回收蒸汽发电机（HRSG）。

然而，这种配置有一些缺点。例如，如果燃气轮机中没有热气体旁路，蒸汽轮机的故障将禁用整个循环。

配置优势如下：

由于能够使用一台燃气轮机和一台蒸汽轮机并快速启动第二台燃气轮机，因此具有很高的操作灵活性。

通过启动第二台燃气轮机来调节电力，从而提高部件负载性能。

易于检查、维修和维护发电机。

使用更简单、更便宜的空气冷却发电机的可能性。

不需要辅助锅炉。

需要注意的是，在联合循环发电厂的工程设计中，设备配置的选择是单独进行的，因为每个项目在执行、客户要求和其他标准方面各不相同。