【行业洞察】一文读懂燃气轮机联合循环发电厂
建造联合循环发电厂（CCPP）被认为是未来几十年对可持续能源未来的一项有前途的投资。联合循环发电技术的高性能和此类发电厂产生的温
建造联合循环发电厂（CCPP）被认为是未来几十年对可持续能源未来的一项有前途的投资。
联合循环发电技术的高性能和此类发电厂产生的温室气体排放量较低，使CCPPs成为最清洁的化石热能源，并解释了为什么这项技术越来越受欢迎。
联合循环发电厂通过燃气轮机和蒸汽轮机的联合运行，将燃料的热能转化为电能。
这个过程涉及启动两个连续循环：与传统燃气轮机相对应的布雷顿循环和由蒸汽轮机提供的朗肯循环。
联合循环火力发电厂比传统火力发电厂更灵活。这意味着，除其他外，它们在部分负载下高效运行。负载波动期间的灵活运行使CCPP在以间歇性发电为特征的可再生能源增长时代成为提高电力系统稳定性的绝佳解决方案。
联合循环发电厂的特点是在各种负载下效率高，其有害排放和冷却水消耗量显著降低。
最后，这些发电厂建造得更快，每兆瓦装机容量所需的土地更少。
联合循环发电厂的能效约为55-60%，而传统火力发电厂为35-45%。换句话说，用更少的燃料生产更多的电力。这项技术具有环境和经济效益。
联合循环发电厂的工作原理
联合循环发电厂，或联合循环燃气轮机（CCGT）电厂，是一个现代发电系统，用于具有有两个独立的热循环（燃气轮机循环和蒸汽轮机循环）的热单元发电。
一个循环（燃气轮机）未使用的热量可以用作另一个循环（蒸汽轮机）的热源。通过这种方式，燃气轮机循环产生的热废气转移了运行蒸汽循环所需的能量。这种配置允许非常高效地使用燃料，能源转换效率超过55%。换句话说，燃料中包含的55%以上的能源被转化为电力。
除了发电外，从联合循环发电厂获得的能源还可用于为远程消费者供暖和为工业发电过程蒸汽。
从环境中吸入的空气进入燃气轮机，在那里被压缩，然后在燃烧室与燃料混合。燃料以微小颗粒的形式进入这个房间，这确保了完全燃烧。然后，燃烧产生的热气体在轮机中膨胀，以运行与气体循环相关的发电机。
从燃气轮机排放的温度超过500ºC 的热废气进入HRSG。这是热废气和蒸汽循环中的高压水之间交换热量的地方，这意味着废气的热量以最大的效率使用。冷却后的气体排放到大气中。
关于蒸汽循环，来自蒸汽冷凝器的水积累在给水箱中，从那里沿着循环进一步输送，以便随后进行热交换。
在热回收蒸汽发生器中，水通过三个部分：
•将水温提高到接近沸点的节能器。
•蒸发部门位于单位的中部，在那里发生液-汽过渡。
•通过提高蒸汽温度来增加蒸汽能量的过热扇区，这些扇区位于离轮废气最近的地区，那里的温度达到高值。
在循环过程中，产生的蒸汽在蒸汽轮机中膨胀。
进行机械工作后，蒸汽在大气压力下失去能量并冷凝。
与开放循环相比，燃气轮机和蒸汽轮机结合了两个循环，增加了能源产量。
联合循环发电厂（CCPP）非常节能，因为它们使用热气轮机气体的热量，否则这些热量会释放到大气中。出于这个原因，许多能源公司目前正在根据这种模式订购旧式火力发电厂进行现代化改造。此外，绝大多数新的火力发电厂被设计为联合循环发电厂，作为最有利可图、最环保的解决方案。
联合循环的优势和局限性
由于其高度的灵活性，无论是发电还是蒸汽，联合循环技术被广泛用于蒸汽发电厂的现代化，从而提高了其效率。
联合循环发电厂的优势如下：
•广泛使用天然气。由于CCPP配置最适合天然气，它似乎是最具成本效益的解决方案。
•可以高效使用其他燃料，包括柴油和气化煤，但对燃烧器有限制。
•在可再生能源与电网的大规模连接导致负载波动显著的情况下，发电厂的高性能。
•就氮氧化物排放而言，对环境的影响相对较低，对大气的热量排放量也少得多。
•与传统火力发电厂相比，冷却要求更低。
•投资成本低，设备安装和启动期限很短，以实现所需的能源生产水平。
•与组件高度标准化、简化组装和维护相关的重大经济效益。
目前正在建设的联合循环发电厂的效率约为58-60%。
这大大超过了蒸汽轮机独立运行的开放循环发电厂的性能。
CCPP的实际发展与制造能够在1100°C左右的高压和温度下运行的燃气轮机的材料的技术进步密切相关。在某种程度上，这导致了设备开发的延迟，但在20世纪90年代，情况有了显著改善。目前市场上有轮机可以承受1400°C及以上的温度。
设备设计的改进和新材料的引入有助于提高燃气轮机的功率和效率，从而提高整个联合循环的效率。
陶瓷和单晶材料广泛用于生产轮叶片在很大程度上促进了这一进展。
高运行温度对燃气轮机循环的设备和组件施加的限制之一是循环运行产生的热应力。这些应力比连续运行期间大得多，因为在循环运行中，启动和停止瞬态发生频率要高得多。
金属的热机械疲劳是瞬态过程的结果。紧急停机对轮机的使用寿命有重大影响，因为在这方面，每次启动相当于大约20小时的持续运行，一次紧急停机相当于大约200小时的正常轮机运行。
即使在正常运行条件下，燃气轮机电路的某些组件也没有达到预期寿命，特别是轮叶片。
在这方面，专业的设备选择和安装以及联合循环发电厂的合格运营变得很重要。
另一个限制因素是燃气轮机的运行情况因环境条件而异。轮机在炎热的日子比在寒冷的日子工作效率低。在0摄氏度环境温度下运行的燃气轮机通常在30摄氏度下产生的电力比同一轮机多约15%。
同样，干燥的气候提高了设备效率。
因此，设备参数的计算不仅应根据标准环境条件进行，还应考虑到计划操作的实际条件。
说到污染，低氮氧化物燃烧室一直是燃气轮机技术最重要的进步之一。这种设备的缺点是，由于使用精益空气燃料混合物，火焰不稳定。火焰不稳定性会导致振动和噪音，并进一步影响燃气轮机的寿命和可靠性。
因此，在每种情况下，建造联合循环发电厂的项目都需要基于客户要求和预期成本、特定国家的环境标准等的单独解决方案。
因此，在每种情况下，建造联合循环发电厂的项目都需要基于客户要求和预期成本、特定国家的环境标准等的单独解决方案。
联合循环发电厂的环境效益
如今，在能源部门投资时需要评估的一个重要因素是特定项目对环境的影响。
在世界大部分地区，公司必须进行初步的环境研究，并提出纠正行动，以减轻未来发电厂对环境的任何负面影响。
本研究评估特定计划、计划、项目、工作或活动对环境的影响。这里必须指出，联合循环发电厂向大气中排放一些气体，这些气体受国家标准和国际义务的约束。
联合循环发电厂的液体排放从冷却电路和其他技术流程进入天然水体。废水的性质取决于冷却系统的类型（开路或闭路）和所用水的来源（海水或淡水）。
CCPP排放的有毒危险废物包括废旧变压器油、燃料燃烧产品、废旧过滤材料和其他物质。一般来说，这些设施比旧的蒸汽发电厂更安全。
在建造联合循环发电厂期间，有必要考虑对环境构成威胁的事故和自然灾害的可能性。其中，冷却水管破裂、漏油、漏气等。
今天，国际标准要求工程公司研究可能对环境产生负面影响的潜在事故和异常运营条件，以尽量减少其后果。
