摘　要：針對中小型燃煤熱電廠存在的問題，提出將燃煤熱電系統改造成燃氣一蒸汽聯合循環發電系統。探討改造方案、設備配置原則、環境效益。結合算例，對燃氣一蒸汽聯合循環發電系統的熱經濟性進行了分析。

關鍵詞：燃煤熱電廠  燃氣—蒸汽聯合循環發電  配置原則  環境效益  熱經濟性

Technical Reconstruction of Coal-fired Thermal Power Plant for Gas and Steam Combined Cycle Power Generation

Abstract：Based on the problems of small and medium sized coal-fired thermal power plants，it is proposed that the coal-fired thermal power system is reconstructed into the gas and steam combined cycle power generation system．The reconstruction scheme，the equipment configuration principle and the environmental benefit are discussed．The heat economy of the gas and steam combined cycle power generation system is analyzed by a calculation example．

Key words：coal-fired thermal power plant;gas and steam combined cycle power generation;configuration principle;environmental benefit;heat economy

由國內燃煤熱電廠的運行現狀可知，位于城市內的中小型燃煤熱電廠大多數采取“以熱定電”方式運行，作為供暖期集中供熱熱源。由于多數燃煤熱電廠建設年代較早，加之機組維護管理不善，導致全年總熱效率較低，煤耗較高。隨著煤價的上漲，很多燃煤熱電廠接近甚至處于虧損狀態。因采用煤質較差的原煤，產生大量的氮氧化物、硫化物、二氧化碳、煙塵等污染物。為積極響應國家節能減排政策，位于城市內的中小型燃煤熱電廠應進行技術改進，提高能源利用率，并努力降低污染物排放量。燃氣輪機發電機組與汽輪機發電機組的聯合循環發電系統(以下簡稱聯合循環發電系統)具有發電效率高、余熱高效利用、環保等優勢^[1-5]，在城鎮供電、供熱領域將發揮巨大作用。本文針對以季節性負荷為主的燃煤熱電廠，對聯合循環發電系統技術改造進行探討。

1　改造方案

1．1　改造方案^[6]

①常規非補燃型蒸汽余熱鍋爐聯合循環發電系統。用燃氣輪機與蒸汽余熱鍋爐取代原有的燃煤鍋爐，蒸汽余熱鍋爐為非補燃型。這種改造方法特別適用于以季節性負荷為主的燃煤熱電廠改造，改造后燃氣輪機可始終在額定工況下運行，供熱量可通過改變汽輪機抽汽量進行靈活調節。

②排氣助燃燃煤鍋爐聯合循環發電系統。保留燃煤鍋爐，并增設燃氣輪機，將燃氣輪機煙氣用于預熱燃煤鍋爐進氣(空氣)。

③并列動力布置聯合循環發電系統。保留燃煤鍋爐，并增設燃氣輪機與蒸汽余熱鍋爐，將蒸汽余熱鍋爐、燃煤鍋爐產生的蒸汽共同作為汽輪機進汽。改造后，燃氣輪機與汽輪機可單獨運行。

④給水加熱聯合循環發電系統。保留燃煤鍋爐，增設燃氣輪機與換熱器，利用換熱器出水取代汽輪機抽汽，用于加熱供熱熱水，以提高汽輪機發電機組的發電功率。

1．2　設備配置原則

由以上分析可知，對于以季節性負荷為主的燃煤熱電廠改造，宜采用常規非補燃型蒸汽余熱鍋爐聯合循環發電系統。常規非補燃蒸汽余熱鍋爐聯合循環發電系統的設備配置原則主要有以下幾個方面。

①以熱定電，合理確定供熱能力，充分發揮發電能力。位于城市內的中小型熱電廠主要滿足覆蓋區域冬季的供暖熱負荷，少量常年工業熱負荷，夏季個別用戶的制冷用熱負荷。按照以熱定電的原則，在保證供熱可靠性的前提下，根據現狀熱負荷、規劃熱負荷，合理確定聯合循環發電系統的供熱能力，滿足用熱需求，并充分發揮機組的發電能力。

②提高供熱可靠性。位于城市內的中小型熱電廠作為城市集中供熱的主要熱源，供熱對象往往涉及政府機關、商業建筑、大型賓館等，應保證供熱的可靠性。對于聯合循環發電系統，一拖一(即1臺燃氣輪機與l臺汽輪機匹配)的設備配置原則具有運行靈活、供熱可靠性高的優點，因此推薦按照一拖一方式進行設備配置，以提高聯合循環發電系統供熱的可靠性。

③盡量不選用補燃型蒸汽余熱鍋爐。若選用補燃型蒸汽余熱鍋爐，補燃系統(含燃燒器、運行保護系統)造價較高，約占補燃型余熱鍋爐造價的20％，且換熱面積需相應增加，汽輪機發電機組及附屬設備容量也需相應增加，運行費用也會隨之增加。因此，盡量不選用補燃型蒸汽余熱鍋爐。

2　環境效益分析

①空氣環境影響分析

改造后，單位發電量的二氧化碳、二氧化硫、粉塵的排放量均有所減少，但對氮氧化物的減排效果不明顯^[7-8]。

②聲環境影響分析

聯合循環發電系統燃用天然氣，沒有輸煤、碎煤、磨煤系統，也無需啟用除灰渣系統，噪聲有所降低。產生噪聲的主要設備有汽輪機、燃氣輪機、發電機、余熱鍋爐、空壓機、各種泵等，但大部分設備都安裝在廠房內。應從以下幾方面控制噪聲：選用符合噪聲限值要求的低噪聲設備，并加裝消聲、隔聲裝置。在設備管道設計中，采取防振、防沖擊措施以減輕振動噪聲。設計廠房時，盡量使主要工作和休息場所遠離強聲源。在廠區總平面布置中，統籌規劃、合理布局，注重防噪聲間距，在廠區內設置綠化帶，進一步降低噪聲對周圍環境的影響。

3　熱經濟性分析

3．1　熱經濟性指標

聯合循環發電系統發電效率璣的計算式為^[9]：

式中hcc——聯合循環發電系統發電效率

hGT——燃氣輪機發電機組發電效率

hHRST——余熱鍋爐熱效率，取0.8

hST——汽輪機發電機組發電效率

PE——聯合循環發電系統發電功率，W

qfq——燃氣輪機天然氣耗量，m³／s

Q——天然氣低熱值，J／m³，取34×10⁶J／m³

聯合循環發電系統供熱效率hn的計算式為：

式中hn——聯合循環發電系統供熱效率

Fn——聯合循環發電系統供熱量，W

聯合循環發電系統總效率hcp的計算式為：

式中hcp——聯合循環發電系統總效率

聯合循環發電系統熱電比戈的計算式為：

式中x——聯合循環發電系統熱電比

3．2　算例

某供熱區域的設計熱負荷為280MW，分別采用南京汽輪電機廠生產的PG65618型、PG9171E型燃氣輪機發電機組配置聯合循環發電系統。方案1：配置6套PG65618型燃氣輪機發電機組及汽輪機發電機組，總供熱能力為296MW。方案2：配置2套PG9171E型燃氣輪機發電機組及汽輪機發電機組，總供熱能力為302WM。

PC,65618型燃氣輪機發電機組的額定天然氣耗量為12730m³／h，額定發電功率為39.62MW，額定發電效率為31.9％。純凝汽工況下汽輪機發電機組的發電功率為l6.05MW，對應的發電效率為12.91％。PG9171E型燃氣輪機發電機組的額定天然氣耗量為37404m³／h，額定發電功率為l23.4MW，額定發電效率為33.8％。純凝汽工況下汽輪機發電機組的發電功率為46.3MW，對應的發電效率為l2.67％。

燃氣輪機發電機組在額定工況下運行，改變汽輪機抽汽量，配置兩種燃氣輪機發電機組的聯合循環發電系統的熱經濟性指標分別見圖l、2。

由圖l、2可知，隨著抽汽量的增大，hcp、hn、x均增大，hcc、hST，均減小。與配置較小額定發電功率燃氣輪機發電機組的聯合循環發電系統相比，配置較大額定發電功率燃氣輪機發電機組的聯合循環發電系統的hcc、hcp較高，但hn、x有所下降，因此建議配置多臺較小額定發電功率的燃氣輪機發電機組，以適應熱負荷變化的需求。

4　結論

應根據設備配置原則并考慮較高的熱經濟性指標，對原有燃煤熱電廠進行改造。建議配置多臺較小額定發電功率的燃氣輪機發電機組，以適應熱負荷變化的需求。

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本文作者：魏偉  田貫三

作者單位：山東建筑大學

  山東建筑大學山東省建筑節能技術重點實驗室

  山東建筑大學可再生能源建筑利用技術省部共建教育部重點實驗室