发布时间 : 星期三 文章燃煤电厂改造成联合循环的可行性分析 - 图文更新完毕开始阅读
燃煤电厂改造成联合循环的可行性分析
[内容摘要] 燃煤电厂，特别是小型的燃煤电厂，效率低、煤耗大、能源浪费，并产生大
量的SO2污染环境。大量的CO2产生温室效应，使地球逐年变暖，这是危及人类生存、令人类担忧的问题。本文建议，将燃煤电厂改造成联合循环，是解决这个问题的最有效措施之一。提出了改造配置方案例，改造后的性能以及大约的投资费用。最后用技术-经济分析的方法确定改造方案的可行性和效益。
[关 键 词] 燃煤电厂 联合循环 改造
1 燃煤电厂经济性现状和原因分析
1998年，全国的电站装机总容量为2.773亿千瓦，其中火电机2.1亿千瓦，占总装机的75.5%；水电6507万千瓦，占23.5%；核电210万千瓦，占0.8%。至1999年，全国的电站装机总容量增加为2.94亿千瓦，年增长6.1%。
火电300MW及以上的燃煤机组（亚临界机）总共6924万千瓦，占火电总装机的33.0%。300MW以下（不含300MW）的燃煤机组总共14493万千瓦，占火电总装机的67.0%：其中高压100MW机140台，1400万千瓦，占6.67%；超高压125MW机134台，1675万千瓦，占7.98%；超高压200MW机179台，3580万千瓦，占17.05%；苏制超高压鲍曼级210MW机17台，357万千瓦，占1.7%。
100MW以下（不含100MW）的高压、中压、低压参数机组，共7060万千瓦，占33.6%。
300MW以下（不含300MW）的燃煤机组，一般设计于50年代末至70年代初，但采用的都是前苏联四十年代的汽轮机设计技术。经济性低、煤耗大，相应的SO2和CO2的排放量也大，对环境产生较大污染。统计的供电效率和煤耗见表1-1，电站烟气排放见表1-2。
表1-1 火电机和燃气轮机电站效率比较
113
简单循环 联合循环 汽轮机电站 燃机电站 燃气-蒸汽电站 类型 中压 高压 超高压 亚临界 超临界 1200-1300 双压/三压 供电效率% 21-23 29-31 34-35 37-38 39-41 32-42 48-58 折合的供585-534 424-396 361-351 332-323 315-300 384-293 256-212 电标煤耗 克/度 发电效率% 29-30 37-38 41-42 45-46 47-49 表1-2 火电机和燃气轮机电站烟气排放比较 电站 NOX SO2 去除率 % 粉尘 mg/Mj 汽机电站（有脱硫） -6< 70×10 90 129 联合循环电站 -6< 10×10 99 极少
由表1-1、表1-2可见，占火电总装机33.6%的100MW以下的燃煤机组，不但设计技术落后，而且采用的是低参数（初温、初压低）的循环，因此经济性差，煤耗高、污染严重。
火电机组经济性差最根本的问题还在于循环本身，这可以从卡诺循环看出。卡诺循环是一个理想的热力循环，永远也无法达到的，它在热机方面的贡献在于：指出了如何提高热机效率的方向。汽轮机的发展就是这样的：为了提高平均吸热温度，采用多级回热、再热、高温/高压等措施，研制了超高压机、亚临界、超临界、超超临界机；为了降低平均放热温度，采用低的凝汽压力，大循环水倍率等。卡诺循环见图1-1。 T2等温吸热3等熵压缩1等熵膨胀4S等温放热 图1-1 理想卡诺循环
理想卡诺循环效率见表1-3。
表1-3 理想卡诺循环效率 热机类型
汽轮机循环 燃气轮机循环 114
联合循环 最高吸热温度 ℃ 平均吸热温度 ℃ 最高放热温度 ℃ 平均放热温度 ℃ 热机极限效率 % 实际效率水平 % 535 400 35 25 56 35-41 1300 750 600 310 43 28-38 1300 750 35 25 71 60 理想卡诺循环由无损失的等熵压缩、等温吸热、等熵膨胀和等温放热构成，实际是无法达到的。热机按平均吸热温度和平均放热温度可以估算出循环的极限效率，从而判定热机改进的潜力还有多大。
由表1-3可见，汽轮机循环效率低的根本问题是平均吸热温度低，而燃气轮机效率不高的根本问题是平均放热温度太高。燃气-蒸汽联合循环正是一种有高平均吸热温度和低平均放热温度的循环，所以有最高的循环效率。
2 燃煤电厂改造成联合循环的可行性 燃气轮机循环如图2-1，燃煤电站循环如图2-2。 燃烧室发电机压气机涡轮 图2-1 燃气轮机电站循环
燃煤锅炉给水泵发电机汽轮机凝汽器 图2-2 燃煤电站循环
空气经滤清器进入压气机压缩成高压空气（大约10-30ata），被引入燃烧室喷油（或气体燃料）燃烧，并混合成1200-1400℃的高温燃气，高温燃气在涡轮机
115
内膨胀作功（热能转变为机械能），作功后的燃气排向大气（大约550-600℃），形成开式循环。典型燃气轮机的性能见表2-1。
表2-1 典型燃气轮机性能 制造商/机型 GE/9FA GE/9E 西门子/V94.3A ABB/GT26 三菱/701G 燃机功率 MW 256 123 255 265 334 效率 % 36.8 34 38.5 38.5 39.5 排气温度 ℃ 609 538 577 640(两次燃烧) 587 燃气轮机电站有很快的启动性能,优良的调峰和两班制运行能力,见表2-2。
表2-2 启动时间比较 （分） 启动方式 冷态 温态 热态 汽机电站 360-480 180 90 燃机电站 20 10 2 联合循环电站 120-180 60-90 18-30
联合循环的焓熵图和系统简图见图2-2、图2-3。
联合循环效率=面积1.1+面积1.2(1.1+1.2)+(2.1+2.2)燃气轮机循环(顶循环）1.12.1汽轮机循环(底循环）1.22.2 图2-2 联合循环焓熵图
116