浙江大唐国际江山新城热电有限责任公司
摘要：随着市场需求不断扩大，传统燃煤发电机组已逐渐难以满足实际需求，因此，在单机设备效率提升越来越困难的情况下，采用联合循环方法，对机组进行改进，成为发电企业研究的重点。
关键词：燃气蒸汽；联合循环系统
引言
随着城市建设的高速发展，燃气轮机及联合循环发电在我国的应用需求，应提高联合循环电厂运行人员的技术水平。本文就燃气蒸汽联合循环系统进行分析，以期为读者提供参考。
一、燃气蒸汽联合循环过程概述
燃气轮机产品是国家“十五”规划和产业政策倡导下的节能环保产品，可在发电、油田、冶金、化工等领域广泛使用，已成为全球范围内发电生态系统的重要组成部分。
空气由燃气轮机的进气装置引入压气机压缩后，进入环绕在燃机主轴上的分管式燃烧室。经过调压站分离、过滤和减压，满足燃机进口要求的天然气再经过燃机天然气前置模块的计量、加热、再过滤后，与进入燃烧室的压缩空气进行预混，通过燃料喷嘴喷入燃烧室后燃烧，燃烧后的高温烟气进入燃气轮机透平膨胀做功，带动燃气轮机转子转动，拖动发电机发电。
做功后的烟气温度依然很高，高温烟气通过烟道进入余热锅炉，烟气中的热量被充分吸收利用，使能源得到梯级利用，最后经余热锅炉的主烟囱排入大气。高温烟气加热锅炉给水产出过热蒸汽去汽轮机做功，大幅度提高联合循环的效率与出力。
余热锅炉采用三压、自然循环、卧式布置，可装设SCR等脱硝装置，进一步降低氮氧化物的排放。每台余热锅炉设置一个烟囱，在供热工况时，投入热网水换热器，提高机组供热能力。
二、燃气轮机和联合循环发电技术的优点
（1）电厂整体循环效率高
目前超临界的600MW火电机组，其供电效率约40%左右。而燃气蒸汽联合循环发电效率达58%—60%，通过冷热电三联供等方式实现能源的梯级利用，综合能源利用效率达70%以上，已成为当今发电设备领域中热效率最高的技术。
（2）对环境污染极小。采用干式低氮氧化物燃烧技术，天然气通过DLN燃烧器燃烧，氮氧化物、二氧化硫排放量远低于国家标准，也可以在余热锅炉内设置脱硝装置，进一步降低氮氧化物的排放。
（3）在同等条件下，单位投资较低。
（4）调峰性能好、启停快捷，具备黑启动能力，可以作为电网的应急电源。
（5）占地少。联合循环电厂无需煤场、灰场、输煤等系统，厂区占地面积比常规燃煤火电厂小得多。燃气轮机和余热锅炉都是户外布置，安装场地少。
（6）耗水量少。燃气轮机单循环只需火电厂的2%—10%的用水量，联合循环也只需同容量火电厂的1/3左右。
（7）建设周期短，采用模块化安装，且可分期投产。
（8）自动化程度高，可实现一键起停，大幅减少运行人员，甚至做到少人值班、无人值班。
三、GE 9FA燃气蒸汽联合循环发电机组启动过程
9FA燃气蒸汽联合循环发电机组是目前应用最为广泛、运行时间最长、技术成熟度最高的天然气发电机组之一。首台机组于1991年推向市场，是目前世界上累计运行时间最长的F级燃气轮机，市场占有率大，其安全对整个系统的运行十分重要。因此启动过程在9FA燃气蒸汽联合循环发电机组的运行过程中尤为关键。GE 9FA燃气蒸汽联合循环发电机组一般采用LCI，即负载换流型变频器变频启动系统进行启动控制。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在整个的启动过程中，联合循环发电机组的发电机变为同步电动机，发电机的频率需经过一个较为渐变的上升过程，从0Hz一步步上升到额定值左右，直到整个负载换流型变频器变频启动系统（LCI）停止运行。在整个循环发电机组启动过程中，机组变频器输出电流及电压都需要经过长达20min左右才能达到额定值，而发电机的转速则在整个启动期间都无法达到正常额定值，最大只能达到额定值的72％。在GE 9FA燃气蒸汽联合循环发电机组的整个启动过程中，系统需要经过升速、稳定、惰走、点火、加速及脱扣等一系列过程，由于机组启动功率大、过程复杂，需采用负载换流型变频器变频启动系统（LCI）进行启动控制。这一启动系统模式系统复杂、涉及许多不同类型的软硬件，相互构建组成整个控制系统。
四、LCI的软硬件组成和网络构建分析
负载换流型变频器变频启动系统（LCI）对GE 9FA燃气蒸汽联合循环发电机组安全十分重要，LCI静态启动系统具有节省启动仪器、节约透平基础空间等优点，LCI变频启动装置的主要设备有：功率变换设备、控制系统、交流电抗器、直流电抗器、冷却系统等。
整个软件系统构建起到隔离、变压、传递功率的作用，接线方式采用三角形（高压侧、低压侧）及星形（低压侧），变压器的接线型式为Dd0y1；部分构件的作用如下：
52SS：隔离变压器6kV断路器；
89SS：LCI连接发电机的启动刀闸；
89MD：LCI的输出刀闸；
52G：发电机出口开关；
LS2100的数字控制系统和Mark VI燃气轮机控制系统、EX2100励磁控制系统、人机交互界面（HMI）互相作用，通过高速数据通道通信，形成一个完整的控制系统。
用户接口：LCI可支持可编程控制器、可选诊断显示模块及串行通讯监视器终端。
整流器：3相、12脉；交流—直流整流方式。
控制器：LS2100基于UCVE和DSPC控制器。LCI、Mark VI和EX2100相互结合，根据发电机速度和转矩实现闭环控制；LCI给发电机定子提供变频电源，EX2100提供发电机转子励磁电流；通过控制励磁电流和定子电流，使发电机加速和减速直至启动过程完成。
DSPC数字信号处理器控制板：由DSPC和GEI--100220组成。DSPC是LCI微处理器板。控制代码，EEPROM（配置数据）存储系统。
UCVE卡：通过VME上的ISBUS与DSPC、FCGD卡通讯，通过EGD采集PLC开关控制与冷却系统控制的信息，并参与控制命令的下达并采集下一台LS2100的信息，UCVE和UDH机组高速网连接，完成与与控制系统MARKVI的信息交换与命令传送。
DDTB：辅助I/O系统（电压信号、触电I/O，电流测量信号和电流互感器输入）连接的底板接口板；FCGD卡：FCGD卡安装在LS2100系统中，分别与两个整流桥和一个逆变桥连接，通过VME上的ISBUS和DSPC通信；FCGD卡从DSPC卡中得到触发信号的命令并将命令传送到各个桥路上，将桥路上的状态反馈到FCGD，通过ISBUS传回到DSPC卡上参与过程控制，而UCVE卡则将收到的各个状态参数通过EGD送到Mark VI控制系统。
FHVA板：DS200FHVA用做SCR门接口和单元电压监控器，提供门功率与FGPA板到SCR的隔离路径，在运行过程中属于高压设备。
结束语：作为一种具备显著优点，拥有较大发展潜力的动力装置，燃气—蒸汽联合循环不仅可以满足当地经济发展对于电力的需求，还可以减少对环境的污染，提高企业的经济效益和社会效益。燃气轮机的运行特性需要由启动机将燃机拖动至自持转速，而后加速至额定转速，注定LCI变频启动装置在GE 9FA 燃气蒸汽联合循环发电机组的作用会越来越重要。
参考文献
[1]李方吉，邓旭东.大型燃气-蒸汽联合循环机组维修策略[J].热力发电，2010，38（9）.
[2]范纬.GE公司燃气轮机的发展[J].东方电气评论.2010（1）：39-42.
论文作者:王学强
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第27期
论文发表时间:2018/3/2
标签：燃气轮机论文; 机组论文; 蒸汽论文; 燃气论文; 发电机论文; 系统论文; 控制系统论文; 《建筑学研究前沿》2017年第27期论文;