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摘要：本文主要针对不同环境和不同条件下的燃气-蒸汽联合循环机组性能展开分析，明确了其影响因素下，燃气-蒸汽联合循环机组性能特点，进行了分析和总结，可供今后参考。
关键词：环境条件；燃气蒸汽联合循环机组；性能
前言
燃气轮机及其联合循环发电机组具有热耗率低、调峰性能好和污染少等诸多优点，装机容量和发电量都快速增长。随着“西气东输”的全线贯通、东海和南海油气能源的开发、俄罗斯和澳大利亚等国油气资源的引进，我国天然气储量和消费量将进一步提高，而适逢沿海经济发达地区能源经济结构的调整，燃气轮机及其联合循环发电机组将会再次快速发展。
1、燃气轮机及其联合循环发展现状
我国的燃气轮机研发起步较早，在前苏联的技术支持下，成功研究出0.2-25MW的小功率燃气轮机。但由于当时天然气资源不足，燃气轮机在国内没有市场，导致科研技术人员流失，与欧美日等发达国家研发水平的差距越来越大。随着“西气东输”项目的实施和大量天然气资源的进口，国内天然气储量和供应量大幅增加，为燃气轮机及其联合循环发电机组的投资建设莫定了坚实的基础。故2001年起，我国开始实施《燃气轮机产业发展和技术引进工作实施意见》。哈尔滨电气、东方电气和上海电气分别与美国GE、日本三菱和德国西门子合作，研发制造E级和F级燃气轮机及其联合循环机组。 2006年，我国第一台E级燃气轮机的国产化研发制造由南京汽轮机公司完成。“十一五”期间，通过863计划和973计划，完成了110MW燃气轮机的设计研发和发电实验验证，研究了燃烧室采用中低热值天然气的燃烧技术，并成功研发出燃气透平所需的耐高温叶片。2014年，上海电气收购意大利安萨尔多，不仅能与安萨尔多共享燃气轮机的核心技术，也打破了欧美日等国在燃气轮机维护方面的垄断。“十三五”期间，燃气轮机和航空发动机的“两机专项”项目实施，将进一步推动我国燃气轮机技术的发展和应用。其中燃气轮机专项的主要目标是F级和H级燃气轮机的自主研发制造，争取分别在2020年和2030年成功研发F级300MW和H级400MW燃气轮机。
图1联合循环机组性能随环境温度的变化
2、 大气环境对联合循环机组性能的影响
（1）.大气温度Ta的影响
燃气一蒸汽联合循环是指把燃气轮机循环与蒸汽轮机循环以一定的方式组合成为一个整体的热力循环，简称为“联合循环”。联合循环发电机组主要由燃气轮机、汽轮机、余热锅炉、发电机以及凝汽器、水泵等辅助设备组成，其中燃气轮机主要由压气机、燃烧室和透平组成，余热锅炉主要由省煤器、蒸发器和过热器组成。联合循环发电机组能够合理地梯级利用能源，可以有效提高机组出力和效率。
当联合循环机组工作时，首先是压气机吸入外界环境的空气并将其压缩，压缩后的空气压力大幅升高，空气温度也有一定的提高；压缩后的空气与燃料（天然气）混合后在燃烧室中燃烧产生高温高压的燃气，燃气初温非常高，故对耐高温材料的要求比较高；燃气随后在透平中膨胀做功，并带动发电机发电；做功后的燃气轮机排烟进入余热锅炉加热水，产生的高温高压蒸汽在汽轮机中膨胀做功带动发电机发电；汽轮机排汽在凝汽器中凝结放热，冷凝水又再次进入余热锅炉，从而形成了蒸汽动力循环。
本文采用热经济学理论的研究方法，以国内某电厂9FA型燃气一蒸汽联合循环发电机组作为研究对象。对于电厂周围的大气环境而言，全年中随时间变化的一般是大气温度和相对湿度，大气压力变化不大，而相对湿度对燃气轮机及其联合循环机组的性能影响很小，故只分析大气温度对联合循环发电机组性能的影响，如图1所示。
从图1中可以看出，联合循环机组总功率与热效率、燃气轮机功率和汽轮机功率都随大气温度升高而降低。燃气轮机是恒体积容量的机械动力设备，压气机吸入的空气质量流量与密度紧密相关。随着环境温度升高，空气密度减小，空气的质量流量随之减小，进入燃烧室的天然气相应地减少，导致燃气轮机的出力下降；另外，由于压气机耗功与环境温度成正比，故环境温度升高会使压气机耗功增加，燃气轮机出力进一步下降。而汽轮机的出力降低，则是因为燃气轮机透平排烟的质量流量降低，进入余热锅炉的热量减少，导致余热锅炉生成的蒸汽减少。
但汽轮机功率降低的幅度小于燃气轮机功率降低的幅度，这是因为随着大气温度的升高，燃气轮机透平排烟的温度提高，进入余热锅炉的单位气体热能较高，虽然无法抵消排烟质量流量减少的负面影响，但汽轮机功率降低的幅度较小。而联合循环的总功率是燃气轮机和汽轮机功率的总和，故总功率也随大气温度升高而降低。从图1中可以发现，随着大气温度从15℃升高到25 0C，联合循环总功率下降27.23MW，热效率下降1.01%。
（2）大气压力pa的影响
通常燃气轮机都是按大气压力pa=0.1013MPa的标准状态设计的。由于大气压力的变化直接影响空气比容，进而影响燃气轮机的G和PGT。当大气压力升高时比容下降，G和PGT增加；大气压力下降时比容增加，G和PGT下降；
大气压力较大幅度的变化，主要是由于机组所在的海拔高度所造成的；随着海拔高度的增加，大气压力和环境温度都在下降，因此海拔高度对燃机的性能有很大的影响。
对于既定地区大气压力的变化范围较小，且不影响ηGT，因此应该把主要注意力放在Ta变化的影响上。但在燃机做热力性实验时，必须考虑大气压力的变化。
（3）空气绝对湿度H的影响
大气的湿度关系到从压气机吸入到燃机去的空气中所含的水蒸气含量它将影响湿空气的比热容值，相应地会影响到压气机压缩功、透平的膨胀功和燃烧室中燃料的摄入量从而影响到燃气轮机的比功和效率。
G--每秒钟流进压气机的空气质量流量（kg/s）
PGT--燃气轮机输出的额定功率
ηGT—循环效率
结束语
综上所述，燃气轮机及其联合循环机组虽然具有启动速度快、调峰性能好、效率高和污染少等优点，但其性能受到环境条件特别是大气温度的影响。随着大气温度的升高，燃气轮机及其联合循环机组的性能随之下降。对燃气轮机加装进气冷却装置，是提高机组性能最有效、最安全和最可靠的方法。它不改变燃气轮机本体，只是通过降低压气机的入口空气温度，使燃气轮机的性能达到甚至超过额定标准。加装进气冷却装置，在夏季的用电高峰期能够提高燃气轮机及其联合循环电站的发电能力，具有较好的社会效益和经济效益。同时，进气冷却使燃气轮机高效运行，减少机组维护费用，还可以减少氮氧化物的排放，满足环境保护的要求。
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论文作者:杨德刚
论文发表刊物:《基层建设》2018年第4期
论文发表时间:2018/5/23
标签：燃气轮机论文; 机组论文; 大气论文; 蒸汽论文; 汽轮机论文; 燃气论文; 功率论文; 《基层建设》2018年第4期论文;