燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電意義和建議摘要：本文以IGCC聯(lián)合循環(huán)為例闡述了燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)的基本工作流程及工作原理。分析了燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)循環(huán)方式的特點(diǎn)及其特性參數(shù)。就目前國(guó)內(nèi)外燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)展及應(yīng)用狀況為我國(guó)發(fā)展聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)提出了一些建議。關(guān)鍵詞：聯(lián)合循環(huán)、燃?xì)廨啓C(jī)、汽輪機(jī)目前，全世界電能消費(fèi)已占終端能源消費(fèi)總量的40%左右。其中，熱力發(fā)電占據(jù)主要位置，其發(fā)電量約占全世界發(fā)電總量的80%。我國(guó)大多采用燃煤火力發(fā)電廠發(fā)電，其最高發(fā)電效率略高于40%，由于材料的限制，繼續(xù)提高蒸汽參數(shù)很困難，汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組供電效率進(jìn)一步提高的余地已經(jīng)不大，能預(yù)測(cè)到的不會(huì)超過10個(gè)百分點(diǎn)。燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電是解決上述問題的一個(gè)理性方案⑴。燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組具有熱效率高、污染排放低、節(jié)省投資、建設(shè)周期短、啟?？旖?、調(diào)峰性能好、占地少、節(jié)水、廠用電率低和可靠性強(qiáng)、維修方便等優(yōu)點(diǎn)⑵，目前整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)發(fā)電凈效率可達(dá)到60%。與常規(guī)燃煤電廠相比，聯(lián)合循環(huán)機(jī)組具有極大的優(yōu)勢(shì)，已受到研究者及政府的重視。1燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組由燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐和供熱汽輪機(jī)三大裝置組成，其分類型式也是多種多樣，各種循環(huán)都有自己的特點(diǎn)，分別適用于不同的場(chǎng)合。本文以整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC-InterratedGasificationCombinedCycle）為例，闡述單純發(fā)電用聯(lián)合循環(huán)工作原理3］。IGCC由兩大部分組成，即煤的氣化與煤氣凈化部分和燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電部分。第一部分的主要設(shè)備有氣化爐、空分裝置、煤氣凈化系統(tǒng)；第二部分的主要設(shè)備有燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)、余熱鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)。IGCC的工藝過程（見圖1）如下：煤經(jīng)過氣化成為中低熱值煤氣，經(jīng)過凈化，除去煤氣中的硫化物、氮化物、粉塵等污染物，成為清潔的氣體燃料，然后送入燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室燃燒，加熱氣體工質(zhì)以驅(qū)動(dòng)燃?xì)馔钙阶龉?，燃?xì)廨啓C(jī)排氣進(jìn)人余熱鍋爐加熱給水，產(chǎn)生過熱蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)做功。圖1IGCC聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)典型系統(tǒng)圖（虛線部分為聯(lián)合循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)）2燃?xì)廨啓C(jī)與汽輪機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)循環(huán)方式燃?xì)廨啓C(jī)是以空氣和燃?xì)鉃楣べ|(zhì)的熱機(jī)，由壓氣機(jī)、燃燒室和透平三大部分組成，系統(tǒng)圖見圖2-（a）。其中壓氣機(jī)的作用是提高工質(zhì)的壓力；燃燒室的作用是提高工質(zhì)的溫度，將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為工質(zhì)的熱能；透平的作用是通過工質(zhì)的膨脹將熱能裝換為機(jī)械能。理想燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的溫-熵圖如圖2-（b）所示，在該循環(huán)中，單位質(zhì)量工質(zhì)所獲得的熱量可由圖中的面積a-2-3-b-a表示，對(duì)外所做的功由面積1-2-3-4-1表示，向大氣放出的熱量由面積a-1-4-b-a表示，效率由面積2燃?xì)廨啓C(jī)與汽輪機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)循環(huán)方式燃?xì)廨啓C(jī)是以空氣和燃?xì)鉃楣べ|(zhì)的熱機(jī)，由壓氣機(jī)、燃燒室和透平三大部分組成，系統(tǒng)圖見圖2-（a）。其中壓氣機(jī)的作用是提高工質(zhì)的壓力；燃燒室的作用是提高工質(zhì)的溫度，將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為工質(zhì)的熱能；透平的作用是通過工質(zhì)的膨脹將熱能裝換為機(jī)械能。理想燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的溫-熵圖如圖2-（b）所示，在該循環(huán)中，單位質(zhì)量工質(zhì)所獲得的熱量可由圖中的面積a-2-3-b-a表示，對(duì)外所做的功由面積1-2-3-4-1表示，向大氣放出的熱量由面積a-1-4-b-a表示，效率由面積1-2-3-4-1與面積a-2-3-b-a之比間接表示。燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的性能主要取決于壓縮比兀和溫度比T兩個(gè)熱力參數(shù)，壓縮（簡(jiǎn)稱壓比）n=P2*/P「,溫度比（簡(jiǎn)稱溫比）T=T3*/T,*o描述燃?xì)廨啓C(jī)性能的主要指標(biāo)是比功3和循環(huán)熱效率n一，比功（也稱比輸出）3_=3nt=3/qb。tnbgt3 1-3，循環(huán)熱效率c21(b)圖2燃?xì)廨啓C(jī)熱力循環(huán)：（a）系統(tǒng)圖；（b）溫-熵圖C-壓氣機(jī)；B-燃燒室；T-燃?xì)廨啓C(jī)；G-發(fā)電機(jī)；1-2-空氣壓縮過程；2-3-空氣與燃料混合燃燒過程；3-4-燃?xì)馀蛎涍^程；4-1-排氣在大氣中放熱過程汽輪機(jī)是以水和水蒸氣為工質(zhì)的熱機(jī)，由給水泵、鍋爐、汽輪機(jī)和凝汽器四大部分組成，系統(tǒng)圖見圖3-（a）o其中給水泵的作用是提高工質(zhì)的壓力，為實(shí)現(xiàn)熱能向機(jī)械能轉(zhuǎn)換提供條件；鍋爐的作用是提高工質(zhì)的溫度，將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為工質(zhì)的熱能；汽輪機(jī)的作用是通過工質(zhì)的膨脹將熱能裝換為機(jī)械能，并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；凝汽器的作用是用冷卻水吸收掉工質(zhì)中的廢熱，并回收工質(zhì)。理想汽輪機(jī)循環(huán)的溫熵圖如圖3-（b）所示，在該循環(huán)中，單位質(zhì)量工質(zhì)所獲得的熱量可由圖中的面積 a-2-3-4-5-b-a表示，對(duì)外所做的功由面積1-2-3-4-4-6-1表示，向大氣放出的熱量由面積a-1-6-b-a表示，效率由面積1-2-3-4-5-6-1與面積a-2-3-4-5-b-a之比間接表示。汽輪機(jī)循環(huán)的性能主要取決于新蒸汽溫度―、新蒸汽壓力P5、背壓P6三個(gè)熱力參數(shù)。描述5 5 6汽輪機(jī)循環(huán)性能的主要指標(biāo)有熱耗率、汽耗率等。tI(b)圖3汽輪機(jī)熱力循環(huán)：（a）系統(tǒng)圖；（b）溫-熵圖P-給水泵；B-鍋爐；T-汽輪機(jī)；C-凝汽器；G-發(fā)電機(jī)；1-2-給水壓縮過程;2-3-4-5-給水轉(zhuǎn)化為蒸汽過程；4-6-蒸汽膨脹過程；6-1-排汽凝結(jié)過程3國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r及我國(guó)應(yīng)用狀況世界各國(guó)都非常重視燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)裝置的發(fā)展A5],產(chǎn)品的發(fā)展呈現(xiàn)出產(chǎn)品技術(shù)不斷發(fā)展和創(chuàng)新、機(jī)組容量等級(jí)不斷增大、單位千瓦造價(jià)相應(yīng)降低、燃機(jī)進(jìn)氣溫度不斷增高、單機(jī)出力和熱效率相應(yīng)提高、廣泛采用燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)、裝置功率和熱效率顯著提高的趨勢(shì)⑹。SiemensWestinghouse、Mitsubishi、ABB、GE等公司在燃?xì)廨啓C(jī)及聯(lián)合循環(huán)裝置的發(fā)展上做了極大貢獻(xiàn)，燃燒、冷卻、氣動(dòng)、漏泄、控制、測(cè)試以及材料、涂層等技術(shù)有了很大的發(fā)展和創(chuàng)新，燃機(jī)單機(jī)出力達(dá)?300MW(60Hz),聯(lián)合循環(huán)出力(1臺(tái)燃機(jī)+1臺(tái)汽機(jī))達(dá)?420MW(60Hz),燃機(jī)的進(jìn)氣溫度超過?1500°C,聯(lián)合循環(huán)裝置熱效率高達(dá)?60%，并實(shí)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行高可靠性、高可用率、維修性好、負(fù)荷適應(yīng)性好、燃料適應(yīng)性好以及低NOx排放。近年來，美、歐、日都制定了一系列對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電的鼓勵(lì)政策，如：法國(guó)對(duì)聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)投資給予15%的政策補(bǔ)貼。由于政策的正確引導(dǎo)，使聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)得到穩(wěn)定而迅速的發(fā)展。歐盟諸國(guó)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組占總裝機(jī)容量的比例仍有不斷上升的趨勢(shì)，如芬蘭熱電機(jī)組占全國(guó)總裝機(jī)容量的30%，荷蘭約占40%,在這些聯(lián)合循環(huán)中有70%以上采用天然氣為燃料。我國(guó)對(duì)于發(fā)展燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)也很重視[7,肌近年來隨著國(guó)內(nèi)天然氣消費(fèi)的快速增長(zhǎng)，特別是隨著西氣東輸、川氣東送、大鵬LNG、莆田L(fēng)NG等天然氣儲(chǔ)運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的建成投產(chǎn)，促使廣東、福建、浙江、上海等省市一批燃?xì)獍l(fā)電項(xiàng)目陸續(xù)建成投產(chǎn)，在滿足電力需求增長(zhǎng)的同時(shí)，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，其推廣應(yīng)用進(jìn)程在逐步加快。以IGCC為例[9-11】，2005年底華能集團(tuán)提出綠色煤電戰(zhàn)略，2006年各大發(fā)電集團(tuán)競(jìng)相展開IGCC技術(shù)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展和應(yīng)用，IGCC技術(shù)出現(xiàn)了大力發(fā)展的趨勢(shì)。華能天津綠色煤電IGCC電站和華電杭州半山IGCC電站是目前我國(guó)推廣IGCC電站的示范項(xiàng)目。4國(guó)內(nèi)發(fā)展聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的建議燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)把高效、清潔、節(jié)水和多聯(lián)產(chǎn)等特點(diǎn)結(jié)合起來，更符合21世紀(jì)發(fā)電技術(shù)的發(fā)展方向。隨著近期示范工程項(xiàng)目的建設(shè)，也已經(jīng)初步具備了進(jìn)一步發(fā)展的基本條件。但是，現(xiàn)階段我國(guó)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)項(xiàng)目單位造價(jià)和運(yùn)行成本仍比正常燃煤加脫硫電站高，上網(wǎng)電價(jià)高于當(dāng)?shù)孛摿驑?biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)，經(jīng)濟(jì)效益情況相對(duì)較差。為此需要通過政府引導(dǎo)與市場(chǎng)機(jī)制相結(jié)合，給予一些政策性優(yōu)惠。具體建議如下：繼續(xù)推進(jìn)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)示范電站建設(shè)，通過一系列示范電站的建設(shè)，帶動(dòng)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)技術(shù)的驗(yàn)證和提高，可以有效提高與燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站配套的設(shè)備制造商設(shè)計(jì)、制造水平，降低發(fā)電成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。電價(jià)對(duì)經(jīng)濟(jì)效益影響非常明顯，因此國(guó)家可以通過給予燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的上網(wǎng)電價(jià)優(yōu)惠政策，以促使燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益的改善。機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)對(duì)電價(jià)影響較為明顯，因此國(guó)家應(yīng)采取鼓勵(lì)引進(jìn)聯(lián)合循環(huán)先進(jìn)技術(shù)政策和技術(shù)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化政策，提高機(jī)組利用小時(shí)，積極推動(dòng)聯(lián)合循環(huán)技術(shù)的推廣應(yīng)用。通過優(yōu)惠的稅收政策和環(huán)境政策鼓勵(lì)聯(lián)合循環(huán)技術(shù)的普遍應(yīng)用。也給出其他一些建議：能源多極化，同時(shí)開發(fā)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)、天然氣聯(lián)合循環(huán)等。充分利用可再生資源[12】例如采用沼氣發(fā)電、高爐煤氣發(fā)電。參考文獻(xiàn)胡宗軍，吳銘嵐.燃蒸聯(lián)合循環(huán)將成為能源動(dòng)力發(fā)展的重點(diǎn)[J].能源技術(shù).1997(04):6-10.馬金鳳，陳海耿，李國(guó)軍.整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)的發(fā)展現(xiàn)狀及環(huán)保優(yōu)勢(shì)[J].材料與冶金學(xué)報(bào).2004(02):149-153.⑶遲全虎，林汝謀，徐玉杰，等.IGCC聯(lián)合循環(huán)的類型與構(gòu)成部件[J].燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù).2004(03):14-19.姜秀民，孫鍵，秦裕琨，等.整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)及其在美國(guó)的發(fā)展[J].電力建設(shè).1995(11):52-55.王玉蓉，周海瀾.世界聯(lián)合循環(huán)電站發(fā)展概況及我國(guó)發(fā)展道路[J].東方電氣評(píng)論.1994(03):176-183.徐連兵.整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景[J].電力勘測(cè)設(shè)計(jì).2005(06):8-11.姚爾昶，黃甌，易暉.燃?xì)廨啓C(jī)及聯(lián)合循環(huán)的現(xiàn)狀和我國(guó)的發(fā)展前景(下)[J].上海汽輪機(jī).1999(01):29-35.姚爾昶，黃甌，易暉.燃?xì)廨啓C(jī)及聯(lián)合循環(huán)的現(xiàn)狀和我國(guó)的發(fā)展前景(上)[J].上海汽輪機(jī).1998(04):1-5.李現(xiàn)勇，肖云漢，蔡睿賢.整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)技術(shù)的發(fā)展