（国家电投集团珠海横琴热电有限公司519000）
摘要：在科技不断发展的同时，人们的环保意识也在逐渐提升。在电力产业当中，燃气轮机、联合循环电站的重要性日益凸显，能够更好的适应国民经济发展对电力产业的需求。为了进一步提高机组运行经济性，采用了美国GE公司S109FA型无补燃三压再热式联合循环，通过理论分析，开发编制软件，可对不同燃气轮机初温状态下的联合循环机组运行参数优化配置加以计算，提高机组发电效率。同时根据获取的数据，分析了参数对联合循环效率的影响及趋势，为联合循环机组运行及应用提供指导。
关键词：燃气——蒸汽；联合循环电站；机组运行优化
前言：能源资源和能源利用情况，对于国家经济实力、发展状况等有着直接的影响，在能源利用中，目前最主要的就是将能源转换为电能，为社会、科技、经济活动及发展提供电力支持。过去人们的发电主要使用燃煤蒸汽轮机电站完成，但燃煤或消耗大量不可再生资源，并且会带来严重的环境污染问题。燃气——蒸汽联合循环，就是在叠置高温区工作燃气轮机循环和低温区工作蒸汽轮机，形成总能利用系统。联合循环发电的优势在于运行调整灵活、占地少、污染小、造价低、热效率高等，在电网调峰机组、电网基本负荷发电等方面，均可得到理想的应用。
1燃气——蒸汽联合循环的理论分析
1.1燃气轮机循环
燃气轮机作为热动力设备，主要工质是燃气、空气，构成部分包括燃烧室、压气机、燃气涡轮。在工作过程中，轴流式压气机吸入空气，压缩到一定程度，向燃烧室输送，并向燃烧室喷入燃料，混合压缩空气后燃烧形成高温燃气，输入燃气涡轮膨胀作功。压气机消耗部分机械功运动，对外输出其它部分作为有效功，作功后排放废气。当前采用燃气轮机装置保持燃烧室压力不变，定压状态下燃烧燃料。理想循环过程包括定压放热、绝热膨胀、定压吸热、绝热压缩等可逆过程，称为布雷顿循环。
1.2余热锅炉及蒸汽轮机
在联合循环中，汽轮机、余热锅炉是蒸汽系统的核心，能量转换的利用系统，可对燃气轮机排气余热进行回收转换利用。选定燃气轮机后，汽轮机组、余热锅炉构成蒸汽系统的优化参数匹配、系统流程设置等，对联合循环装置性能有着直接影响[1]。余热锅炉包括立式结构和卧式结构，循环方式包括强制循环和自然循环。通常情况下，燃气轮机排气温度达到600℃，应用高压蒸汽初参数，对再热加以运用。本文研究燃气轮机，采用高性能高温F级燃气轮机，具有较高的排气温度，采用了三压再热汽水系统。
1.3非补燃式余热锅炉型联合循环
在燃气轮机后，安装余热锅炉，借助燃气透平排气余热，对蒸汽轮机系统给水加热，形成高温高压水蒸气，向蒸汽透平输送实现膨胀作功。在非布然式余热锅炉型联合循环中，燃气轮机排气冷却释放热能，蒸汽轮机循环系统给水加热升温，形成一定压力过热蒸汽。蒸汽初温受到燃气透平排气温度影响，余热锅炉产生有限蒸汽量，所以此类联合循环机组，总输出功率有限。
图1燃气——蒸汽联合循环
2燃气——蒸汽联合循环运行优化程序开发
2.1基础软件
联合循环过程中涉及到水蒸气、水、燃气、空气等工质，可利用编制电算程序的方式，计算工质热力性质，简化计算工作。电算程序通过计算机计算多项式，对热力性质加以表达，采用逐点计算的方式获取结果。软件开发中，空气热力性质计算程序采用Fortran语言、C语言编制，采用MATLAB调用程序。热工计算中的一氧化碳、二氧化碳、氮气、氢气、氧气等常用气体，以及烟气、燃气、空气等混合物，在使用压力及温度下作为理想气体看待。水蒸气量较少，分子浓度、分压力均比较小，因而也作为理想气体看待。选择不同空气温度，利用电算程序计算对比，可取得较为理想的计算结果。
2.2联合循环应用程序
联合循环系统，通过热力计算得出某个工况条件下，蒸汽、燃气等部分状态参数，进而得出蒸部分输出功、燃气部分输出功、燃气涡轮膨胀功、压力气机耗功等，进而对系统热经济性指标加以确定。联合循环热力计算，包含蒸汽部分、燃气部分，选定蒸汽参数、压比、燃气透平进气温度等主要热力参数，结合实际因素选定相应系数，进而根据实际流程，采用逐点计算的方法实现[2]。在不补燃余热锅炉型燃气——蒸汽联合循环中，将燃气轮机温比提升，能够极大提高联合循环热效率，影响效果更为明显。在恒定温比的情况下，燃气轮机拥有最佳压比，使联合循环效率达到最高。
3燃气——蒸汽联合循环电站机组运行优化
燃气——蒸汽联合循环发电机组的运行过程中，基于客观因素、认为因素的影响，运行工况可能发生变化，机组与设计参数向偏离，相关指标发生改变，进而机组的效率可能下降，经济性降低。所以，需要对运行参数合理选择，保证机组发电效率可在相应工况下达到最够。以此为基础，对联合循环机组运行进行优化，具有重要的意义。联合循环电站机组运行中，最常见的变工况就是根据外界对功率的需求变化，对机组输出功率加以调节。大气压力、大气温度的改变，会改变压气机进口的空气状态，进而造成燃气轮机与设计工况向偏离，对下游余热锅炉——蒸汽轮机产生影响，使其随着工况发生改变。
分别设定不同的燃机入口初温，保持燃料热值、燃机部件性能、空气压力温度与设计工况相符，计算S109FA型无补燃三压再热联合循环机组运行参数，以机组发电效率最大化为目标，对参数加以优化，得出低压蒸汽、中压蒸汽、初压蒸汽压力温度，主蒸汽初温，压气机压比等。另外，对以上述参数运行的联合循环，统计对比蒸燃比、燃气比、热效率、功率等参数[3]。结果表明，燃气具有越高的初温，就具有越高的联合循环热效率。联合联合循环燃气轮机，装置稳定性更好，控制更容易。联合循环以燃气轮机为主要输出功率，压比范围较宽，燃气轮机比功变化平稳。在低压、中压、高压蒸汽初温及初压改变的情况下，联合循环热效率相对平稳，联合循环热效率，会受到大气温度的较大影响。
结论：分析燃气——蒸汽联合循环系统，以系统构成进行划分，分为燃气、蒸汽等部分。采用S109FA型无补燃三压再热联合循环系统，综合水蒸气、水、燃气、空气性质随温度的改变，以及在系统流动中的变化来简化参数。开发使用相应软件，对燃气、蒸汽部分，以及整体联合循环运行参数加以优化，提高联合循环电站机组的运行效率，降低功耗，实现经济效益的提升。
参考文献：
[1]高明帅,高爱国,陈振山.二拖一燃气-蒸汽联合循环机组旁路系统控制策略优化[J].热力发电,2015(1):106-111.
[2]闫顺林,张泽淼,蔚群超,等.燃气蒸汽联合循环余热锅炉能效分析的矩阵模型[J].锅炉制造,2015(1):12-14.
[3]陈文瑞.洋浦电厂220MW燃气-蒸汽联合循环机组启动优化和安全运行因素分析[J].燃气轮机技术,2016,29(2):58-62.