鍾兆琳

[拼音]：ranqi zhengqi lianhe xunhuan zhuangzhi

[英文]：gas and steam combined cycle installation

把燃氣輪機和蒸汽動力裝置聯合成為一個整體的裝置。根據熱力學第二定律，對任何一種熱力發動機，迴圈工作介質的加熱溫度越高、放熱溫度越低，熱效率就越高。20世紀70年代末，燃氣輪機中的燃氣初溫已過1200℃，加熱溫度是很高的，但它的放熱溫度也高，約為450～550℃，不少熱量隨排氣進入大氣，故熱效率最高只達38％。現代的大型蒸汽動力裝置因受結構和材料的限制，新蒸汽溫度一般不超過 600℃，但它的放熱溫度也較低，熱效率最高只達38～39％。燃氣-蒸汽聯合迴圈裝置(簡稱聯合迴圈裝置)能把兩者的優點結合起來。它的迴圈既具有燃氣輪機的加熱高溫，又具有蒸汽動力裝置的放熱低溫，從而有較高的熱效率。

聯合迴圈裝置的設想在燃氣輪機發展早期就已經提出，大約在60年代初便有了較成熟的、利用排氣餘熱的聯合迴圈裝置。此後以石油和天然氣為燃料的聯合迴圈裝置得到了廣泛的應用。以煤為燃料的“整體”聯合迴圈發電裝置正在興起，許多國家都很重視燃煤聯合迴圈裝置的研究工作。聯合迴圈裝置的排氣餘熱利用、煤氣化和沸騰燃燒等幾種主要形式。

排氣餘熱利用型聯合迴圈裝置

這是最簡單而且已成熟的方案(圖1)。燃氣輪機的約為 500℃的排氣被引向餘熱鍋爐，後者產生的蒸汽進入汽輪機，總的輸出功率約是原燃氣輪機的1.3～1.5倍。70年代末，這類裝置的熱效率已達 42～46％。隨著燃氣初溫的提高，熱效率可望達到50％以上。此外，它的執行機動性好、耗水少、基本投資低和佔地面積小。排氣餘熱利用型除圖中的無補燃的以外，還有一類是帶補燃的。它們的區別在於：鍋爐中除引入燃氣輪機的排氣外，還加入燃料燃燒，以提高進入汽輪機的蒸汽引數和增大流量，使汽輪機的輸出功率增加。在補燃時可採用價格較低的燃料。這類裝置還可用來改造已有的蒸汽動力發電站，以提高其熱效率。

煤氣化的燃煤聯合迴圈裝置

這種裝置以煤為燃料，煤先在高壓(2～3兆帕)的氣化裝置中氣化為粗煤氣，氣化用的壓縮空氣引自壓氣機（即壓縮機），氣化用的蒸汽從汽輪機抽汽而來（圖2）。粗煤氣經淨化後先至煤氣膨脹透平作功，再作為燃氣輪機的燃料進入燃燒室，其餘部分原則上與圖1的方案相同。這種裝置能減少對環境的汙染，隨著燃氣初溫的提高，它在熱效率方面的潛力也較大。主要問題是煤的氣化和煤的淨化還有待於解決，如氣化效率、除塵和長期執行可靠性等。這種裝置還處於中間工業試驗階段，熱效率一般還低於常規蒸汽動力發電站。一些國家正研究用核能來提供煤的氣化所需的熱量和蒸汽。

沸騰燃燒的燃煤聯合迴圈裝置

這種聯合迴圈裝置分為用加壓沸騰爐的和用常壓沸騰爐的兩類。

（1）用加壓沸騰爐:從壓氣機出來的壓縮空氣通向加壓沸騰爐，燃燒後排出溫度為850～900℃的煙氣進入燃氣透平。加壓沸騰爐中所產生的蒸汽引向汽輪機（圖3）。在這種裝置中燃燒是在高壓下進行的，故結構緊湊，便於向大容量發展。對劣質燃料的應用和減少環境汙染都有較好的效果。對70年代末，已有數兆瓦級的中間試驗裝置並正常執行千餘小時。但是，這種裝置的熱效率受到沸騰床溫的限制（低於900℃），最高只能達 40％。同時，還有一些技術問題，如高溫除塵、大型加壓沸騰爐和高溫耐磨蝕的燃氣透平等尚有待解決。

（2）用常壓沸騰爐:為了避開用加壓沸騰爐聯合迴圈裝置的一些技術困難，70年代中期以來一些國家建造常壓沸騰燃燒的燃煤聯合迴圈裝置（圖4）。從壓氣機出來的壓縮空氣，在埋於沸騰床中的管道內被加熱到700～800℃，然後再向燃燒室中噴入附加燃料把溫度進一步提高，高溫、高壓空氣引向燃氣透平。燃氣輪機的排氣分別通入沸騰床和常規煤粉鍋爐。由於進入燃氣透平的基本上是乾淨的空氣，技術上難度較小，易於實現商業執行，但其熱效率潛力不大。

參考書目

陳大燮著：《動力迴圈分析》，上海科學技術出版社，上海，1981。