世界电站燃气轮机的快速发展.docx

世界电站燃气轮机的快速发展世界电站燃气轮机的快速发展是与电力工业中燃气-蒸汽联合循环的快速发 展分不开的。电力工业的发展标志着一个国家的发达程度。自1979年我国执行改革开放 政策以来，国民经济一直持续发展，人民的生活水平明显改善。但就一次能源消 费总量和发电量而言，都无法满足国民经济飞速发展的需要，甚至已成为制约经 济发展的重要因素。因此，把优先发展能源产业，其中包括电力工业，必将成为 我国一项长期的战略任务。就世界电力工业发展的历程来看，以往，人们主要是依靠燃煤的蒸汽轮机电 站来实现发电目标的。在这个领域内，人们一直环绕着以下两大问题进行着卓越 的工作，即：不断的提高燃煤电站的单机容量和供电效率；解决日益严重的 因燃煤而造成的污染问题，以满足环境保护的要求。显然，改善燃煤蒸汽轮机电站供电效率的主要方向是：提高蒸汽的初参数并 改进其热力循环系统的设计，也就是说，使主蒸汽的参数向亚临界、超临界、甚 至超超临界的方向发展，同时采用多级的再热循环系统和热电联产方案。目前,， 亚临界参数电站的供电效率为38%41.9%左右，超临界参数电站的供电效率为 40%44.5%左右，而超超临界参数电站，即使达到表1-1所示的高参数条件，供 电效率也只能实现表中所示的水平。表1-1超超临界参数蒸汽轮机电站供电效率的预估值蒸汽压力/温度45.2% 45.6% 47.7% 供电效率30.0Mpa/600 c/62031.5Mpa/620/620 35.0Mpa/700/720 表中的供电效率都是在蒸汽参数为27.0Mpa/585/600时，供电效率已达到44.5%高水平的基础上估算的。显然，要实现超超临界参数的效率水平，尚需进行大量的科学研究，它决非 是指日可待的，困难不少。在解决因燃煤而带来的污染问题方面，人们首先致力 于解决粉尘的排放问题，进而向解决NOx和SOx的方向发展。目前，粉尘的排 放问题基本上已获得比较满意的解决；NOX的问题已能在锅炉中改用“低NOX 燃烧器”的方法得以控制。但是，无论是在“燃烧前”“燃烧中”或是“燃烧后”处理 SOx的排放问题，都是很花钱的，许多方案都还在研究之中。目前，世界上在解 决SOx的排放问题上用得最普遍的方法是采用尾气脱硫装置(FGD)。以前这种装 置的费用很高，它大约要占全电站总投资费用的20%25%。运行费用也很昂贵, 例如:我国四川珞璜2X360MW机组的FGD的年运行费用就高达4000万人民币, 而且，FGD的使用还将使电站的供电效率下降1个百分点左右。现在，FGD装 置的投资费用已降低到350元/KW左右，国内已在迅速推广。燃汽轮机是从本世纪50年代开始逐渐登上发电工业舞台的。但是由于当时 机组的单机容量小，而热效率又比较低，因而在电力系统中只能作为紧急备用电 源和调峰机组使用。60年代时欧美的大电网都曾发生过电网瞬时解列的大事故, 这些事故促使人们加深了对电网中必须配备一定数量的燃气轮机发电机组的认 识，因为燃气轮机具有快速“黑起动”的特性，它能保证电网运行的安全性和可恢 复性。欧美国家的经验表明：从安全和调峰的目的出发，在电网中安装功率份额 为8%12%的燃气轮机发电机组是合适的。然而，从80年代以后，由于燃气轮机的单机功率和热效率都有很大程度的 提高，特别是燃气-蒸气联合循环渐趋成熟，再加上世界范围内天然气资源的进 一步开发，燃气轮机及其联合循环在世界电力系统中的地位就发生了明显的变 化，它们不仅可以用作紧急备用电源和尖峰负荷机组，而且还能携带基本负荷和 中间负荷。表1-2和表1-3中给出了目前已经生产的燃气轮机及其联合循环的性能参 数。由此可见，燃气轮机的单机功率则已超过200MW,热效率已达39%以上； 而联合循环的单机功率已达到400MW,供电效率则已超过60%,显然，从热力 性能的角度看，它们完全可以承担基本负荷，而且比超超临界参数的燃煤轮机电 站优越得多。表1-2某些典型的燃气轮机发电机组的性能参数公司名称机组型号ISO基本功率/MW压 比燃气初温 /供电效率 (%)单位售价/(美元/KW)GE发电站PG9231(EC)169.014.234.93183PG9231(FA)226.515.0128835.66188ABBGT13E2164.315.0126035.71210GT26240.030.037.79204Siemens (KWU)V64.3A70.016.6131036.81319V84.3A170.016.6131038.00V94.3A240.016.6131038.00198西屋501G235.219.2142739.00180701F236.715.6134936.77187GE船用与工业LM6000-PA41.229.6116039.78296R-R公司Trent51.1935.041.57304普惠FT825.4220.3112138.13362*菱701F237.416142736.5土V94.3A24016.638.0总的来说，燃气-蒸汽联合循环具有以下一些优点，即：供电效率远远超 过燃煤的蒸汽轮机电站；在国外，交钥匙工程的比费用大约为500-600美元 /kW,它要比带有FGD的燃煤蒸汽轮机电站(11001400美元/kW)低很多；建 设周期短，可以按“分阶段建设方针”建厂，资金利用最有效；用地用水都比较 少；运行高度自动化，每天都能起停；运行的可用率高达85%95%；便 于快速“黑起动”；由于采用天然气或液体燃料，污染排放问题解决得很彻底， 一般来说，无飞尘，SOx和NOx都很少，特别是在燃烧天然气时，还可以大大地 减少CO2的排放量，如表1-4所示。当然，解决污染问题的功劳应归于所用的洁 净燃料的特性。表1-3某些联合循环发电机组的性能参数公司名称机组型号SO基本功率/MW供电效率 (%)所配燃气轮机的情况单位售价/(美元/KW)GE发电S-109EC259.653.51 台 MS9001ECS-109FA348.554.81 台 MS9001FA255S-209FA700.855.12 台 MS9001FA238ABBKA13E2-1241.652.51台13E2,双压蒸汽轮机KA13E2-1244.253.01台13E2,三压蒸汽轮机282KA13E2-2490.853.32台13E2,三压蒸汽轮机KA13E2-3737.353.43台13E2,三压蒸汽轮机255KA13E2-4983.553.54台13E2,三压蒸汽轮机KA26-1®361.556.91 台 GT26262KA26-20725.957.12 台 GT26Siemens/KWU235.051.91 台 V94.2255354.057.21 台 V94.3A西 屋1x1501F250.554.81 台 501F1x1 501G 248.858.01 台 501G2x1 501G 697.658.02 台 501G该机组尚在研制中。表1-4燃用不同燃料时热力发电厂的CO2的排放情况 项目所需燃料的含C量燃烧后产生的CO2量发电时CO2的排放量燃料种kg/GJ相对值kg/GJ相对值发电效率()Kg/(MW-h)相对值木材27.3112%100112%351030124%褐煤26.2108%96108%37935113%烟煤24.5100%90100%39829100%4571887%重油20.082%7482%3975391%原油19.078%7078%3971687%天然气13.856%5156%405050740561%49% 远期采用超超临界参数的汽轮机发电机组时。采用燃气-蒸汽联合循环机组发电时。综上所述可以看出：在燃烧天然气或液体燃烧的前提下，无论在供电效率、 比投资费用、发电成本、污染排放量以及运行维护的可靠性方面，燃气-蒸汽联 合循环发电方式都要比有FGD的燃煤蒸汽电站优越，因而它越来越受到人们的 青睐。在世界的发电容量中其所占的份额是明显地快速增长的。事实也正是如此: 自70年代的能源危机以来，美国和西欧的一些政府都开始鼓励电力工业使用天 然气，据不完全统计，到1990年底，全世界已经投入运行的烧天然气的联合循 环发电机组的总功率为14019MW, 1991年到1996年之间，投入运行的这种新 机组容量的总和不会低于27400MW。而烧油和烧天然气的燃气轮机及其联合循 环的装机容量则已高达4亿kW。又据报导：自1987年开始，美国发电用燃气 机的年总功率数已经超过了发电用蒸汽轮机的年生产总功率数。目前，全世界每 年增加的发电容量中，有35%36%系采用燃气-蒸汽联合循环机组，而美国则为 48%o这正是世界电力工业中大量使用烧油和烧天然气的燃气-蒸汽联合循环发 电设备的实证。应该说；这也正是世界发电设备生产过程中出现的一次重大的历 史性转折，它预示着今后烧天然气的联合循环的美好发展前景。然而，燃气-蒸汽联合循环毕竟是以烧天然气或液体燃料为前提的，它是否 也能燃用常规的固体燃料一煤呢？为了实现这个理想，从70年代开始人们就致 力于研究开发燃煤的燃气-蒸汽联合循环的各种方案，其中有一个所谓的“整体煤 气化燃气-蒸汽联合循环”方案（简称IGCC）。它的设计思想是：使煤在高压、高强 度、高效率的气化炉中气化成为中热值煤气或低热值煤气，进而通过洗涤和脱硫 过程，把煤气中的微尘、硫化物、碱金属等杂质清除干净，最后，把洁净的人造 煤气输送到燃气-蒸汽联合循环中去燃烧作功。显然，这种方案的供电效率一定 会比烧天然气的联合循环者低一些，因为在人造煤气的制备过程中必然要损失一 部分热能，同时还会增大电站的厂用电消耗。但是，只要设计得当，IGCC的供 电效率预计在2010年前可以提高到50%52%,即：远远地大于超超临界参数的 燃煤蒸汽轮机电站尚未实现的效率指标。其污染排放量则是各种洁净煤发电技术 中最低者之一，它只有美国NSPS标准中规定的极限排放量的10%30%,完全 能够满足下一实际日益严格的环保质量的要求。目前，IGCC的单机容量已经做 到300MW等级，可以适应规模经济的需要，运行可用率则与常规的燃煤蒸汽轮 机电站相仿。主要缺陷是比投资费尚比较高，预计到2010年左右有可能下降到1000美元/kW的水平，到时才能大规模地进入市场。通过以上的综述和分析，不难看清：在今后世界电力工业的发展历程中，不 论是烧天然气、液体燃料还是固体燃料一煤，开发大容量的高效率的燃气轮机及 其联合循环是一个必然的趋势，它既能节省世界上日趋紧张的能源资源，又能保 护环境。燃气轮机及其联合循环的发电机组必将成为世界电力工业中的一个重要 组成部分，它的作用也将日益增升。因而可以毫不夸张的说：在世界范围的电力工业中，燃气轮机与燃气-蒸汽 联合循环正在异军突起。