联合循环电厂的最优燃气轮机循环

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联合循环电厂的最优燃气轮机循环[原文出处及作者：A.L. Polyzakis, C. Koroneos, G. Xydis.  Optimum gas turbine cycle for combined cycle power plant  Energy Conversion and Management 49 (2008) 551-563]
摘要
 燃气轮机为基础的电厂具有比蒸汽电厂更低的资金成本的特点。它具有环境优势并且建设筹建时间较短。然而，传统工业汽轮机的效率都较低，尤其是在带部分负荷时。当今有一项名为“联合循环”的技术来提高效率。这种联合循环技术，现在已经确立并且可以提供优异的效率给任何以燃气轮机为基础的系统，可能用于大规模发电的中期阶段。这篇论文以优化联合循环电厂为目的，描述和比较了四种不同的燃气轮机循环：简单循环，中间冷却循环，再热循环和中间冷却再热循环。论文提出联合循环电厂将可以产生300MW的电力（其中燃气轮机200MW，蒸汽机100MW）。结果表明，再热燃气轮机是最理想的，这主要是因为它具有很高的汽轮机排气温度和由此带来的高热效率的蒸汽侧循环。最优燃气轮机（GT）循环会使联合循环电厂（CCPP）效率更高，这将带来极大的节约。最开始是独立研究在理论上是可能的4种方式的燃气电厂。在此基础上，将它们结合具有单一压力的朗肯循环，找出最合适的燃气方案。在燃气轮机选定之后，下一步是研究蒸汽循环的设计与工艺参数对电厂整体性能的影响，以选择最适合实际工作的联合循环。
 研究各种可供选择的周期，目的是为联合循环电厂在基本负荷时，从整体效率，安装和操作费用，可维修性和可靠性这几方面找出最佳选择。本文采用多种方案进行了研究。特别是对4种方式进行了研究：简单循环（SC），中间冷却循环（IC），再热循环（RH）和中间冷却再热循环（IC/RH）。
 关键词：联合循环;燃气轮机;简单循环;中间冷却循环;再热循环

1. 介绍
 燃气轮机（GT），被认为具有低资金成本功率比，高弹性，高可靠性并且复杂性低[1]，交货时间短，更快投入商业运作和快速启动加速性等优势。燃气轮机的另一大优势是其在环保方面的表现，主要表现在遏止空气污染和减少温室气体排放这两方面[2]。
命名法
CC                联合循环               NG            天然气
CCPP              联合循环发电厂         OD            变工况
DP                设计工况               Rc            整体压力比
                 效率                   PT            动力涡轮
EGT               排烟温度               RH            再热循环
GT                燃气轮机               SC            简单循环
HRSP             热回收蒸汽发生器        sfc           具体燃料消耗
HP                高压                   Cp              比热
IC/RH            中间冷却再热循环        SP            比功率
IC                中间冷却循环                     烟气温度
IC/RH/HX        中间冷却再热及再生循环   TET          汽轮机入口温度
LP                低气压                            湿度
 开放循环的燃气轮机排出更高等级的热量的气体到大气中，通过蒸汽循环产生额外的电力。联合循环（CC）可以利用燃气轮机的排气热量增加电厂输出并将整体效率提高到50％以上[3,4]，大幅度提高简单循环的效率，整体效率甚至比超临界压力再热蒸汽电厂的效率更高。这些联合循环电厂（CCPP）比同一级别的传统蒸汽电厂具有更低的发电成本[5]。
 燃气轮机的简单循环（SC）模式已经长时间被公共事业部门应用于调峰发电。此外，工业设施使用燃气轮机单元对现场发电，通常包括发电过程中产生的热产品，如热水和蒸汽。近年来，由于在研究和发展方面的大量投资，高性能的工业燃气轮机，在燃料与电力转换效率，电厂容量，可用性和可靠性等方面已得到改善。更多的燃料资源，如天然气（NG），显著降低了成本，以及引入了先进的循环方式，都成为增加燃气轮机作为基础发电负荷应用的原因[5]。
 在八十年代后期，天然气价格下跌和燃气轮机技术改进，出现建造使用工业燃气轮机的CCPP 的高潮，这些电厂采用了利用简单循环的GT。联合循环电厂的热效率可以超过40％。在八十年代后期，美国通用电气（GE）在南韩的电厂的热效率上升到50％。Asea Brown Boveri（ABB）宣布了将联合循环电厂的热效率提高到53％的计划。据认为，在未来十年，甚至世纪之交，将有可能建造一个热效率接近60％CCPP。目前的现状是，联合循环电厂可以达到55％的热效率[6，7]。

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