燃氣輪機聯合循環燃氣輪機將氣體或液體的燃燒能轉換為機械能，并按照布雷頓循環運行。在燃氣輪機中，空氣被過濾、壓縮并作為氧化劑注

燃氣輪機

聯合循環燃氣輪機將氣體或液體的燃燒能轉換為機械能，并按照布雷頓循環運行。

在燃氣輪機中，空氣被過濾、壓縮并作為氧化劑注入燃燒室。

部分壓縮空氣還用于冷卻燃燒室的熱部分和燃氣輪機的第一階段。

燃氣輪機可以使用兩種燃料：

氣體燃料：主要是天然氣、丙烷或氫氣。

液體燃料：柴油、液化石油氣等。

燃料燃燒期間產生的氣體將部分能量釋放到渦輪，將氣體流動的能量轉化為軸旋轉的機械能量。

燃燒室和第一個渦輪進氣口處氣體的最大允許溫度受到材料的熱電阻和機械阻力的限制。

燃氣輪機是高效的機組，功率范圍從5千瓦到500兆瓦不等。它們的主要優點是重量比功率低，操作靈活性高。根據設計、燃燒室類型和包含的軸數，對不同類型的燃氣輪機進行了分類。

燃氣輪機由多個組件組成，通常形成一個單元，在建造聯合循環發電廠期間組裝和測試提供給客戶。

該單元的主要部件是：

空氣壓縮機

壓縮機的功能是在燃燒空氣進入燃燒室之前，以取決于特定渦輪的壓力對其進行加壓。

燃燒室

在燃燒室中，燃料氣體在恒壓下與空氣一起燃燒。這種燃燒需要以適當的壓力水平供應燃料，氣體燃料在30-50 bar之間，液體燃料在更高的壓力水平上。

渦輪轉子

轉子是葉片連接的軸。轉子存儲旋轉的機械能，這些轉能在高壓下由氣體介質傳輸。

套管

燃氣輪機機殼是機組的高強度絕緣外殼，為燃氣輪機不同點之間的氣體循環提供必要的密封，并保持適當的壓降。

軸承

軸承是旋轉元件，可以安全地將固定部件連接到燃氣輪機的移動部件，確保它們之間的平穩移動。燃氣輪機配件包括燃燒空氣過濾系統、冰保護系統、壓縮機清潔系統、啟動系統、潤滑、冷卻和通風系統、火災檢測系統等。

蒸汽輪機

聯合循環發電廠的蒸汽輪機是一種可靠而簡單的設備，在電力行業聞名并長期使用。

這種設備已經過詳細研究，因為世界上50%以上的電力是由蒸汽輪機產生的。聯合循環發電廠設計中的蒸汽輪機是遵循蘭金熱力學循環的核心元件。在蒸汽輪機中，熱回收蒸汽發生器產生的高壓蒸汽擴展到冷凝壓力。在膨脹過程中以機械能形式出現的未使用的蒸汽能被部分轉移到冷凝器中，在那里水蒸氣被轉化為水，并導致隨后的壓力增加。

在冷凝器的出口處，一到兩個泵送階段負責增加HRSG冷凝液井的水壓，在那里，水在恒壓下被加熱、蒸發和蒸汽過熱。

產生的蒸汽被注入汽輪機，再次重復所述過程。聯合循環中使用的蒸汽輪機與傳統火力發電廠使用的蒸汽輪機相似。

構成汽輪機的主要元件是噴射系統、轉子、套管、軸承、潤滑系統、蒸汽提取系統、油冷卻系統、石油控制系統和其他輔助單元。蒸汽輪機具有可靠性高、設計簡單的特點，因此該設備通常使用壽命長。

現代蒸汽輪機配備了先進的自動控制系統，其主要任務是確保該設備的自動運行，盡量減少人工干預。

除了管理操作參數以確保設備的安全運行外，它們還有助于操作員看到和理解輪機和相關組件的操作。

余熱蒸汽發生器

聯合循環熱回收蒸汽發生器是一種利用燃氣輪機廢氣的能量將其轉化為蒸汽的元件。然后，這種蒸汽可以轉化為電力，直接用于工業流程，或在地區供暖系統中產生熱量。

HRSG可以根據余燃的存在進行分類。沒有加力燃燒器的HRSG是聯合循環中最常見的鍋爐類型。事實上，它是一個熱交換器，氣體的熱量通過對流傳輸到蒸汽-水循環中。

對于燃燒后的HRSG，設計更改通常僅限于在鍋爐上游安裝燃燒器。這允許在渦輪廢氣中使用多余的氧氣，而不會超過絕緣材料允許的溫度。

有不同類型的HRSG，每種都可以成為特定類型發電廠的理想解決方案。因此，建造聯合循環發電廠的一項重要任務是選擇最適合該項目的設備類型和制造商。

HRSG與傳統鍋爐的一些區別：

HRSG始終是為連接它的特定燃氣輪機設計的。

由于氣體的溫度相對較低（盡管是后燃），傳熱主要通過對流進行。

熱回收蒸汽發生器必須根據公認的工程規則和安裝國的標準配備安全功能。這些安全元件包括安全閥、蒸汽閥、液位指示器等。

聯合循環發電廠的基本配置

在聯合循環發電廠，多個燃氣輪機可以向單個蒸汽輪機提供熱回收蒸汽發生器產生的蒸汽。

根據發電廠的基本元件數量，區分了幾種最常見的配置。燃氣輪機和蒸汽輪機軸的位置，取決于它們是否對齊，使我們能夠根據軸數對此類發電廠進行分類。聯合循環發電廠可以具有所謂的單軸或多軸設備配置。

在單軸配置中，發電機可以位于軸的末端（更容易維護），也可以安裝在燃氣輪機和蒸汽輪機之間。在后一種情況下，添加了一個離合器，將蒸汽輪機連接到燃氣輪機軸和發電機，允許單獨運行燃氣輪機發電（例如，在維修汽輪機時）。

目前商業聯合循環發電廠最常用的配置：

1x1配置：燃氣輪機為熱回收蒸汽發生器提供燃料，并為單個蘭金循環產生蒸汽。

2x1配置：兩個燃氣輪機，每個燃氣輪機為自己的熱回收蒸汽發生器提供食物，并為單個蘭金循環生產蒸汽。

3x1、4x1和其他設備配置。

對于2x1和3x1 CCPP配置，由于異常情況，其中一臺鍋爐無法工作，而其他鍋爐則存在蒸汽返回無法運行的鍋爐的風險。

這可能會損壞管道。為了避免這種情況，應仔細檢查管道材料和關閉閥的質量。

1x1多軸配置

這是聯合循環發電廠項目的流行版本，其中燃氣輪機和蒸汽輪機是獨立的，并且都連接到自己的發電機。這種配置的優點如下：

只能使用燃氣輪機，必要時將氣體排放到大氣中。

提高燃氣輪機的可靠性，在蒸汽輪機故障時可以獨立運行。

安裝軸向和底部排列的蒸汽冷凝器的可能性。

有了兩臺發電機，這種類型的發電廠可以在兩種不同的電壓下提供能源。

發電機和輪機的維護相對容易

1x1多軸配置的缺點：

安裝兩臺發電機和兩臺變壓器增加了對發電廠建設的初步投資。

與其他類型相比，空間需求要高得多。

帶離合器的1x1單軸CCPP配置

單軸配置是最簡單的，并假設燃氣輪機和蒸汽輪機在同一軸上連接，以驅動單個發電機。

這是一個便宜而有效的解決方案，也節省了工程成本，因為有很多現成的設計可供選擇。

配置優勢：

與多軸配置相比，由于發電機減少，投資成本降低。

發電機位于燃氣輪機和蒸汽輪機之間，為整個發電廠提供了最佳平衡。

由于設備軸向位置時基座高度較低，施工成本降低。一般來說，與多軸配置相比，施工所需的空間更少。

離合器通過將燃氣輪機與蒸汽輪機分離來簡化啟動系統。與沒有離合器的單軸不同，這種配置不需要輔助鍋爐在輪機啟動時預熱蒸汽。

配置的缺點：

與多軸配置相比，操作靈活性較低。

電力通過一臺發電機供應，這降低了CCPP的整體可靠性。在多軸配置中，每臺發電機都可以通過自己的變壓器為消費者提供不同電壓。

此類發電廠的維護難度要大得多，包括由于拆卸轉子和其他布局功能的過程更加復雜。

與多軸配置不同，分階段施工和調試是不可能的。在這方面，此選項對項目擴建現有發電廠來說不太方便。

1x1無離合器的單軸配置

建造此類聯合循環發電廠的利弊與上述相似，但存在以下差異：

發電機的具體位置使其易于檢查和維修。

由于蒸汽冷凝器無法軸向定位，這種配置需要建造一個高底座，并對土木工程進行大量投資。

與其他配置相比，燃氣輪機啟動器更強大，因為它必須在循環開始時拉動蒸汽輪機。

在啟動時，需要一個輔助鍋爐在運行期間為蒸汽輪機提供蒸汽和初始冷卻。

2x1配置的聯合循環工廠

這種配置是最具成本效益的選擇之一，提供高的運營靈活性和快速的投資回報。

出于多種原因，2x1配置無疑是新建的聯合循環發電廠項目中最常見的配置。在這種配置中，該工廠有兩個容量相同的燃氣輪機，每臺燃氣輪機連接到自己的發電機，并將氣體輸送到兩個獨立的熱回收蒸汽發電機（HRSG）。

然而，這種配置有一些缺點。例如，如果燃氣輪機中沒有熱氣體旁路，蒸汽輪機的故障將禁用整個循環。

配置優勢如下：

由于能夠使用一臺燃氣輪機和一臺蒸汽輪機并快速啟動第二臺燃氣輪機，因此具有很高的操作靈活性。

通過啟動第二臺燃氣輪機來調節電力，從而提高部件負載性能。

易于檢查、維修和維護發電機。

使用更簡單、更便宜的空氣冷卻發電機的可能性。

不需要輔助鍋爐。

需要注意的是，在聯合循環發電廠的工程設計中，設備配置的選擇是單獨進行的，因為每個項目在執行、客戶要求和其他標準方面各不相同。