典型联合循环发电的运作模式

根据燃气和蒸汽两部分组合方式不同，常规的联合循环有余热锅炉型、排气补燃型、增压燃烧锅炉型三种基本方案。

（一）余热锅炉型联合循环

余热锅炉型联合循环利用燃气轮机排气，加热锅炉中的水产生蒸汽驱动蒸汽轮机做功，其热力系统示意图如图1-2所示。该方案中蒸汽部分完全利用燃气轮机排气余热，故称为纯余热利用型。余热锅炉是一种气-水、气-汽两种换热器的组合件。水在蒸发器内被加热成饱和蒸汽，再进入过热器变成过热蒸汽。因此，蒸汽参数及蒸汽轮机功率取决于蒸汽透平排气参数。

图1-2 余热锅炉型联合循环的热力系统图

C—压气机 B—燃烧室 GT—燃气透平 HRSG—余热锅炉 ST—蒸汽透平 CC—凝汽器 P—给水泵 G—发电机

其主要优点包括：①联合循环热效率高；②热力系统简单；③运行可靠性高；④启停迅速；⑤单位容量投资费用低。目前，大多数联合循环电站都采用这种循环方案。

（二）排气补燃型联合循环方案

排气补燃型联合循环包括在余热锅炉中增加烟道补燃器以及在锅炉中加入燃料燃烧两种方案。后一种方案实际上是把燃气轮机的排气作为锅炉中燃烧用的空气，又称排气助燃型。

与余热锅炉型相比，排气补燃型的优点是：由于补燃，锅炉蒸发量增大，蒸汽参数提高，蒸汽轮机功率增加、效率提高，联合循环变工况性能改善；排气助燃型的燃料可以利用较廉价的煤炭，当燃气轮机故障停运时，可用备用风机鼓风使锅炉中燃料继续燃烧，维持蒸汽轮机运行。其主要缺点是锅炉中补燃部分燃料没有实现能源的梯级利用，热效率一般低于余热锅炉型。鉴于联合循环的主要目的是提高热效率，因而排气补燃型远不如余热锅炉型利用广泛。当用燃气轮机改造和扩建已有的蒸汽电站时，排气助燃型联合循环得到了更多的应用。排气补燃型联合循环的热力系统图如图1-3所示。

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图1-3 排气补燃型联合循环的热力系统图

C—压气机 B—燃烧室 GT—燃气透平 HRSG—余热锅炉 ST—蒸汽透平 CC—凝汽器 P—给水泵 G—发电机

（三）增压燃烧锅炉型联合循环方案

该循环的特点是把燃气轮机的燃烧室与锅炉合为一体，形成有压力燃烧的锅炉，如图1-4所示。这时压气机供给锅炉有压力燃烧用空气，锅炉内气体侧的换热系数大大提高，因而增压锅炉的体积比常压锅炉小得多。为使最后排入大气的烟气温度降低至较低的数值，减少热损失，故用排气来加热锅炉给水。这种联合循环输出的功率中蒸汽轮机占大部分。与前述的联合循环相比，由于增压燃烧，整个锅炉是一个尺寸很大的密闭容器，为设计和安全运行等带来了困难。

图1-4 增压锅炉型联合循环的热力系统图

C—压气机 GT—燃气透平 PCB—增压锅炉 ECO—省煤器 ST—蒸汽透平 CC—凝汽器 P—给水泵 G—发电机

增压燃烧型联合循环的热效率与余热锅炉型的比较如图1-5所示。燃气初温在1050～1100℃以下时增压锅炉型热效率高，在1050～1100℃以上时余热锅炉型热效率高，且随着燃气初温的提高，两者效率差距迅速增大。由于这一因素，以及上述增压锅炉带来的问题，使得增压锅炉联合循环至今应用较少。

图1-5 两种联合循环效率比较