效果。为了提高基波含量，还可以三次谐波注入法，已有集
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内燃机与配件
如果对全燃型锅炉配置备用送风机和空气预热器，燃气轮 机和蒸汽轮机能分开单独运行。这种联合循环中，补燃的 燃料只参与了蒸汽循环，不是纯粹能量梯级利用的联合循 环，因此，只是在纯余热锅炉联合循环中因蒸汽参数受限 而不能采用高参数大功率蒸汽轮机的情况下，排气补燃型 联合循环才可能优越于纯粹能量梯级利用的纯余热锅炉 联合循环。
项目 装机规模 燃机机型
SO2 排放浓度（mg/Nm3）
表 3 某些燃机电厂污染物排放 GB13223-2011 规定的燃气轮机组大气污染物排放浓度限值
以天然气为燃料的燃气轮机组，35 以其他气体为燃料的燃气轮机组，100
以油为燃料的燃气轮机组，100
金陵燃机电厂 2×200MW 级
PG9171E
1.5
Internal Combustion Engine & Parts
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燃气轮机发电技术综述
杨巧云
（武汉电力职业技术学院，武汉 430079）
摘要： 介绍燃气轮机发电装置的的工作过程及典型型式，对几种主要的燃气-蒸汽联合循环发电装置进行分析比较，并将燃气轮
机发电机组与常规燃煤发电机组进行比较。
及其系统，这使蒸汽循环的系统大幅度简化、设备大幅度 减小、尺寸大幅度减小、投资大幅度减少；由于蒸汽注人燃 烧室降低了火焰温度，所以 NOx 排放量低；含有水蒸气的 烟气的传热系数高，所以余热锅炉的换热效果好、效率高。 由于有大量蒸汽排向大气，所以需要消耗大量经过严格处 理的补充水，耗水量要比余热锅炉型联合循环多 38%左 右，这需要庞大的水处理设备，而且浪费水资源。
耗，在一定程度上限制了电机的工作效率。变频调速是基 行优化设计。目前比较有效的优化方法是将等宽的脉冲波
于对子电源频率的调整来改变同步频率，进而实现电机转 转为宽度按照正弦化规律渐变的脉冲波（详见图 量，可以得到基本满意的驱动
2 变频变压的实现— ——SPWM 调制波
2.3 增压锅炉型联合循环发电机组 增压锅炉型联合循环把蒸汽发生器放在燃气侧燃烧 室之后和燃气透平之前，锅炉与燃气轮机的燃烧室合为一 体，燃气轮机的压气机取代了锅炉的送风机，锅炉是在燃 气轮机的工作压力下燃烧和换热的，形成有压力下燃烧的 锅炉。这种联合循环在燃气轮机排气温度较低时，可使蒸 汽参数及流量不受限制，从而可达到较大的机组容量和较 高的机组效率；由于锅炉是在较高的压力下燃烧和传热 的，燃烧强度和传热系数都大为增加，故增压锅炉的体积 比常压锅炉要小得多，使设备的造价和安装费用都有所减 少；但燃气轮机和汽轮机都不能单独运行。与余热锅炉型 联合循环比较，燃气初温在 1050℃-1100℃以下时，增压 锅炉型效率高，在 1050℃-1100℃以上时，余热锅炉型的 效率高。 2.4 给水加热型联合循环发电机组 这种联合循环将燃气轮机的排气用于加热蒸汽循环系 统给水。由于锅炉给水加热的温度不高，燃气轮机排气热量 利用的程度较差，使得联合循环的效率提高较少。因此一般 在用燃气轮机来改造和扩建蒸汽轮机机组时才会采用。 2.5 注蒸汽燃气轮机循环发电机组 这种联合循环中，燃气轮机的排气通入余热锅炉加热 给水产生蒸汽，但蒸汽不是送到蒸汽轮机中去作功，而是 供到燃气轮机燃烧室中，与压气机供来的空气一起被加热 到燃气透平的初温后，燃气蒸汽共同进人燃气透平膨胀作 功，也可以将一部分低压蒸汽不经燃烧室加热而直接进入 燃气透平的低压部分作功。在这种循环中，由于燃气轮机 中同时有燃气和蒸汽两种工质做功，所以又称为双工质燃 气轮机循环。这种循环的燃气循环和蒸汽循环并行地通过 燃气轮机实现，所以又被称为并联型联合循环。 与余热锅炉型联合循环相比，该循环省去了蒸汽轮机
燃气轮机是以连续流动的燃气为工质、将燃料的化学
1327
36.0
1430
39.5
1160
40.7
1427
39.5
1100
35.7
1310
38.6
能转变为转子机械能的内燃式动力机械，是一种旋转式热 表 2 某些联合循环发电机组的主要技术参数（教材，清华）
力发动机。燃气轮机装置主要由压气机、燃烧室、透平三大
机组型号
ISO 基本功率（MW）
供电效率（%）
部件及控制系统、辅助设备组成。压气机从外界大气环境
S209FA
786.9
57.1
吸入空气，并逐级压缩；压缩空气被送到燃烧室与喷入的
KA13E2-2
480
52.9
燃料混合燃烧，产生高温燃气；然后燃气进入透平膨胀做
KA26-1
392.5
56.3
S109H
480
在满足电力需求的同时，创造了良好的社会效益和经济 PG9351FA
255.6
效益。目前就世界范围而言，燃气轮机发电已是电力结构 MS9001G
282
中的重要组成部分，对推动经济和社会发展发挥着重要 LM6000-PD
41.1
作用。 1 燃气轮机装置的工作过程
M701G GT13E2 V94.3A
334 165.1 265.9
60.0
功；透平排气可直接排到大气，对外界环境放热，也可通过
GUDIS.94.3
392.2
57.4
换热设备放热以回收利用部分余热。工质顺序经过吸气压 MPCP2（M701F）
799.6
57.3
缩、燃烧加热、膨胀做功以及排气放热四个工作过程完成 一个热力循环，进行能量转换。通常在燃气轮机中，压气机 是由燃气透平来带动的，它是透平的负载，在简单循环中， 透平的机械能有 1/2 到 2/3 左右用来带动压气机，其余的 1/3 左右的机械能用来驱动发电机。
作 者 简 介 ：杨巧云（1966-），女，湖南湘潭人，武汉电力职业技术学 院教授，硕士。
燃气-蒸汽联合循环的方案有多种，本文介绍典型的 联合循环发电型式。
2.1 纯余热锅炉型联合循环发电机组 这种联合循环中，燃气侧和蒸汽侧两循环的结合点是 余热锅炉。燃气轮机的排气送入余热锅炉中去加热给水、 产生蒸汽，驱动汽轮机做功，这是以燃气轮机为主的联合 循环方案。余热锅炉内不加入燃料燃烧，因此，蒸汽参数及 蒸汽轮机的容量取决于燃气透平的排气参数和流量，在通 常燃气轮机排气参数下，得到的是中温中压的蒸汽，通常 汽轮机的容量约为燃气轮机容量的 30%-50%。 这种联合循环效率高、技术成熟、系统简单、造价低、 启停速度快，应用最广。若在燃气透平的排气段设置旁通 烟囱，汽轮机停机时燃气轮机可以单独运行；但燃气轮机 停机时汽轮机不能单独工作。 2.2 排汽补燃型联合循环发电机组 排汽补燃型联合循环有两种方案：在余热锅炉前增加 烟道补燃器以及往余热锅炉中加入一定的燃料，利用燃气 中剩余的氧进行燃烧。由于补燃，锅炉蒸发量增加，蒸汽参 数提高，蒸汽轮机循环的出力和效率得到提高；负荷变化 时，可在较大的输出功率变化范围内，燃气轮机工况不变， 只改变补燃燃料，以改变汽轮机功率来改变联合循环的出 力，机组的变工况性能得到改善，部分负荷下的效率较高；
关键词： 燃气轮机；燃气-蒸汽联合循环；发电
DOI:10.19475/ki.issn1674-957x.2016.12.013 0 引言
也在 60%以上。
随着我国天然气资源的大规模开发及越来越严格的
表 1 某些燃气轮机发电机组的主要技术参数（教材，清华）
环保标准，我国陆续建成投产了多台燃气轮机发电机组， 机组型号 ISO 基本功率（MW） 燃气初温℃ 供电效率（%）
3 燃气轮机发电的优点 与常规燃煤发电相 比 ，燃 气 轮 机 发 电 具 有 以 下 优 点（杨）： ①燃气轮机发电机组设备、系统简单，结构紧凑，体积 小，重量轻。因此，制造、运输、安装、维修方便；造价低，投 资省。 ②燃气-蒸汽联合循环电厂供电效率高，大大超过常 规燃煤电厂（表 1、2）。 ③污染排放量小，无论燃用油气优质燃料，还是燃用 合成煤气，都能满足最严格的环保标准要求。由于燃气轮 机的燃烧效率很高，排气干净，未燃烧的碳氢化合物、CO、 S0x 等排放量低，再结合应用注水或注蒸汽抑制燃烧、干式 低 NOx 燃烧室，或者在排气管路中安装脱销装置等技术措 施，可使 NOx 的排放满足环保要求（表 3）。 ④用地较少。燃气轮机发电机组设备、系统简单，结构 紧凑，体积小，占地少；燃气和燃油的燃机电厂无需煤场、 输煤系统、除灰渣系统等，所以厂区占地面积比常规燃煤 电厂小得多，联合循环电厂占地只有同容量常规燃煤电厂 的 30%-40%，建筑面积也只有常规燃煤电厂的 20%。 ⑤用水量较少。燃气轮机不需大量冷却水，一般燃气 轮机只需常规燃煤电厂的 2%-10%的用水量，联合循环也 只需同容量常规燃煤电厂的 1/3 左右。 ⑥启动迅速，运行自动化程度高，每天都能启停。燃 气轮机从启动到带满负荷运行，一般不到 20min，快速启 动时更短。因而燃机电厂是城市备用或调峰机组的最佳 选择。 ⑦建厂周期短，可分期投产。先进的燃气轮机已普遍 应用模块化结构，运输、安装、维修和更换都比较方便。还 可分单循环和联合循环两期建设，建厂周期短。 4 结束语 燃气轮机发电方式具有高效、清洁、低耗等优点，随着
1 变频调速基本原理 首先通过下式（1）求得三相异步电动机的转速 n：
α＝t1（/ t1+t2）
（2）
调节占空比 α，就能将输出的平均电压调节到符合设
n=n1（1-s）=60（f 1-s）/p
（1） 计要求，若要调速，就必须通过调整 PWM 波的频率 1/T 改
其中，“ n”表示“电机转速”；“n1”表示“电机的同步转 变电源频率，进而实现调速。另外，要改变频率和占空比，
频调速原理，对异步电机的变频调速闭环控制系统进行了优化设计，并给出了单片机的部分流程图。系统理论上应该能够完成电机的
启动、调速、停止控制，以及电机运行过程中出现过流、过压、缺相等异常情况时的综合保护功能。
关键词： 电机；变频调速；异步电机