燃气轮机蒸汽轮机联合循环
燃气轮机蒸汽轮机联合循环
一 燃机轮机与蒸汽轮机的对比
两种设备都是将热能转化为机械能的设备，两者的基本原理有类似之处，区别在于，燃气轮机有燃烧室，以高温燃气为工质，它是直接利用燃料燃烧直接产生的高温燃气来驱动多级风扇产生动力的，而蒸汽轮机则依靠的是高温高压的水蒸汽来进行驱动风扇。所以燃气轮机的工作温度要更高，其设计和工艺、材料要求也比蒸汽轮机高了几个数量级，蒸汽轮机相比而言，其工作压力和温度要低的多，所以更容易设计制造，但它需要配套的蒸汽发生装置才可使用，体积大，能量密度也不如燃气轮机。
燃气轮机和蒸汽轮机都有各自的优点和缺点。一般而言，蒸汽机能效低 ，能源消耗高，因为它离不开锅炉，整个装置既笨重又庞大；新蒸汽的压力和温度也不能过高，排气压力不能过低，热效率难以提高；它是一种往复式机器，惯性力限制了转速的提高；工作过程是不连续的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。但是结构相对较为简单，易于维护操作。
燃气轮机的主要优点是小而轻。压气机连续地从大气中吸入空气并将其压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气透平中膨胀作功，推动透平叶轮带着压气机叶轮一起旋转；加热后的高温燃气的作功能力显著提高，因而燃气透平在带动压气机的同时，尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。缺点是效率不够高，在部分负荷下效率下降快，空载时的燃料消耗量高。
二 燃气－蒸汽轮机联合循环
由于两种循环都有各自的缺点，所以考虑通过联合循环的方式。
燃气－蒸汽轮机联合循环，是把燃气轮机和蒸气轮机这两种按不同热力循环工作的热机联合在一起的装置，为了提高热机的效率，应该尽可能地提高热机中的加热温度和降低排热温度。但蒸汽轮机和燃气轮机的热力循环都不能很好满足上述要求。如把它们结合起来，以燃气轮机的排热来加热蒸汽，就可以同时取得燃气轮机加热温度较高和蒸汽轮机排热温度较低的双重优点。
联合循环的主要过程是，压气机吸入空气压缩后送入燃烧室内，使燃料（油或天然气）燃烧产生高温高压燃气，进入燃气轮机膨胀做功发电，再将燃气轮机排出的气体引入锅炉（余热锅炉），作为锅炉的热源，利用锅炉产生的蒸汽进入蒸汽轮机再发电。这样就形成了燃气轮机和蒸汽轮机共同作为原动机的联合循环发电系统。余热利用式的系统简单，燃气轮机出力占总出力的比例大，蒸汽轮机不能单独运行；排气再燃式系统运行控制系统复杂，蒸汽轮机出力占总出力比例大，蒸汽轮机可单独运行。
目前，世界上利用天然气发电普遍采用燃气蒸汽联合循环电厂的形式，尤其是以天然气作为燃料的燃气蒸汽联合循环发电技术更为世界众多国家所重视。天然气电站运行灵活，机组启动快，启动成功率高，即可带基荷又可用于调峰，且宜于接近负荷中心。另外，燃气轮机发电机组电厂可在25(30)%～100%出力下可靠运行，利于提高电网的经济运行水平，燃天然气电站的可用率较高，约为90%～95%，高于燃煤电厂。可大大改善煤电机组的运行工况，以及降低煤耗，对于提高电网的运行质量、解决其运行存在的矛盾，不失为一有利的选择。