一．课题背景

我国火电机组主要为燃煤发电机组，存在污染严重，供电煤耗高的问题，不能满足

新世纪电力工业发展需求，必须依靠科技进步，促进我国资源环境相互协调可持续发展。^[1]采用高参数大容量机组，超临界压力机组是火电机组发展的主要方向外，亦是提高我国火电热效率^[2]的突破口方向。为此，今后发展燃气-蒸汽联合循环^[3]发电^[4]将具有战略意义^[5]。燃气蒸汽联合循环热电冷联供系统是一项先进的供能技术。利用燃气燃烧产生的高温烟气在燃气轮机中做功，将一部分热能转变为高品位的电能，再利用燃气轮机排烟中的余热在废热锅炉内产生蒸汽来带动蒸汽轮机进一步发出部分电能，同时供热和制冷。从而实现了能源的高效梯级利用，同时也降低了燃气供热的成本^[6]，是城市中，特别是大气污染严重的大城市中值得大力发展的系统。

二．国内外发展状况和需求

在60年代初我国就开始引进燃气轮机发电机组。先后测绘防止或自行设计制造过多种机型机组功率都在几千kW以内燃气初温一般为600~700℃热效率仅16%~25%。虽然这些机组由于使用上或技术上的问题没有长期运行下去也没有形成批量生产,但取得了一些研究和制造经验培养了我国早期燃气轮机设计、制造人才。这是我国燃气轮机发展的第一时期70年代后期到80年代初期基于国外燃气轮机发电技术已有较大发展同时国内石油和天然气的开发也有进展我国燃气轮机发展进入第二时期80年代开始,随着我国改革开放,国民经济快速发展,燃气轮机发电又进入新的高潮.这是我国燃气轮机发展的第三时期,90年代以来,我国燃气轮机发电不仅装机容量大幅度提高,机组的性能更趋先进。70年代全国燃气轮机电厂约20座90年代已经有80余座发电机组由20余台增加到140套。装机容量由300MW增加到超过10000MW。

从20世纪80年代以来，随着燃气轮机及其联合循环总能系统新概念的确立，材料科学，制造技术的进步，特别是能源结构的变化及环境保护的要求更加严格，燃气轮机及其联合循环机组在世界电力系统中的地位发生了显著变化，不仅可以用作紧急备用电源和尖峰负荷，还被用来带基本负荷和中间负荷。21世纪以来世界燃气轮机进入了一个新的发展时期，我国燃气轮机引进，开发和应用又进入了一个新的发展阶段。燃气轮机技术进步主要表现在单机容量增大，热效率提高与污染物排放量降低。目前全世界每年新增的装机容量中，有1/3以上采用燃气蒸汽联合循环机组，而美国则接近1/2，日本则占火电的43%。据不完全统计，全世界现有燃油和燃天然气的燃气-蒸汽联合循环发电机组的容量已经超过400GW。当前燃气轮机单机功率已经超过300MW，简单循环热效率超过39%；联合循环功率已经超过780MW，联合循环热效率超过58.5%，干式低NOX燃烧技术已使燃用天然气和蒸馏油时的NOX排放量分别低于25mg/kg和42mg/kg,提高了燃气轮机在能源与电力中的地位与作用。从目前世界火力发电技术水平来看，提高火电效率和减少污染物的排放方法，除带脱硫，除尘装置的超超临界发电技术（USC），循环流化床（CFB）和增压流化床联合循环（PFBC）等外，燃天然气，燃油及整体煤气化等燃气-蒸汽联合循环是一个重要措施。据有关调研预测，未来十年我国对燃气轮机总需求量达34000MW左右。中国已经开始利用西气东输，东海，南海油气，进口LNG（液化天然气）和开发煤气化等清洁能源。一批300MW级燃气-蒸汽联合循环电厂已经建成或即将建成投产。可以说，随着国产化率的提高，造价的减低，燃用天然气和煤气灯大型燃气-蒸汽联合循环发电机组，必将成为中国电力工业一个重要组成部分^[7]。

三．燃气-蒸汽联合循环原理

燃气轮机自身的发电效率不算很高，一般在30%-35%之间，但是产生的废热烟气温度高达450-550℃，可以通过余热锅炉再次回收热能转换蒸汽，驱动蒸汽轮机再发一次电，形成燃气轮机- -蒸汽轮机联合循环发电，发电效率可以达到45%~50%，一些大型机组甚至可以超过55%。

常压流化床联合循环（AFBC）的技术研究

燃煤常压流化/燃气－蒸汽联合循环发电装置具有能源转换效率高，煤种适应广，能燃用劣质煤且环境污染小的优点，是一种可行的洁净煤发电方式。常压流化床空气热交换技术是发展燃煤常压流化床联合循环所必须解决的关键技术。为此国家科委1981年组织”常压流化床空气换热试验研究”单项关键技术研究。我所承担了建立单一学科研究的常压流化床空气传热试验台和单管及管束常压沸腾炉传热试验台，进行试验台的调试工作并完成初步机理性试验，提出单管传热试验报告，常压流化床联合循环热力系统分析报告和调节与控制系统分析报告。研究工作于1984年底完成并通过专家鉴定。