O 引言
   到目前为止，我国老火电厂改造有三种方法：蒸汽轮机全三维设计改造、原有锅炉替换为循环 流化床锅炉、蒸汽轮机发电机组改为热电并供电厂。但是，这些方法并不能同时满足大幅度降低能 耗和解决燃煤的环境问题。为达到同时满足这两个条件，必须在以上设备改造基础上，对原有蒸汽 轮机发电厂进行联合循环系统更新改造。
     联合循环系统更新改造技术从热力学角度而言，是将具有高温加热优势的燃气轮机（Brayton 循环）动力装置和较低排汽温度的汽轮机（Rankine 循环）动力装置有机结合起来，取长补短，按能的品位高低进行梯级利用。达到扩容降耗的目的。因此，不仅可以大幅度提高发电效率，而且可以同时解决环境污染问题。
     采用联合循环系统更新改造传统燃煤火电站在国外近几十年来得到很大发展，并积累了成熟经验。其改造方案主要有以下四种：给水加热型（FWH- Repowering），排气助燃型（FF-Repowering）， 余热锅炉型（HRSG-Repowering）和平行混合型（PP- Repowering）。特别是80 年代后，美国、日本、荷兰、德国、意大利等国发展势头更是方兴未艾，尤其是HRSG-Repowering 应用得最多，主要进行改造的机组等级为100 MW、200 MW、300 MW。但是，我国国情与国外不同：国外火电机组用天然气和液体燃料的电站比较多，天然气和燃油供应比较充足，而我国天然气和燃油比较缺乏，煤炭比较丰富；国外的燃煤机组有脱硫脱硝装置，而我国的中小型燃煤机组没有脱硫脱硝设备；国外发 达国家财力雄厚，可投入大量资金进行余热锅炉型的更新改造，而我国是发展中国家，资金缺乏。
     因此，对我国现有火电站进行升级改造时, 结合我国实际情况,尽可能降低改造费用。如原本应淘 汰的5 万千瓦汽轮机组采用给水加热型联合循环更新改造技术后，使全厂发电效率可从32.5%提高 到38.1%, 达到30 万千瓦大机组的水平[1-2]。
     根据中国具体情况，本文主要讨论给水加热型和排气助燃型两种联合循环，并从热力学角度对它们进行热力特性分析与比较。改造后联合循环系统总输出功率以蒸汽轮机为主，锅炉燃料仍然是 煤，而新增加的燃气轮机则燃用油或者天然气，即以煤炭为主的双燃料动力系统。同时这种双燃料 动力系统也适合我国环境污染严重的西部地区（双燃料基地的能源结构）。
1 改造常规电站联合循环系统
1.1 给水加热型联合循环系统 给水加热型联合循环系统是用燃气轮 机的排气加热锅炉给水，以减少汽轮机用于 给水加热的抽汽，从而增大蒸汽轮机输出功 率，提高系统能源利用效率。图1 所示为给 水加热型联合循环系统。系统中使用原除氧 器，给水加热器包括有低压加热器和高压加 热器，与原蒸汽循环回热系统并联。其特点 是系统相对简单，设备投资少，锅炉燃烧系 统不必改造。
1.2 排气助燃型联合循环系统
图2 所示为排气助燃型联合循环系统。排 气助燃型联合循环系统是将燃气轮机排气做 为锅炉燃烧用空气加以利用，排气中剩余氧气 （14%～16%）供锅炉燃料燃烧用，这时燃气轮 机取代了锅炉鼓风机和空气预热器。燃气轮机 排气显热的有效充分利用可以大幅度降低锅 炉耗煤量，同时可外置省煤器以便保证锅炉排 烟温度不致过高。但是，锅炉必须进行改型设 计。燃气轮机和汽轮机可以分两个系统单独运行。


1.3 FWHCC 与FFCC 热力学分析及讨论
     为了从理论上进一步指导实际改 造工程，我们从热力学角度对两种改 造系统进行热力特性分析和比较。图3 为两种联合循环系统的效率随蒸汽/ 燃气功率比R 和燃气轮机简单循环效 率ηgt 的变化关系。从图中可以得出以下三点规律：第一，无论是给水加热 型还是排气助燃型联合循环系统，燃 气轮机简单循环效率ηgt 的变化比蒸汽/燃气功率比R 的变化相对敏感。因此, 采用较高的简单循环效率ηgt 的燃气轮机对提高联合循环系统效率ηcc 最为有效。此规律可以指导在设计实际联合循环电站系统时，除了考虑其它约束的条件外，应尽量选用简 单循环效率ηgt 高的燃气轮机。第二，对于相同的简单循环效率ηgt，给水加热型联合循环系统的效率ηcc 随蒸汽/燃气功率比R 变化并非单调，存在一个极值点，而排气助燃型联合循环系统的效率ηcc 则随着蒸汽/燃气功率比R 的增加而单调减少。第三，对于采用相同简单循环效率ηgt 的联合循环系统，存在一个蒸汽/燃气功率比R 的区间.R。在区间.R 之内，给水加热型联合循环系统效率增大值大于 排气助燃型联合循环系统效率增大值；在区间.R 之内以外，则反之[3]。
     从上述的第三个规律可以看出：当采用相同的燃气轮机简单循环效率ηgt 时，排气助燃型联合循环系统效率要比给水加热型高的说法是有局限性的。图3 中的规律一方面可以为选取哪种联合循环 提供热力性能依据;另一方面又可以做为燃气轮机选型依据。利用联合循环系统更新技术改造常规 蒸汽轮机电站时，对于排气助燃型联合循环，要尽量采用高效、大燃气/蒸汽功率比的燃气轮机； 对于给水加热型联合循环，在选取高效燃气轮机时，功率的选择要选取接近最佳蒸汽/燃气功率比。
     在选定燃气轮机之后，在一定功比范围之间，用给水加热型联合循环改造系统效率提高幅度并不比排气助燃型差，甚至高于排气助燃型。该情况下，选用给水加热型联合循环改造常规蒸汽轮机发电 系统，既可以较高改善联合循环系统效率，同时又可以避免排气助燃型系统改造的技术难点。