前言：
近年来，燃气-蒸汽联合循环发电已经取得了飞速的进步。在过去，人们主要通过使用燃煤的蒸汽轮机电站来达到发电的目的。在这一方面，主要的焦点是增强燃煤发电站的单机容量和供电效率，同时解决由燃煤引发的环境污染问题。优化电力供应效率的核心在于增强蒸汽的初始参数，同时优化热能循环系统。当前，为了确保安全操作，进行大规模联合循环机组的运行和维护等技术的探讨是十分必要的。
一、燃气蒸汽联合循环的工作原理
目前，当燃气轮机与蒸汽轮机各自独立运行的时候，其电力输出的比例大约是40%，而如果运用了具有超临界参数的蒸汽轮机技术，其输出的比例也只有45%~47.7%。为了优化发电系统的运行性能，科学家们把蒸汽和燃气的循环技术融入一起，即实现了燃气和蒸汽的联合循环。现在，最先进的燃气轮机的进气温度已经达到1600℃，压气机的压比也达到30，而且其联合循环发电的效能也已经达到60%。实际上，将布雷顿（Brayton）循环和郎肯循环融入联合循环中，便形成了一个完整的循环体系。由于燃气轮机直接以燃气作为能源，所以它的起始温度非常高，同时，它的排气温度也相当高。由于蒸汽的特性影响，蒸汽轮机系统的蒸汽初始温度不可过高，凝结温度很低。通过将燃气-蒸汽联合循环，能够高效运用二者的优势，从而使得总的循环效率远超过仅使用单一的燃气轮机或者蒸汽轮机。
二、单轴燃机—汽机转子系统振动研究
（一）油膜涡动和油膜振荡
许多非线性状况可能在旋转设备的操作过程中发生，尤其是由非线性油膜力导致的自激振荡较为常见，另外也可能导致油膜出现不稳定和振荡的情况。目前，大部分的研究都是基于经验来判断和处理油膜振荡的故障。非线性理论作为转子轴承油膜力模型的构建依据，仍有待提升，而且有关油膜振荡的处理手段也尚未形成全面的体系。对于大型旋转设备来说，油膜不稳定性依旧是一个棘手的问题。目前的研究主要集中探讨油膜不稳定的原因，并全面解释导致转子不稳定的因素。基于这些研究，还需要找到一套完善的方法体系来诊断和处理燃气油膜的振荡，以确保相关研究成果能被应用到实际的工程项目中。
（二）热态瞬变振动
热态瞬变振动现象，是一种因为受热不均匀导致的振动。GE燃机的转子通常使用叠加装配和抽气冷却的结构方式，其常常会产生热态瞬变振动，如果这种振动过于严重，可能会导致燃机无法正常运行。转子的开始温度函数可以被视为热态瞬时的振动量，而初始温度越低则意味着振动值越高。目前，许多常见的动平衡技术并未在单轴燃气轮机-汽轮发电机的转子系统中得到实际运用，热态瞬时振动受冷启动的影响也不受重视。在所有的工作阶段，无论是在哪个负荷阶段，还是在热态瞬间的振动中，都必须全面地进行思考，这样才能更好地解决热态瞬间振动，并妥善调整动平衡。
三、联合循环汽轮机快速启动
众多专家运用多种技术（如差分法、有限元法、格林函数法等）和各种模型，对汽轮机在各种启动方式下的转子温度场和热应力场进行了计算，并绘制出相关的曲线，这些都是为了制定出合适的启动计划。
郑李鹏等研究学者经过对各种启动模式下转子的热应力进行测量，更新了汽轮机的热启动条件，从而成功地攻克了一个特定调峰运行联合循环汽轮机在温态启动阶段用时长的难题。
岳建华等研究学者构建了一个以VisualC++为基础的转子在线寿命损耗监测管理系统，它将汽轮机转子的寿命损耗计算、负荷率控制以及数据处理等融为一体。从工程应用的角度来看，张纪平等学者阐述了余热锅炉启动缓慢的实质，通过对设备及其控制程序的调整，成功地使得余热锅炉能够安全且迅速地开始运行。
另外，有关研究学者通过应用DCS组态功能，并结合有限差分法所构建的在线转子应力计算软件，以及离线应力有限元的检验，提出减少中速暖机的时长，延长低负荷暖机的时长，并且拓宽热态启动的区域等举措，从而将汽轮机的平均启动时长减少40分钟，并让汽轮机更早地切换到发电状态。
图1转子应力计算
四、燃气轮机热部件维护维修策略研究
GE公司的大型燃气轮机具备极高的使用效率，通过应用科学合理的保养和检修方案，可以降低整体成本，尽可能缩短停机时间，提升启动和运作的稳定性，并增强机组的使用效率，从而提升收益。根据其运行环境的差异，燃气轮机的热部件可以被划分为三个类别，分别是燃烧系统、热通道和转子部件。
GE公司等动力设备生产商已经展开了多年的研究，侧重于燃气轮机及其联合循环热力的设计与实验，并且积累了丰富的实践经验。他们通常使用各自独立的启动频率和运行时长来估算维修周期。GE公司利用互联网开发了一种即时的远程协助决策工具，它能够将遍布全球的燃气轮机的操作信息发送到位于美国亚特兰大的控制中心，并由运行专家利用电脑编程技术和他们的丰富经验加以分析处理，并将处理后的结论反馈给机组运行人员，从而协助他们做出决策，确保机组能够平稳、高效、低成本地运作。目前，全球已有超过百台（套）的燃气轮机连接到系统。虽然这个系统具有稳定性和安全性，但它并不适合在中国使用。
目前，中国开始越来越关注燃气轮机的热部件保养和检修。雕吉义详尽地讨论了燃气轮机的计划性检修中的维修周期、备件安排、零部件修复以及现场维护的便利性问题。殷豪详细阐述了延长检修周期的策略，例如，如何通过定期的设备保养和运行的优化，以此来延长燃气轮机的使用寿命，并且将传统检修方法和状态检修方法相结合，以及对备品备件的配置进行优化。尽管华北电力大学、中科院热物理所以及浙江大学的联合循环发电理论与计算机辅助决策系统的研究与其他国家的学术成就存在差异，但相比于我国自身而言，也获得了显著的突破。
五、燃气轮机IGV控制及温控线优化技术研究
在80~160MW的燃气轮机负荷范围内，卧式三压再热自然循环余热锅炉的主要问题是，蒸汽很可能会过热，其温度可能会升至574℃（此时喷水减温器后的蒸汽温度已经接近饱和状态），这可能导致燃机和汽轮机跳闸。目前面临的主要挑战是燃机的排烟温度偏高以及主蒸汽过热。这主要源于燃机的排放温度在此负荷范围内已经升至649.9℃，IGV温控的引入导致进入余热锅炉的高温烟气流速显著提升，此时，由于IGV的运作，余热锅炉的高压蒸馏器产出的烟雾流速与其蒸汽量并不相符。在设计阶段，由于对余热锅炉的工况进行了大量的考量，并且通过评估工况来确定蒸汽温度、减温水的配置以及换热面积。然而，由于燃气轮机在整个负荷变动期间，其排放的烟气温度呈现出低-高-低的驼峰特征，这就导致在一些负荷工况的考量上存在不足，从而最后引发了主蒸汽超温问题。由于缺乏相应的资料信息，对这个问题的探讨仍然在起步阶段，只能通过增加主蒸汽温度的RB定值来暂时保证一些出现故障的机组运行。在燃机启动阶段，减少热通道的温度，从而增加热部件的使用寿命，优化其工作环境。由于时间的缩短，各种污染物的总排放量会有所降低。
目前，我国的所有研究都没有从根本上解决温控的难题。核心的燃机控制技术就是燃机温度控制，科研工作者必须持续进行实验和探索，以改善部分负荷下的温度控制线，从根源上解决我国燃气轮机运行过程中常见的主蒸汽过热超温的问题。
五 总结：
总的来说，燃气-蒸汽联合循环机组的技术已经日臻完善。针对这一循环机组的运行与维护关键技术，还需要进一步的探讨和分析，并针对目前遇到的问题，给出适当的解决策略。这不仅能够极大地提升技术水平，而且对中国的电力领域的发展也起到了积极的影响作用。
参考文献：
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[3]王佰仟,姚继宇,王金龙,等.E级燃气-蒸汽联合循环机组启动过程优化的探索[J].自动化应用.2022(5).