（电气工程专业论文）大型燃气—蒸汽联合循环电厂（惠州）励磁系统的比较与研究.pdf

华南理下大学硕十学位论文 摘要 本文首先概述我国能源结构及天然气发电 前景， 接着以 惠州l n g 电 厂为例， 简要介绍大型燃气一 蒸汽联合循环电 厂的发电 工作流程及主要特点，然后以惠州 l n g电厂为例， 对大型发电机励磁系统进行了分析与比较，并把惠州l n g 电厂发 电机励磁系统投标书数据与部颁标准进行了比较， 最后， 阐述了大型发电 机运行 时励磁系统需要注意的问 题。 燃气一 蒸汽联合循环主要由四部分组成:燃气轮机、蒸汽轮机、发电机与 余热锅炉。 燃气轮机排出的 功后高温乏烟气通过余热锅炉回收转换为蒸汽， 再将 蒸汽注入蒸汽轮机发电，或将部分发电作功后的乏汽用于供热。 由于 将燃气轮机的高 温废气导入到余热锅炉， 将余热锅炉产出的高温、高 压蒸汽用于蒸汽轮机， 使得联合循环的 热效率较之干单独的 燃气或蒸汽循环的热 效率高 许多。单独的蒸汽循环的热效率一般为3 6 - 4 0 %,而惠州l n g 联合循环 发电 的热效率为5 6 . 7 % . 燃气轮机机组采用静止起动设备， 它由 静止 变频器s f c ,隔离变压器、 d c 电抗器和切换开关组成。 通过静止变频器s f c 的作用， 同步电 机作为电动机运行 而带动燃气轮机。 当 燃气轮机开始运行且带一定负荷时， 同步电 机再作为发电 机 并网运行。 惠州l n g 电 厂的 励磁系统采用静止自 并励系统。 所谓静止自 并励系统是指， 由 接于发电 机端的励磁变压器作为励磁功率电源， 供静止晶闸管励磁。 静止自 并 励系统主要由电压调节器、 可控硅整流装置和励磁变压器三部分组成。 本文将对 静止自 并励系统结构、原理、技术数据和注意事项作详细分析。 关键词:燃气一 蒸汽联合循环，同步发电 机，励磁系统，惠州l n g 电 厂 ab s t r a c t a b s t r a c t t h i s p a p e r f i r s t l y s u m m e r s o u r c o u n t r y s s t r u c t u r e o f e n e r g y s o u r c e s a n d t h e v i s t a s o f u s i n g n a t u r a l g a s t o g e n e r a t e e l e c t r i c i t y . s e c o n d l y , t a k i n g h u i z h o u l n g p o w e r p l a n t a s a n e x a m p l e , t h i s p a p e r b r i e fl y i n t r o d u c e s t h e o p e r a t i o n f l o w a n d m a i n f e a t u r e s o f l a r g e - s c a l e p o w e r 功 a n t w i t h g a s - s t e a m c o m b i n e d c y c l in g , a n d a n a l y z e s a n d c o m p a r e s t h e e x c i t i n g s y s t e m s o f l a r g e - s c a l e g e n e r a t o r s . t h e n t h e c o m p a r i s o n s b e t w e e n t h e d a t a i n t h e t e n d e r b o o k s f o r t h e g e n e r a t o r e x c i t i n g s y s t e m o f t h e h u i z h o u l n g p o w e r p l a n t a n d t h e m i n i s t r y - i s s u e d s t a n d a r d s a r e m a d e . l a s t l y , t h e n o t e s th a t m u s t b e p a i d a tt e n t i o n s t o w h e n o p e r a t i n g t h e e x c i t i n g s y s t e m o f t h e l a r g e - s c a l e g e n e r a t o r s a r e e x p o u n d e d t h e g a s - s t e a m c o m b i n e d c y c l i n g i s m a i n l y c o m p o s e d o f f o u r p a r t s : g a s t u r b i n e , s t e a m t u r b i n e , e l e c t r o - g e n e r a t o r a n d h e a t r e c o v e r s t e a m g e n e r a t o r . t h e e x h a u s t h i g h t e m p e r a t u r e s m o k e f r o m t h e g a s t u r b i n e is fl e w i n t o h r s g a n d s t e a m i s g e n e r a t e d , t h e n t h e s t e a m g e n e r a t e s e le c t r i c i t y i n s t e a m t u r b i n e , o r s o m e o f t h e e x h a u s t s m o k e i s u s e d f o r p r o v i d i n g h e a t a s t h e e x h a u s t h i g h t e m p e r a t u r e s m o k e i s u s e d i n t h e h r s c ; a n d t h e g e n e r a t e d h i g h t e m p e r a t u re a n d p r e s s u r e s t e a m i s u s e d i n t h e s t ( s t e a m t u r b i n e ) , t h e e ff i c ie n c y o f t h e g a s - s t e a m c o m b i n e d c y c l i n g i s m u c h h i g h e r i n c o m p a r i s o n w i t h t h e s i n g l e g a s c y c l i n g o r s i n g l e s t e a m c y c l i n g . g e n e r a l l y s p e a k i n g , t h e h e a t e f fi c i e n c y o f s i n g l e s t e a m c y c l i n g i s 3 6 - 4 fl 0f a . t h e h e a t e ff i c i e n c y o f h h u i z h o u l n g p o w e r p l a n t i s 5 6 .7 % . t h e g a s t u r b in e u n it a d o p t s s t a t i c - s t a r t in g e q u i p m e n t s c o m p o s e d o f s f c , i n s u l a t i o n t r a n s f o r m e r , d c r e a c t o r a n d s w i t c h . wi t h th e h e l p o f t h e s f c t h e s y n c h r o n o u s m a c h i n e w o r k s a s m o t o r a n d d r i v e s g a s t u r b i n e . w h e n t h e g a s t u r b i n e b e g i n s t o o p e r a t e o n s o m e lo a d t h e s y n c h r o n o u s m a c h i n e w i l l o p e r a t e a s g e n e r a t o r o n t h e p o w e r s y s t e m . h u i z h o u l n g p o w e r p l a n t a d o p t s s t a t i c s e l f - s h u n t e x c i t i n g s y s t e m , w h i c h m e a n s t h a t t h e e x c i t i n g t r a n s f o r m e r c o n n e c t e d t o t h e g e n e r a t o r t e r m in a l p o rt p r o v i d e e x c i t in g p o w e r s o u r c e f o r t h e s t a t i c t h y r i s t o r . t h e s t a t ic s e l f - s h u n t e x c i t i n g s y s t e m i s m a i n 妙 c o m p o s e d o f a v r , s i l i c o n c o n t r o l l e d r e c t i fi e r d e v i c e a n d e x c i t i n g t r a n s f o r m e r . t h e 华南理工大学硕十学位论文 p a p e r w i l l d e s c r i b e t h e b a s i c a r c h i t e c t u r e , p r i n c i p l e s , t e c h n i q u e d a t a a n d t h e n o t i c e a b l e i t e m s o f t h e g e n e r a t o r e x c i t i n g s y s t e m i n d e t a i l . k e y w o r d s : g a s - s t e a m c o m b i n e d c y c l i n g , s y n c h r o n o u s g e n e r a t o r , e x c i t i n g s y s t e m , h u i z h o u l n g p o w e r p l a n t 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明: 所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。 除了文中特别加以 标注引用的内容外， 本论文 不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。 对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。 本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作 者 签 名 : 4 - -;ir 、 日 m 1 2 月 扣 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权华南理工大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以 采用影印、 缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口， 在 一 年 解密 后适用 本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上相应方框内打 “ . 1 ) 作 者 签 名 : 遗育 7 导 师 签 名 : 反 气 产 城 日 期 :2 4 a 娜 1 2 月 t o 日 日 期: - -f 年 f 1月) ， 日 华南理工大学硕士学位论文 第一章 我国能源结构及天然气发电 前景 1 . 1我国的能源资源和能源结构 能源是国民 经济发展的重要物质基础。 我国能源资源丰富， 是能源生产大国， 也是能源消费大国。我国能源资源虽然丰富，但分布严重不均匀，水力资源9 0 % 在西部， 煤炭资源的 8 0 % 在北部， 而7 0 % 的能 源消费 集中在东部及沿海新开发地区。 水力资源富矿不多，开发难度大。在能源消费结构中，煤电占7 5 % 以上。我国是 由资源特点决定的以 煤电为主的世界上少数几个国家之一， 而且在今后相当长一 段时间内 不会发生大变化。我国年产煤近1 4 亿吨， 动力用煤占 4 / 5 ，火电厂用煤 量约占 全国煤产量的3 0 % 0 燃煤污染极其严重，排放大量二氧化硫、烟尘及工业 废物， 酸w区面 积己 达国 土面积1 / 3 。 仅二氧化硫排放造成的 经济损失占国民 生 产总 值的2 % 。大量煤、 渣运输也造成交通运输紧张。 我国能源利用率低， 平均能耗高，产值能耗约为发达国家的4 到5 倍， 产品单 耗比发达国家高4 0 % ， 能源综合利用率不到3 0 % 。 能源消费水平很低， 不到世界人 均水平的1 / 2 ， 人均用电 水平只及世界平均水平的1 / 3 。 世界电 业普 遍认为， 若一 个国家人均装机容量达到1 k w / 人， 就认为该国达到中 等发达国家水平。 而我国人 均装机容量还不到0 . 2 k 侧人， 这种现状既是差距所在， 更是电业巨大发展的前景。 1 . 2我国电力规划及火电发展动向 前几年对我国电力工业的发展预测结果指出， 我国的经济增长趋势为:1 9 9 0 年为8 % - 9 % , 2 0 0 0 - 2 0 1 0 年为 6 % - 8 % , 2 0 1 0 - 2 0 2 0 年为5 % - 6 . 3 % 。 据此分析预测，到 2 0 2 0 年我国装机容量 将达到7 9 0 . 1 g w o 火电技术发展动向为: 1 研制6 0 0 m w 甚至1 0 0 0 m w 等级的超临界压力机组， 研制3 0 0 , 6 0 0 m w 空冷 机组以及超高参数、亚临界参数的2 0 0 . 3 0 0 m w 高效供热式机组。 2 .建设大型坑口、 路口电 厂，变输煤为输电。 华南理工大学硕士学位论文 第一章 我国能源结构及天然气发电 前景 1 . 1我国的能源资源和能源结构 能源是国民 经济发展的重要物质基础。 我国能源资源丰富， 是能源生产大国， 也是能源消费大国。我国能源资源虽然丰富，但分布严重不均匀，水力资源9 0 % 在西部， 煤炭资源的 8 0 % 在北部， 而7 0 % 的能 源消费 集中在东部及沿海新开发地区。 水力资源富矿不多，开发难度大。在能源消费结构中，煤电占7 5 % 以上。我国是 由资源特点决定的以 煤电为主的世界上少数几个国家之一， 而且在今后相当长一 段时间内 不会发生大变化。我国年产煤近1 4 亿吨， 动力用煤占 4 / 5 ，火电厂用煤 量约占 全国煤产量的3 0 % 0 燃煤污染极其严重，排放大量二氧化硫、烟尘及工业 废物， 酸w区面 积己 达国 土面积1 / 3 。 仅二氧化硫排放造成的 经济损失占国民 生 产总 值的2 % 。大量煤、 渣运输也造成交通运输紧张。 我国能源利用率低， 平均能耗高，产值能耗约为发达国家的4 到5 倍， 产品单 耗比发达国家高4 0 % ， 能源综合利用率不到3 0 % 。 能源消费水平很低， 不到世界人 均水平的1 / 2 ， 人均用电 水平只及世界平均水平的1 / 3 。 世界电 业普 遍认为， 若一 个国家人均装机容量达到1 k w / 人， 就认为该国达到中 等发达国家水平。 而我国人 均装机容量还不到0 . 2 k 侧人， 这种现状既是差距所在， 更是电业巨大发展的前景。 1 . 2我国电力规划及火电发展动向 前几年对我国电力工业的发展预测结果指出， 我国的经济增长趋势为:1 9 9 0 年为8 % - 9 % , 2 0 0 0 - 2 0 1 0 年为 6 % - 8 % , 2 0 1 0 - 2 0 2 0 年为5 % - 6 . 3 % 。 据此分析预测，到 2 0 2 0 年我国装机容量 将达到7 9 0 . 1 g w o 火电技术发展动向为: 1 研制6 0 0 m w 甚至1 0 0 0 m w 等级的超临界压力机组， 研制3 0 0 , 6 0 0 m w 空冷 机组以及超高参数、亚临界参数的2 0 0 . 3 0 0 m w 高效供热式机组。 2 .建设大型坑口、 路口电 厂，变输煤为输电。 第一章 我国能源结构及天 然气发电前景 3 4 . 强化煤电的环境保护，发展洁净燃煤技术。 大力发展中间负荷机组， 适应电网调峰需要。 大容量燃气一 蒸汽联合 循环发电在我国起步，大量兴建抽水蓄能电站和调峰火电厂。 发电能源多样化， 适当发展核电 和新能源发电， 将进口 部分天然气、 液化气，作为国内发电资源的补充。在偏远地区和有条件地区发展 风能、太阳能等新能源发电。 进一步提高火电自 动化水平，实现自 动测量和单元机组集控值班。 1 . 3燃气一蒸汽联合循环的发展概况 2 0 世纪以后， 世界上燃气轮机及其联合循环在电力系统中的地位发生了显著 的变化， 不再仅仅充当 应急电 源和调峰的角色， 而是作为电网的一个重要方面军 而迅速崛起， 在工业发达国家， 在新增的容量方面甚至己 超过常规的火力发电。 1 ，国外的发展概况 在国 外， 从4 。 年代燃气轮机投入商业运行起， 几乎同时就有了 联合循环. 例 如工 9 4 9 年美国的阿尔杜一 黑依电厂， 安装了燃用天然气功率为3 . 5 m w 的余热锅炉 联合循环。 之后数十年间， 美、日、 原联邦德国、 原苏联、 荷兰、 爱尔兰、 韩国、 泰国、 马来西亚 等国家及台 湾先后建立了 这类发电 机组不下1 0 0 台。 随着科学技 术的发展和设备的完善，目前， 燃气轮机进气温度可达1 4 3 0 0 c ， 压气机的升压 比 达3 0 ，联合循环热效率达4 5 % n 5 5 % ，机组的平均可用率达9 0 % ， 燃气轮机单 机容量达2 2 6 . 5 9 w ， 比常规的超临界蒸汽参数的凝汽式发电机组省燃料 1 0 % 以上。 据统计， 1 9 8 8 年到1 9 9 0 年底， 全世界共销售1 6 6 1 台燃气轮机， 总容量达到 5 4 9 2 0 m w ， 其中用于联合循环的占3 7 . 9 % e 1 9 9 2 年全年销售6 3 5 台 燃气轮机，总 容量达到3 1 7 4 0 m w ， 其中用于联合循环的 增加至占4 4 . 7 % 。美国g e 公司1 9 9 3 年 的汽轮机与 燃气轮机订货中， 有6 0 % 左右是联合循环。自1 9 8 7 年开始，美国发 电用燃气轮机的年生产总容量己 经超过了 发电用汽轮机年生产总容量。 7 0 年代， 原联邦德国新增火电机组中联合循环容量占7 5 % 0日 本已 经法定燃用天然气发电 必须用于联合循环。 这是当今世界发电设备生产过程中出现的一次重大历史性转 折。 第一章 我国能源结构及天 然气发电前景 3 4 . 强化煤电的环境保护，发展洁净燃煤技术。 大力发展中间负荷机组， 适应电网调峰需要。 大容量燃气一 蒸汽联合 循环发电在我国起步，大量兴建抽水蓄能电站和调峰火电厂。 发电能源多样化， 适当发展核电 和新能源发电， 将进口 部分天然气、 液化气，作为国内发电资源的补充。在偏远地区和有条件地区发展 风能、太阳能等新能源发电。 进一步提高火电自 动化水平，实现自 动测量和单元机组集控值班。 1 . 3燃气一蒸汽联合循环的发展概况 2 0 世纪以后， 世界上燃气轮机及其联合循环在电力系统中的地位发生了显著 的变化， 不再仅仅充当 应急电 源和调峰的角色， 而是作为电网的一个重要方面军 而迅速崛起， 在工业发达国家， 在新增的容量方面甚至己 超过常规的火力发电。 1 ，国外的发展概况 在国 外， 从4 。 年代燃气轮机投入商业运行起， 几乎同时就有了 联合循环. 例 如工 9 4 9 年美国的阿尔杜一 黑依电厂， 安装了燃用天然气功率为3 . 5 m w 的余热锅炉 联合循环。 之后数十年间， 美、日、 原联邦德国、 原苏联、 荷兰、 爱尔兰、 韩国、 泰国、 马来西亚 等国家及台 湾先后建立了 这类发电 机组不下1 0 0 台。 随着科学技 术的发展和设备的完善，目前， 燃气轮机进气温度可达1 4 3 0 0 c ， 压气机的升压 比 达3 0 ，联合循环热效率达4 5 % n 5 5 % ，机组的平均可用率达9 0 % ， 燃气轮机单 机容量达2 2 6 . 5 9 w ， 比常规的超临界蒸汽参数的凝汽式发电机组省燃料 1 0 % 以上。 据统计， 1 9 8 8 年到1 9 9 0 年底， 全世界共销售1 6 6 1 台燃气轮机， 总容量达到 5 4 9 2 0 m w ， 其中用于联合循环的占3 7 . 9 % e 1 9 9 2 年全年销售6 3 5 台 燃气轮机，总 容量达到3 1 7 4 0 m w ， 其中用于联合循环的 增加至占4 4 . 7 % 。美国g e 公司1 9 9 3 年 的汽轮机与 燃气轮机订货中， 有6 0 % 左右是联合循环。自1 9 8 7 年开始，美国发 电用燃气轮机的年生产总容量己 经超过了 发电用汽轮机年生产总容量。 7 0 年代， 原联邦德国新增火电机组中联合循环容量占7 5 % 0日 本已 经法定燃用天然气发电 必须用于联合循环。 这是当今世界发电设备生产过程中出现的一次重大历史性转 折。 华南理工大学硕十学位论文 美国 近年来新增的 火电 容量几乎 全是联合循环。1 9 9 9年全球燃机订 货总功 率达到6 4 2 5 4 m w ， 比1 9 9 8年翻了一番。 美国现在年产燃机功率超过1 5 0 0 o m w a目 前 在世界范围内火电机组的订货， 燃机已占4 2%， 汽机占5 8% 。今后燃机的比 重还 会进一步增加， 世界市场_ l 出现了燃机供不应求的局面。 颇引人注目的是， 世界上 大型的联合循环电 厂多分布在亚洲。韩国的s e o i n e b o n电 厂， 总容量4 0 0 0 m w ,堪 称世界第一;日 本东京的f u t t s u电站， 安装了1 4台 单机容量为1 6 5 m w 的机组; 香 港的龙鼓滩电厂， 总容量2 4 0 0 m w ; 马来西r c u m u t电厂， 总容量1 3 0 0 m w ; 泰国的罗 勇电厂， 总容量1 2 8 0 m w n 2 .我国的 燃气轮机发电 1 9 5 9 年我国从瑞士b b c 引进两台6 . 2 m w 燃气轮机列车电站， 我国开 始初步应 用燃气轮机发电。1 9 6 4 年南京汽轮机厂试制成第一台工业用燃气轮机，之后， 上海、哈尔滨、 杭州、 东方等汽轮机厂相继自 行设计、 制造成0 . 2 , 1 . 3 , 6 m w 燃 气轮机。我国首座燃气轮机电厂建于大庆油田。 7 0 年代以来， 我国开始引进大功率燃气轮机， 到1 9 9 3 年止共 有6 7 套， 总功 率达到2 5 0 0 m w 。例如，从瑞典s t a l - l a v a l 公司引进5 0 m w 燃气轮机组装在北京 地区作为备用电 源。南京汽轮机厂与美国g e 公司合作，制成3 6 . 6 m w 燃气轮机， 己生产四台安装在深圳的南山、 金岗、 美池电厂和胜利油田的弧北电厂， 性能良 好。 在国内方面，由于 燃气轮机及其联合循环技术先 进， 热效率高， 机组起动快， 自 动化程度高， 调峰性能好， 能满足日 益严格的环境保护要求， 随着国民经济的迅 速发展， 我国电网峰谷差日 益增大， 发展调峰用燃气轮机电站势在必行， 因此大功 率 燃气轮机联合循环机组应该在我国电 网中占 有一 定地位。 3 .我国的联合循环 7 0 年代初， 我国开始研究制造联合循环， 在天津第二 热电 厂用2 . 2 3 m w 燃气 轮机建成补燃余热锅炉联合循环、四川的乐山用1 . 5 m w 建成1 3 . 5 m w 正压锅炉联 合循环;1 9 8 4 年从美国g e 公司引 进燃气一 蒸汽联合循环装置， 现在己 建 联合循 环电 厂十余座， 总容量超过1 0 0 0 m w ， 先后装在大 庆、中 原、辽河、 胜利、克拉 玛依等油田 地区和汕头、 深圳、 珠海等沿海经济开发区， 华能在汕头、 重庆建了 i o o m w 级联合循环。 第一章 我国能 源结 构及天然气发电前景 在余热锅炉中， 燃气轮机排气将水加热成三 个压力等级的蒸汽， 分别进入汽 轮机的高、中、低压缸的进汽 1 ,燃气轮机排气被降至 1 1 0 , c 后送往烟囱。汽 轮机的排气压力为9 6 . 7 k p a 。 中压蒸汽还引至宝钢内部使用， 该装置联合循环时， 总输出功率为1 5 0 m w i 总热效率达4 5 . 5 2 % ， 已 超过了目 前超临界压力 汽轮机发电 机组的水平。 南京汽轮机厂将进一步与g e 公司合作， 研制单 机容量1 0 0 1 2 3 . 4 m w 的燃气 轮机，组成3 0 0 m w 等级的联合循环。江苏省与美国w 工 n g 集团合资在江苏北部建 一座2 4 0 0 m w 的燃用液化天然气( l n g ) 的联合循环电 厂，并拟再建两座2 4 0 0 m w 的 联合循环电厂， 华东地区是中国的工业发达地区， 人门 密度高， 土地紧张， 而且 一些老电厂急需改进， 采用联合循环技术， 既提高热效率， 又增加发电量，比新 建电厂省投资、周期短。上海和南京等地区正在与外商谈判引进联合循环装置， 广东、 海南等地也在加紧建设3 0 0 , 4 5 0 m w 等级的联合循环装置。 总之， 我国的联合循环正向更大容量等级发展， 地域上已不局限于油田 和经 济特区， 开始向内地拓展， 但在实验研究、 生产设备建设、 技术人才的培养以及 经济管理等方面， 还需做很多工作， 以 赶上世界发达国家联合循环装置的技术水 平。 1 . 4我国燃气一蒸汽联合循环的发展前景 我国随着天然气资源大规模开发利用，“ 西气东输” 工程的实施以及有可能 从哈萨克等国引进管道天然气和从海外船运进口 液化天然气( l n g ) ，中国能源结 构调整已 进入实施阶段， 燃气 一蒸汽联合循环发电 的高 潮必将到来。 规划中 较为 落实的项目 总容量达3 2 4 0 0 m w ， 其中2 0 0 5年前将投产7 9 8 0 m w 。 华东地区， 除了山东 和福建外， 其余省市都将从 “ 西气东输”中 得益， 规划新增天然气发电1 3 1 4 0 m w e 广东省规划新增l n g 发电3 8 8 0 m w ， 年用l n g 达2 1 6万t。 据初步统计， 在“ 十五” 期 间 ， 我国 计划建设大型燃气轮机联合循环电 站总发电 容量高 达1 0 0 0万k w 。 为了 在 中国市场积极推广燃气一蒸汽联合循环发电设备的应用， 降低燃气轮机电站建 设、 运行和维修的综合成本， 逐步实现燃气轮机制造维修的本地化， 国家对燃气轮 机电站建设项目 实施统一集中招标采购， 要求国外燃气轮机制造企业应向中国制 第一章 我国能 源结 构及天然气发电前景 在余热锅炉中， 燃气轮机排气将水加热成三 个压力等级的蒸汽， 分别进入汽 轮机的高、中、低压缸的进汽 1 ,燃气轮机排气被降至 1 1 0 , c 后送往烟囱。汽 轮机的排气压力为9 6 . 7 k p a 。 中压蒸汽还引至宝钢内部使用， 该装置联合循环时， 总输出功率为1 5 0 m w i 总热效率达4 5 . 5 2 % ， 已 超过了目 前超临界压力 汽轮机发电 机组的水平。 南京汽轮机厂将进一步与g e 公司合作， 研制单 机容量1 0 0 1 2 3 . 4 m w 的燃气 轮机，组成3 0 0 m w 等级的联合循环。江苏省与美国w 工 n g 集团合资在江苏北部建 一座2 4 0 0 m w 的燃用液化天然气( l n g ) 的联合循环电 厂，并拟再建两座2 4 0 0 m w 的 联合循环电厂， 华东地区是中国的工业发达地区， 人门 密度高， 土地紧张， 而且 一些老电厂急需改进， 采用联合循环技术， 既提高热效率， 又增加发电量，比新 建电厂省投资、周期短。上海和南京等地区正在与外商谈判引进联合循环装置， 广东、 海南等地也在加紧建设3 0 0 , 4 5 0 m w 等级的联合循环装置。 总之， 我国的联合循环正向更大容量等级发展， 地域上已不局限于油田 和经 济特区， 开始向内地拓展， 但在实验研究、 生产设备建设、 技术人才的培养以及 经济管理等方面， 还需做很多工作， 以 赶上世界发达国家联合循环装置的技术水 平。 1 . 4我国燃气一蒸汽联合循环的发展前景 我国随着天然气资源大规模开发利用，“ 西气东输” 工程的实施以及有可能 从哈萨克等国引进管道天然气和从海外船运进口 液化天然气( l n g ) ，中国能源结 构调整已 进入实施阶段， 燃气 一蒸汽联合循环发电 的高 潮必将到来。 规划中 较为 落实的项目 总容量达3 2 4 0 0 m w ， 其中2 0 0 5年前将投产7 9 8 0 m w 。 华东地区， 除了山东 和福建外， 其余省市都将从 “ 西气东输”中 得益， 规划新增天然气发电1 3 1 4 0 m w e 广东省规划新增l n g 发电3 8 8 0 m w ， 年用l n g 达2 1 6万t。 据初步统计， 在“ 十五” 期 间 ， 我国 计划建设大型燃气轮机联合循环电 站总发电 容量高 达1 0 0 0万k w 。 为了 在 中国市场积极推广燃气一蒸汽联合循环发电设备的应用， 降低燃气轮机电站建 设、 运行和维修的综合成本， 逐步实现燃气轮机制造维修的本地化， 国家对燃气轮 机电站建设项目 实施统一集中招标采购， 要求国外燃气轮机制造企业应向中国制 华南理 _ 大学硕士学位论文 造企业转让相关技术， 并同中国相关制造企业结成联合体共同参加项目 投标。我 国动力设备制造企业面对一 个“ 突然” 出现的如此诱人、 前途美好的燃气轮机市 场显然无能为力。 为了适应我国燃料结构调整的要求， 配合西气东送和引进液化天然气z程， 国家决定建设1 0座燃气一蒸汽联合循环电站工程。该工程属于高效、节水、低 污染项日 。这批项目 所采用的机组应为单机功率2 2 0 -2 5 0 0的f级( 或相当于f 级)机组。 由 一台 燃气轮机组成的 联合循环发电 设备功率为3 5 0 -4 0 o m w ， 效率为 5 7% 5 85% 。 投标的电站设备制造厂家: l .国外厂家有美国 g e公司、日 本三菱公司、 德国西门子公司和瑞士a b b ( 法国 a l s t o m集团) 公司。 2 .国内 厂家有南京汽轮发电机( 集团) 有限责任公司、东方、上 海、哈尔滨 的电站设备制造集团公司。 1 0 座电 站燃气轮机联合循环发电设备装机数量2 3 台( 套)， 装机容量为 9 0 0 0 0。 该容量接近我国 现有的燃气轮机和燃气轮机联合循环电 站装机容量之 和。 此外， 还要求预留1 6 套同样设备的扩建余地。 这1 0 座电 站将分别于2 0 0 4年下 半年至2 0 0 6年底建成投产。这1 0 座电站是: 1 .上海化学工业区热电联供电厂 2 .北京第三热电 厂燃气一 蒸汽联合循环发电工程 3 .江苏张家港燃气一 蒸汽联合循环发电 机组 4 .戚墅堰电厂燃气一 蒸汽联合循环发电机组 5 望亭电厂燃气一 蒸汽联合循环发电 6 惠州液化天然气电厂 7 .深圳前湾燃气轮机电厂 8 深圳东部电厂燃气一 蒸汽联合循环发电机组 9 .浙江半山天然气发电工程 1 0 . 甘肃兰州燃气轮机热电工程 1 . 5惠州l n g 燃气一蒸汽联合循环发电厂概况 华南理j 。大学硕士学像论文 造企业转让相关技术，并同中国相关制造企业结成联合体共同参加项目投标。我 国魂力浚器髑造佥遂涎对一令“突然”遣理豹懿忿诱夫、嚣途美好豹燃气轮橇市 场显然无能为力。 为了适应我国燃料结构调整的臻求，配合瑙气东送和引进液化天然气工程， 交家凌您建设1 0 痤熬气一蒸汽联会循环电蘩工程。该工疆嚣手赢效、节柬、低 污染项目。这批项目所采用的机组成为单机功率2 2 0 2 5 0 洲的f 级( 或相当于f 级) 机鳃。由一台燃气轮机组成的联合循环发电设备功率为3 5 0 4 0 0 m w ，效率为 5 7 鹣5 8 。5 鹈。 投桥的电站设备制造厂家： 1 因钋厂家有美国g e 公司、日本三菱公司、德国西门予公司和瑞士a b b ( 法蓍a l s t o m 集霾) 公司。 2 网内厂家有南京汽轮发电机( 集团) 有限资任公司、东方、上海、哈尔滨 f 每电站设各蒂i 造集团公司。 l o 疲逛蛞燃气轮橇联台德舔笈毫设备装稳数嚣2 3 台( 套) ，装租容量为 9 0 0 0 u w 。该容量接近我国现有的燃气轮机和燃气轮机联合循环电站装机容缀之 和。此外，还要求预鼹1 6 套同样设铸的扩建余地。这l o 座电站将分别于2 0 0 4 年下 半年至2 0 0 6 年底建藏投产。这1 0 瘫电站是： 1 上海化学工业区热电联供电厂 2 。j e 京第三热电厂燃气一蒸汽联合循环发曦工程 3 。江苏张家港燃气一蒸汽联合循环发电辍缀 4 戚墅堰电厂燃气一蒸汽联合循环发电机组 5 塑亭电厂燃气一蒸汽联合循环发电 6 惠斓液纯天然气电厂 7 深圳前湾燃气轮机电厂 压送到燃烧室的空气与燃料混合物成为 高温高压的燃气; 燃气在透平中膨胀作功， 推动透平带动压气机和外负荷转子一 起高速旋转; 从透平中排出的乏气排至大气自 然放热。 这样， 燃气轮机就把燃料 的化学能转变成热能， 又把部分热能转变成机械功。 燃气轮机发电系统是燃气在 燃气涡轮机中经绝热膨胀作功的过程， 这种热力循环又称布雷顿循环。通常，燃 气透平发出的机械功约2 / 3 左右用来驱动压气机， 其余的1 / 3 左右的机械功驱动 负荷。 由于燃气轮机循环的工质发热温度 ( 排气温度)还很高 ( 约4 5 0. 6 0 0 度) ， 而且大型机组排气流量高达 1 0 0 -6 0 0 k g / s ，因而有大量的热能随着高温燃气排 第二章联合循环发电的工作流程及主要特点 第二章联合循环发电的工作流程及主要特点 2 1 联合循环的工作流程 燃气一蒸汽联合循环发电系统包括了由燃气轮机发电系统和锅炉一蒸汽轮 机发电系统，主要由压气机、燃气轮机、余热锅炉( h r s g ) 、蒸汽轮机、发电机等 设备构成，如图2 1 。 躅2 1 燃气一蒸汽联台循环发电的工作沅程 燃气轮机是一种以气体作为工质、内燃、连续回转的、叶轮式热能动力机械。 它主要由压气机、燃烧室和燃气透平三大部件构成。压气机从外界连续吸入空气 并使之增压，同时空气温度也相应提高；压送到燃烧室的空气与燃料混合物成为 高温高压的燃气；燃气在透平中膨胀作功，推动透平带动压气机和外负荷转子一 起高速旋转：从透平中排出的乏气排至大气自然放热。这样，燃气轮机就把燃料 的化学能转变成热能，又把部分热能转变成机械功。燃气轮机发电系统是燃气在 燃气涡轮机中经绝热膨胀作功的过程，这种热力循环又称布雷顿循环。通常，燃 气透平发出的机械功约2 3 左右用来驱动压气机，其余的i 3 左右的机械功驱动 负荷。 由于燃气轮机循环的工质发热温度( 排气温度) 还很高( 约4 5 0 6 0 0 度) ， 而且大型机组排气流量高达1 0 0 6 0 0 k g s ，因而有大量的热能随着高温燃气排 华南理 人学硕十学伉论文 入人e 。嘛对于蒸汽动力循环( 朗肯循环) 来说，出于材料耐淤、耐瓜程度的限 锈，汽轮祝逶汽温瘦救为4 0 0 5 6 0 度，整跫蒸汽动力锤环放热孚筠溢麓缀低， 一般为3 0 3 8 度，由于燃气轮机的排气温度讵好与朗肯循环的最高温度年h 接近， 如果将两卷结台起来，互相取长补短，形成工质切始工作温度离而最终放热滠度 瓿翦燃气一蒸汽聚合籀琢。这释藕环瞧可藏括蘧嚣为惑麓系统，在系统中耱源获 高品位到中低品位被逐级利用，形成能源的梯级别用。 嘲2 2 惠州l n ( i 电厂单轴、燃气一蒸汽联合循环_ i 意嘲 通常，联合循环余热锅炉由省煤器、蒸发器、过热器组成，但在多数余热锅炉 中，还有除氧器蒸发器和冷凝水加热器。当有再热循环时，还可以加设再热器。 柬整凝冷器静冷凝承经冷凝拳熬热襄鸯l 热爱逡入狳羲器，遴行熬力狳氧。臻 氧器热源来自余热锅炉的除氧器加热器。除氧器中的水，经除氧后，由给水浆送入 省煤器，在省煤器中，给水完成预热的任务，使给水温度升高到接近于饱和渝度的 承乎，送入蒸发器。奁蒸发器中，逶一步嗣其蠡燕疆其壶篷窝承、稳变磊变为浚亵 9 第二章联合循环发电的f ：作流稃殿主要特囊 蒸汽，再进入过热器中j 簸 j ：过热，使之山饱和蒸汽变为过热蒸汽厝，送入汽轮桃进 行擞功。 懋r t i e 嚣筻歉擞爨 嘲2 ，3 联台循环调峰热电厂原则件热力系统圈 燃气一蒸汽联合循环发电机组就怒将燃气轮机的摊气引入余热锅炉 ( h r s g - h e a tr e c o v e r ys t e a mg e n e r a t o r ) ，产生瘫温、毫莲蒸汽驱动汽羚辍， 带动发电机发电。因而，联合循环的热能利用水平较燃气轮机循环或气轮机椭环 部有明鼠提高。目前，燃气轮机的热效率达4 0 ，联合循环机组的热效率接近6 0 。 2 2 联合循环的类型及特点 2 2 1 燃气一蒸汽联合循环的类型 燃气蒸汽联合德环有不同的分类方法，按照燃气循环排气放热量被蒸汽 循环全部残部分稳硝豹不同清流，獠据蒸汽镊妒绥季奄鍪式戆黪徭，燃气蒸汽 皋热锚妒 第滋章 联合循环发电的 厂 作流程及土要特点 燕汽， 再 进入过热器中进f i : 过热， 使之山 饱和蒸汽变为 过热蒸汽后， 送入汽轮机进 守 二 做功。 寸 1 s f : 姗汽 轮机发.匕 公 比 图2 , 3 联合循环调峰热电厂原则性热力系统图 燃气一 蒸汽联合循环发电 机组就是将燃气轮机的排气引入余热锅炉 ( h r s g - h e a t r e c o v e r y s t e a m g e n e r a t o r ) ， 产生高 温、高压蒸汽驱动汽轮机， 带动发电机发电。 因而， 联合循环的热能利用水平较燃气轮机循环或气轮机循环 都有明显提高。 目前， 燃气轮机的热效率达4 0 % ， 联合循环机组的热效率接近6 0 % . 2 . 2联合循环的类型及特点 2 . 2 . 1燃气一 蒸汽联合循环的类型 燃气一 蒸汽联合循环有不同的分类方法，按照燃气循环排气放热量被蒸汽 循环全部或部分利用的不同情况，根据蒸汽锅炉结构型式的特征，燃气一 蒸汽 第滋章 联合循环发电的 厂 作流程及土要特点 燕汽， 再 进入过热器中进f i : 过热， 使之山 饱和蒸汽变为 过热蒸汽后， 送入汽轮机进 守 二 做功。 寸 1 s f : 姗汽 轮机发.匕 公 比 图2 , 3 联合循环调峰热电厂原则性热力系统图 燃气一 蒸汽联合循环发电 机组就是将燃气轮机的排气引入余热锅炉 ( h r s g - h e a t r e c o v e r y s t e a m g e n e r a t o r ) ， 产生高 温、高压蒸汽驱动汽轮机， 带动发电机发电。 因而， 联合循环的热能利用水平较燃气轮机循环或气轮机循环 都有明显提高。 目前， 燃气轮机的热效率达4 0 % ， 联合循环机组的热效率接近6 0 % . 2 . 2联合循环的类型及特点 2 . 2 . 1燃气一 蒸汽联合循环的类型 燃气一 蒸汽联合循环有不同的分类方法，按照燃气循环排气放热量被蒸汽 循环全部或部分利用的不同情况，根据蒸汽锅炉结构型式的特征，燃气一 蒸汽 华南理工大学硕士 学位论文 联合循环主要分为以下四类: 余热锅炉联合循环、 补燃余热锅炉联合循环、 助燃 锅炉联合循环、正压锅炉联合循环。 1 .余热锅炉联合循环 余热锅炉联合循环系统， 燃气轮机的排气引入锅炉中， 利用其余热将给水加 热成蒸汽来驱动汽轮机，故称余热 ( 废热)锅炉型联合循环。 余热锅炉联合循环的 特点是以燃气轮机为主， 汽轮机为辅， 一般 汽轮机容量 约为燃气轮机容量的1 / 3 左右， 而且汽轮机不能单独运行。 余热锅炉实际是个热 交换器， 结构较简单， 造价低， 但其容量与参数取决于燃气轮机的排气量和温度， 机组单位出力的冷却水量小。 燃气轮机仍需用轻质燃料。 适用于旧的、 小的蒸汽 动力厂的改 造。 若燃气轮机的进气温度为1 0 0 摄氏 度， 其热效率可达4 0 % 4 5 % 0 2 补燃余热锅炉联合循环 补燃余热锅炉联合循环系统， 除燃气轮机的排气引入锅炉之外， 还可补充部 分燃料 ( 可在燃气轮机的排气通道中，也可在余热锅炉中) ，引入嫩烧，随着补 燃量的增加，汽轮机容量的比 例随之增大， 可占5 0 % -9 0 % 。根据燃气轮机的排 气温度，可确定一使机组效率最高的最佳补燃量。 补燃可