工艺流程_燃气机组生产工艺流程课件

1 燃气机组生产工艺流程 主讲 2 一 工程概况1 1电厂建设规模本项目为沙特海水淡化总公司 SWCC 投资的沙特扎瓦尔燃气轮机联合循环电厂加海水淡化水厂项目 厂址位于沙特扎瓦尔市 项目的主设计方为德国设计公司Fichtner 主要设备供应商为西门子 整个项目范围包括新建2400MW的联合循环电站和配套的1025Tm3 d海水淡化厂 包括5组9F级联合循环机组 1组单循环机组和相关的辅助设备 燃机燃料以天然气为主 燃油为辅助燃料 联合循环系统为母管制 10台余热锅炉拖动5台汽轮机运行 海水淡化水厂取当地海水进行淡化处理 水厂出水品质符合沙特当地饮用水标准 淡化后的淡水除供电厂使用外 接入当地生活用水系统 3 1 2主要工艺系统特征1 2 1燃气轮发电机组电站采用12台西门子公司生产的燃气轮机 型号为SGT6 5000F 5 该燃气轮机包括13级基本上轴流压气机 天然气柴油燃烧器系统和一个4级轴涡轮机 燃烧涡轮机在压缩机入口端直接连接发电机和驱动器 空气压缩机需要从周围的空气通过一个进气总管和进口 加压和送到燃烧器 燃料被送入燃烧器和压缩空气一起燃烧 由此产生的热的 压缩燃烧气体流从燃烧室进入涡轮 气体膨胀和驱动涡轮机 生成的机械能在涡轮驱动发电机和压缩机 发电机的输出连接变压器和母线 燃机尾气进入余热锅炉产生蒸汽 驱动汽轮机发电机做功 4 1 2 2余热锅炉本项目共有10台余热锅炉 为高压 辅助燃烧 自然循环余热锅炉 辅助燃烧是放在余热锅炉II级过热器的入口上部 辅助燃烧的下游的平均的废气温度是仅限于约800 C 该余热锅炉汽水系统由省煤器 蒸发器 汽包和过热器组成 给水在省煤器加热大约到沸点进入汽包 水从汽包被送入蒸发器 部分蒸发 产生的水蒸气混合物的回到汽包 进行汽水分离 分离出来的饱和蒸汽送到加热器进一步加热到主蒸汽温度 最后一级减温器控制所需高压蒸汽温度控制 5 1 2 3蒸汽轮机本项目有5台背压式汽轮机 为西门子公司生产 型号为SST6 4000HI30 M2A 蒸汽从余热锅炉流向背压蒸汽涡轮机 乏气送至海水淡化厂或事故冷凝器 汽轮机固定压力模式运行 汽轮机驱动发电机发电 汽轮机只能在相应的燃机 余热锅炉运行时才能启动 在余热锅炉启动阶段 蒸汽是通过高压旁路站流向事故冷凝器 6 1 2 4主要设备参数 7 1 2 5蒸汽机旁路系统本工程蒸汽系统采用母管制 10台余热锅炉产生的蒸汽并入母管中 然后分别进入5台汽轮机中做功 在蒸汽母管高 低压管道锅炉介入点之间 还设有隔离门 每台锅炉都配备100 旁路 开启旁路时 减温减压后的蒸汽汇入旁路蒸汽母管 每台汽轮机凝汽器旁路蒸汽入口管道分别设有液压门 开启后 蒸汽可进入凝汽器 1 2 6化学系统化学分系统主要包括 制水系统和废水处理系统 本厂除盐水水源采用从海水淡化水厂制成的水 8 1 2 7全厂公用系统循环水泵房 海水取水泵房 天然气供应系统 燃油供应系统等 本工程循环水系统水源为doosan水厂 循环水泵是处于doosan的范围内 从doosan出水汇总到一根母管后出水分流到block20 block60 从各个block回水汇总到一根母管后重新回到doosan水厂天然气系统由当地供应 经过天然气调压站供给燃机发电使用 本项目燃油为备用燃料 需要使用时由油泵输送供燃机发电使用 9 1 2 8机组模型 10 1 2 9机组3D图 二 燃气轮机概述第一节 燃气轮机工作原理及工作过程 1 燃气轮机的工作原理燃气轮机是以气体为工质 内燃连续旋转 叶轮式旋转机械 主要有压气机 燃烧室和燃气透平三大主要部件组成 还包括进气过滤系统 盘车装置等辅助设备 基本流程 燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转 将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械 是一种旋转叶轮式热力发动机 燃气轮机的基本原理与蒸汽轮机很相似 不同处在于工质不是蒸汽而是燃料燃烧后的烟气 燃气轮机属于内燃机 所以也叫内燃气轮机 燃气轮机是利用气体作为工质在燃烧室里燃烧 将燃料的化学能转变为气体的内能 在喷嘴里 气体的内能转变为气体的动能 燃气高速喷出 冲击叶轮转动 2 燃气轮机的工作过程压气机 即压缩机 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 燃气轮机由静止起动时 需用启动设备 待加速到能独立运行后 起动机才脱开 3 燃气轮机工作过程的分类燃气轮机的工作过程是最简单的 称为简单循环 此外 还有回热循环和复杂循环 燃气轮机的工质来自大气 最后又排至大气 是开式循环 此外 还有工质被封闭循环使用的闭式循环 例如 燃气 蒸汽混合循环电厂 燃气轮机与其他热机相结合的称为复合循环装置 燃汽轮机整体结构 16 燃机剖面图 空气 燃料 排气 燃料 进气室 进气缸 压气机缸 燃烧室兼压气机缸 透平缸 排气缸 排气室 机会与价值 1 压气机 压气机由转子和气缸构成 13级叶片镶嵌在轮毂型转子上 气缸分为上气缸和下气缸 从空气的流向可以把压气机分为进气缸 压气缸和排气缸 进气缸和进气过滤装置连接 大气端 排气缸和燃烧室相连 透平端 为燃气的燃烧提供充足的空气量 空气过滤装置采用特殊材质制造 对空气进行净化 空气较脏 需要定期对过滤装置清洗 压气机入口导叶调整压气机的进气量 22 在压气机进口装有一个可转导叶 该可转导叶的角度最小34 最大 4 同时为了在点火和低负荷的时候把多余的空气排出来控制燃烧室的空燃比 防止燃料与空气的比率失衡 使得燃烧在最佳状态下进行 在燃烧室的过渡段装有一个透平旁路阀 1 1压气机转子和透平转子 压气机转子透平转子 1 2压气机图片 压气机转子及气缸 1 3压气机入口导叶调节阀 1 4压气机气缸及静叶组 叶片组安装在气缸内部 1 5空气过滤装置示意图 2 燃烧室 燃烧室是燃气轮机能量转化的部件 燃料的化学能转变为热能进入透平空间膨胀做功 最终热能转变为机械能带动发电机转子旋转 燃烧室和透平承担着1000 以上的高温 机组容量不同 燃烧器的数量也不同 PG6581B机组容量42MW 10个燃烧室 PG9171E机组容量125MW 14个燃烧室 不同的机组燃烧室的结构也不同 基本包括火焰筒 联焰管过渡段 燃料喷嘴 低NOX预混燃烧室该燃烧室的构造有以下几个特点 1 喷嘴组采用了预混喷嘴和扩散喷嘴相结合的方式 这是降低NOX的关键 采用这种方法燃烧NOX的排放量大约是20ppm 2 设立了能用最小的燃烧量稳定火焰的值班喷嘴 稳定了燃烧 防止了燃料与空气的比率的失衡 3 使用了能大幅度减少冷却空气的新型冷却壁 4 尾筒装有一个能将空燃比控制在最佳状态的旁路阀 2 19FA燃烧室火焰筒图片 2 2西门子燃机的燃烧器采用多喷嘴预混燃烧器 另外在燃烧器末段装有一个空气旁路阀 干式 低氧化氮筒式燃烧器 2 3SIEMENSV94 2燃烧器燃烧室内部结构 专家在检查燃烧室 2 5F级燃机燃烧室 火焰探测器 2 6燃烧室的过渡段 2 7燃烧室的燃料喷嘴 3 透平 透平是将压气机和燃烧器产生的高温高压燃气热能转变为机械能的设备 透平由转子和气缸组成 透平转子一般是3 5级 容量越大的机组转子的级数越多 气缸分为上气缸和下气缸 气缸的内部圆周上安装静止叶片 气缸上的静叶片组分别和转子的动叶组构成一级 3 1静叶 静叶持环 3 2动叶透平叶片采用最新的冷却技术和高强度翼材料 并采用了三维气动设计 增强了透平叶片的冷却效果 3 3转子压气机转子和透平转子铸成一体 三 燃气轮机的系统 启动和盘车系统润滑油系统控制油系统燃料系统注水系统危险气体检测系统雾化空气系统冷却和密封系统消防系统通风照明系统压气机清洗系统油雾分离及重油处理系统清洗空气压缩机仪用空气压缩机 1 启动和盘车系统 启动系统是区别于火电机组的重要特征之一 为燃气轮机机组启动提供动力 一般都采用起动机启动的方式 电动机启动 压缩空气或者柴油机启动 发电机变频启动 在燃机点火达到自持转速时 启动系统自动脱开 此外 起动装置还可以 冷拖 机组 对机组进行高速盘车 盘车装置是机组在启动前或停机后使转子转动 防止转子的弯曲变形 燃机从静止状态完成启动盘车或燃机从静止状态 盘车状态启动燃机至并网运行都需要启动系统来完成 燃气轮机主要由压气机 燃烧室和透平三大部件组成 压气机需要从外部输入机械功才能把空气压缩到一定的压力供入燃烧室 透平则用高温高压的燃气做工质将其热能转变为机械能从而对外输出机械功 在正常运行时 压气机是由燃气透平来驱动的 一般讲 透平功率的2 3要用来拖动压气机 其余的1 3功率作为输出功率 这样存在一个问题 在启动过程中点火之前和点火之后透平发出的功率小于压气机所需要的功率这一段时间内 必须由燃气轮机主机外部的动力来拖动机组的转子 换言之 燃气轮机的启动必须采用外部动力设备 在启动之后 燃机自持转速之后 再把外部动力设备脱开 我们把启动燃气轮机的外部动力设备称之为启动系统 启动用的外部动力设备一般有两种 柴油机和电动机 9E燃机的启动设备为电动机 电机启动 启动系统的第二个作用是作为停机后的冷机盘车设备 冷机盘车的目的是停机后使主机转子均匀地冷却 不使转子地主轴因受热 或冷却 不均匀而产生弯曲 以致再次启动时产生强烈地振动而使机组受到损害 2 润滑油系统 润滑油系统是任何一台燃气轮机中必备的一个重要的工作系统 它的作用是 在机组的启动 正常运行以及停机过程中 向正在运行中的燃气轮发电机组的各个轴承 传动装置及其附属设备 供应数量充足的 温度和压力合适的干净的润滑油 以确保机组安全可靠地运行 防止发生轴承烧毁 转子轴颈过热弯曲 高速齿轮法兰变形等事故 燃机的润滑油系统是一个加压的强制循环系统 该系统的组成有 滑油箱 滑油泵 冷油器 滑油滤 阀门及各种控制和保护装置 为燃机各润滑部件提供压力 温度 流量等满足要求的正常润滑 吸收燃机运行时轴瓦及各润滑部件所产生的热量 对燃机的主要润滑部件有燃机的三各轴承 发电机的两个轴承 辅助齿轮箱等 滑油系统还为启动液力变扭器提供工作油及冷却润滑用油 另外 一部分滑油分支经进一步增压及过滤后 作为燃机控制用油 发电机端滑油母管上还有一分支去发电机顶轴油系统 3 控制油系统 控制油系统亦称遮断油系统 它是燃气轮机基本的控制和保护系统 它连接于燃气轮机控制盘和燃气轮机部件之间 用来控制供给和切断机组的燃料 来自机组润滑油系统的遮断油起着遮断的作用 燃机非正常停机和危急停机 同时使液压信号传递给燃料截止阀 实行正常的起动和停机 当遮断油管路里的油被切断 泄油 时 液体燃料截止阀或气体燃料速比截止阀通过弹簧的返回力关阀 4 燃料系统 燃气轮机即可以使用气体作燃料 也可以使用液体作燃料 不同的机组有不同的要求 本机组具备使用双燃料的功能 既可以燃用气体燃料 也可以燃用液体燃料 但液体燃料即可使用轻柴油 也可以使用重油 在运行工程中可以根据实际情况的需要进行燃料切换 主要讲解气体燃料 由用户提供的气体燃料进入机组气体燃料系统时 首先经过气体燃料滤清器 其作用是用来滤除气体燃料中夹带的大块的杂质 滤清器可以水平安装 也可垂直安装 但排污口必须向下 滤清器必须定期排污 并取出滤芯进行清洗 气体燃料组合阀是气体燃料系统中最关键的一个部件 组合阀系由两个独立的阀 速比阀和控制阀 组成 气体燃料首先经过速比阀SRV 然后再经过控制阀GCV去燃烧室 燃料系统控制画面流程 49 燃气流量计 50 过滤分离器 5 危险气体检测系统 为防止气体燃料小室和轮机间出现过量的气体燃料泄漏 设置了危险气体检测系统 该系统分探头和检测仪两部分 其中探头共安装在轮机间和气体燃料小室内 检测仪安装在控制室内 当轮机间或气体燃料小室的危险气体的浓度达到规定的设定值时 检测仪的报警继电器触发MKV控制盘 MKV发出报警信息 提醒操作人员采取措施 6 雾化空气系统 雾化空气主要用于燃烧液体燃料时将燃料雾化 在机组燃用液体燃料时 为使燃烧的更完全 需使燃料雾化得更好 为此 通入一股高压旋转的空气 进一步打碎液体燃料的微小颗粒 使其充分雾化 从压气机排气引来的空气 首先进入雾化空气前冷器 将雾化空气压缩机前的空气降温 达到适合雾化空气压缩机的入口所要求的温度 从前冷器出来的空气进入雾化空气压缩机 使空气得以压缩 然后由雾化空气总管至各支管 最终进入燃料喷嘴 7 冷却和密封系统 燃气轮机组有许多高温部件 这些零件在高温下长期工作 必然会对其寿命有着很大的不利影响 为延长使用寿命 改善工作条件 减少热应力 热变形 使燃气轮机组能长期稳定工作 对机组采取冷却措施是非常必要的 机组的冷却密封便是对主要的高温零部件进行空气冷却 对轴承采取空气密封冷却 为保证高温部件温度连续的工作 从压气机某级抽气对透平喷嘴和其它高温部件进行冷却 密封 在机组正常运行时 从压气机某级级抽气槽道中抽出的空气 经管道引至机组的1号轴承和2号轴承的油封处 用以封住滑油而不致外漏 空气可通过排油管道随排油进入油箱 最后可从排气管排入大气 54 7 1 燃机透平冷却空气系统 压气机5级抽气冷却透平第四级静叶 11级抽气冷却 2级透平静叶 8级抽气冷却三级透平静叶 而一级静叶则由压气机出口排汽来冷却 型燃机的 1级静叶的冷却方式有气膜冷却 冲击喷流冷却 尖头喷流冷却 销片冷却四种方式 1级动叶则有气膜冷却 回流冷却 尖头喷流冷却 销片冷却四种方式 静叶冷却 Comp 11Bleed Comp 8Bleed Comp 5Bleed 56 透平冷却空气由压气机出口抽气过来 经过一冷却器 将热量传递给气体燃料加热器后降温 再经透平冷却空气滤网到专门设立的转子冷却母管后到各级动叶内部冷却通道 透平 1 2 3级动叶内部设有冷却通道 4级则未设 燃机的动叶冷却空气从压气机出口抽出来后还经过了一个冷却器 所以冷却空气的温度较低 通过这么一个冷却交换的方法 动叶冷却温度降到了200 这使的动叶的材质可采用普通的材质 7 2动静叶和转子冷却方法 动静叶和转子冷却方法 转子冷却空气冷却器 转子冷却空气冷却器 转子冷却空气过滤器 转子和动叶 压气机出口 动叶和转子冷却 F级燃机第一级动静叶冷却结构 透平第一级静叶 透平第一级动叶 F型的燃机一级动叶内部冷却通道采用的是弯曲型的通道 最新的还有在叶片表面添加涂层的技术 大大加强了叶片的冷却效果 另外叶片的材料也不断的发展 现在F型燃机的透平一级静叶采用的MGA2400 NI基合金 一级动叶采用的则是MGA1400 DS Ni基合金 高温涂层技术在叶片表面涂上一层高效的遮热涂料 这种材料传热效果差 能使温度传到叶片表面下降60到80度 透平第一级动叶 透平第一级动静叶内部结构 8 消防系统 任务 消防系统是燃气轮机机组的一个重要保护装置 一旦机仓室内发生火灾 该装置立即自动灭火 一旦机仓室内发生火灾 该装置立即释放二氧化碳气体 同时关闭仓室的通风口 在初放系统释放后30s内使仓室内二氧化碳容积浓度达到34 即为灭火浓度 为防止暴露在高温金属中的可燃性物质在火灾扑灭后再次复燃 补放系统可保持灭火浓度的时间不少于40min 灭火方式 自动灭火 应急电动灭火 应急手动灭火 灭火装置包括 灭火装置箱体 二氧化碳贮液瓶及瓶头阀 启动装置 启动管道 集流管 安全泄气阀 液流单向阀 压力开关 灭火剂管道 喷嘴 火灾探测器 报警灭火控制器 声光报警器 手动控制盒等 9 通风和照明系统 通风 在轮机间罩顶上装有罩壳通风机 机组启动点火后 此风机自动投入 将轮机间的热空气抽到罩壳外使轮机间形成负压 这样外界的新鲜空气通过辅机间和轮机间的通风窗进入轮机间 加速轮机间内空气对流 从而降低轮机间正常运行时的空间温度 并使可燃性气体混合物不易形成 气体燃料小室采用强制通风 外部空气由罩壳门的底部百叶窗吸入 然后由顶部抽风机排出小室 这样可尽量降低小室内可燃气体的浓度 对于负荷齿轮箱装有罩壳的机组 齿轮箱罩壳顶部装有1台通风机 将室内的热空气抽出 达到通风散热的目的 照明 辅机间 负荷齿轮箱间及发电机间均装有交流220V及直流120V照明灯 正常运行或维修时交流照明灯工作 直流照明灯备用 当机组用交流电源发生故障时 直流照明灯自动投入 10