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天然气发电技术报告 发电原理介绍 发电的实质 能量转换 燃烧产生的内能 工质的机械能 发电机转子的机械能 电能 天然气发电和煤发电的比较 燃煤电厂生产工艺流程 天然气发电原理介绍 天然气发电的流程和使用的设备与燃煤电厂不同 天然气发电生产流程为 燃气轮机排气温度可高达430 通过废热锅炉产生的蒸汽既进一步用来发电 也可用来供热 燃气 蒸汽联合循环电厂的热效率则高达60 天然气发电原理介绍 蒸汽轮机 蒸汽轮机是以水蒸气为工质 将热能转变为机械能的外燃高速旋转式原动机 使用寿命长 运转平稳 单机功率大 汽轮机的特点 天然气发电原理介绍 汽轮机本体调节保安油系统辅助设备及热力系统 汽轮机本体 汽轮机转动部分 汽轮机静止部分 汽轮机设备及系统包括 汽轮机构成 天然气发电原理介绍 调节保安油系统主要包括 调节汽阀调速器调速传动机构主油泵油箱安全保护装置 天然气发电原理介绍 辅助设备主要包括 凝汽器抽气器高低压加热器除氧器给水泵凝结水泵凝升泵循环水泵 天然气发电原理介绍 天然气发电原理介绍 汽轮机的分类 一 按工作原理分类 冲动式汽轮机 主要由冲动级组成 蒸汽主要在喷嘴叶栅中膨胀 在动叶栅中只有少量膨胀 反动式汽轮机 主要由反动级组成 蒸汽在喷嘴叶栅和动叶栅中都进行膨胀 且膨胀程度相同 天然气发电原理介绍 二 按热力特性分类 凝汽式汽轮机 蒸汽在汽轮机中膨胀作功后 进入高度真空状态下的凝汽器 凝结成水 背压式汽轮机 排汽压力高于大气压力 直接用于供热 无凝汽器 天然气发电原理介绍 调整抽汽式汽轮机 从汽轮机中间某几级后抽出一定参数一定流量的蒸汽对外供热 其排汽仍排入凝汽器 中间再热式汽轮机 蒸汽在汽轮机内膨胀作功过程中被引出 再次加热后返回汽轮机继续膨胀作功 天然气发电原理介绍 三 按主蒸汽参数分类 低压汽轮机 主蒸汽压力小于1 47MPa中压汽轮机 主蒸汽压力为1 96 3 92MPa高压汽轮机 主蒸汽压力为5 88 9 8MPa超高压汽轮机 主蒸汽压力为11 77 13 93MPa亚临界压力汽轮机 主蒸汽压力为15 69 17 65MPa超临界压力汽轮机 主蒸汽压力大于22 15MP超超临界压力汽轮机 主蒸汽压力大于32MP 汽轮机在电厂中的作用 蒸汽轮机的作用 蒸汽轮机 蒸汽轮机是用来驱动发电机生产电能的 蒸汽轮机与发电机的组合称为蒸汽轮发电机组 汽轮机车间 蒸汽轮机发电机组 蒸汽轮机发电机组 我国蒸汽轮机发电机组的技术参数表 效率低 燃气轮机发电机组 燃气轮机 燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转 将燃料的能量转为有用功的内燃式动力机械 主体构成 压气机 燃烧室 燃气透平 燃气轮机工作原理 四个工作过程 1 压气机的压缩过程 2 燃烧室中的燃烧加热过程 3 透平中的膨胀做功过程 4 大气中的自然放热过程 天然气发电原理介绍 发电用燃气轮机的分类 按结构形式分 工业型 也称为重型燃气轮机 航机改装型 也称为轻型燃气轮机 工业型 航改型 燃气轮机 燃气轮机的特点 与内燃机相比 优点单机功率较大重量轻 体积小 启动快 排气污染小 缺点制造成本高 与汽轮机相比 优点装置简单 紧楱 重量轻 体积小 启动快 带负荷快 不需大量冷却水 缺点单机功率较小 运行寿命短 某些典型的燃气轮机发电机组的性能参数 调峰机组 电网负荷 天然气联合循环发电 蒸汽轮机和燃气轮机发电机组的供电效率都已达到40 如何进一步提高发电机组的效率 思路 热力循环的热效率只取决于其吸热平均温度T1和放热平均温度T2 利用简单燃气轮机循环吸热平均温度高和纯蒸汽轮机循环放热平均温度低的特点 燃气轮机的燃气初温高达1200 1500 排气温度高达500 先进的蒸汽轮机 排汽温度只有几十度 锅炉的排烟温度一般只有110 200 天然气联合循环发电 天然气联合循环 形式 单轴联合循环多轴联合循环组成 燃气轮机及发电机与余热锅炉 蒸汽轮机共同组成的循环系统 它利用余热锅炉回收燃机排气的部分热能 产生蒸汽以推动蒸汽轮机发电 或将部分发电作功后的乏气再用于供热 最高效率 58 5 用途 发电或热电联产 某些联合循环发电机组的性能参数 效率高 天然气发电原理介绍 天然气联合循环发电工艺流程图 天然气联合循环的分类 天然气联合循环系统 烧液 气 体燃料 无补燃型余热锅炉系统方案 有补燃的余热锅炉系统方案 增压锅炉型系统方案 烧煤 整体煤气化联合循环 IGCC 增压流化床燃烧型的联合系统 PFBC 常压流化床燃烧型的联合系统 PFBC 烧油或烧天然气 燃煤的联合循环发电系统 由于烧煤型联合循环发电系统受投资及技术的限制 目前尚不能被广泛的应用 IGCC发电系统示意图 燃液 气 联合循环系统 B G G 天然气 空气 燃气轮机 蒸汽轮机 余热锅炉型燃气 蒸汽联合循环 余热锅炉 无补燃型方案 有补燃型方案 补燃 余热锅炉 1 高压烟气入口及不锈钢烟道2 高压过热器3 再热器4 天然气及柴油补燃器和过滤装置5 高压锅炉区及降水线6 高压汽包7 一氧化碳转换器及催化剂减量装置8 中压过热器9 高压降压区10 中压锅炉区及降水管11 中压降压区12 低压锅炉部分及降水管 13 烟气冷凝器 给水预热器 14 中压汽包15 低压汽包 内设与集水器相连装置 16 集水器17 烟囱18 操作平台及楼梯 燃液 气 联合循环系统 热功转换效率高 基本投资费用低 结构简单 锅炉和厂房都很小 运行可靠性高 现已能做到90 98 的运行可用率 起动快 大约在18 20min内便能使联合循环发出2 3的功率 80min内发出全部功率 无补燃型天然气联合循环的主要优点 燃液 气 联合循环系统 装置的尺寸小 占地少 投资低 运行机动性好 部分负荷工况下装置热效率比较高 在余热锅炉中可以烧煤或其他劣质燃料 蒸汽参数不受燃气轮机排气温度的限制 可以采用效率较高的蒸汽轮机底循环与之匹配 机组的总功率较大 有补燃型联合循环的主要优点是 燃液 气 联合循环系统 增压燃烧锅炉联合循环 燃液 气 联合循环系统 优点由于在增压条件下 锅炉内的传热系数提高得很多 因而增压锅炉的体积要比常压炉小很多 可以采用效率很高的蒸汽轮机底循环与之匹配 增压燃烧锅炉联合循环 缺点增压锅炉本身就是一个很大的耐压容器 造价很昂贵 理论研究表明 当燃气轮机初温低于1250 时 增压锅炉型联合循环的热效率总是大于无补燃的余热锅炉型联合循环的效率 可是由于增压锅炉很昂贵 目前很少应用 天然气发电的优点 效率高 污染轻 耗水量少 起停时间短 便于调峰运行 冷态 36h以上 启动时间不超过180min 温态 10 36h 不超过140min 热态 1 10h 不超过80min 20min可并网 极热态 1h以下 不超过60min 占地面积小 一台60MW燃煤机组占地相当于3台35MW等级的燃气机组用地 单位功率用地可减少40 比投资费用低 为燃煤机的40 70 建设周期短 大型机组18 24个月 管理费用低 运行人员少 运行性能高于燃煤机组 可靠性达99 以上 运行利用率达85 90 总结 主厂房机组布置形式 简单循环燃机电厂的主厂房布置 简单循环主厂房布置 平行布置 直线对称 顺向布置 联合循环燃机电厂的主厂房布置 轴系配置 联合循环发电机组多轴配置布置 轴向排气的燃机机组布置示意图如右图所示 组与组之间宜平行布置 此时余热锅炉与燃气轮机组以同轴线连续布置较妥 轴向排汽燃机机组布置 联合循环发电机组多轴配置布置 联合循环发电机组多轴配置布置 右图为两台燃气轮机布置在同一轴线上 发电机对称布置 两台发电机之间留有抽转子的距离 发电机也可顺列布置 两台余热锅炉的中心线分别与燃气轮机中心线垂直 汽轮机房和集中控制楼位于一台余热锅炉外侧 平行于余热锅炉布置 侧向排汽燃机机组布置 一 联合循环发电机组多轴配置布置 右图和多轴配置的燃机侧向排气时机组纵向布置 一 不同的是是拉开了两台燃气轮机之间的距离 将汽轮机房布置于两台余热锅炉之间 集中控制楼位于汽轮机房的顶端 侧向排汽燃机机组布置 二 联合循环发电机组多轴配置布置 右图为两台侧向排气的燃气轮机平行对称布置 两台余热锅炉处于同一轴线并分别与燃气轮机轴线垂直 在两台燃气轮机与两台余热锅炉构成的H形空间 靠近燃气轮机发电机端布置汽轮机房 侧向排汽燃机机组布置 三 联合循环发电机组单轴配置布置 布置形式 余热锅炉 燃机 发电机 汽轮机 优点 机组安装位置低 汽轮机发生故障时不影响燃机简单循环继续发电 缺点 发电机置于燃气轮机与汽轮机间 当发电机检修需要抽转子时必须横向平移发电机 发电机中置布置 联合循环发电机组单轴配置布置 布置形式 余热锅炉 燃机 汽轮机 发电机 优点 发电机位于机组端部 检修时抽转子比较方便 缺点 1 机组必须布置在较高的运转层上 2 蒸汽系统出现故障时 汽轮机不能停机检修 发电机尾置 联合循环发电机组单轴配置布置 多轴 单轴布置的比较 可轮流检修系统内的燃机 但检修汽轮机时 整套机组都要停运或者只能维持简单循环运行 采用增减运行燃机台数的方法来满足调峰需求 汽轮机始终处于正常工作状态 所以机组可更加快速地增减负合 调峰性能好 运行灵活性 额定工况效率 调峰性能 运行维护 若配置旁通烟囱 燃机可单独运行 因所配汽轮机容量大 故效率较高 多轴配置布置 多轴 单轴布置的比较 需按单元进行检修 采用增减运行单元数的方法来满足调峰需求 汽轮机需时常停机和再起动 所以大幅度调峰性能不太好 运行灵活性 额定工况效率 调峰性能 运行维护 需单元运行 燃机不可单独运行 因所配汽轮机容量小 效率稍低 但对大功率机组 这一缺点并不明显 单轴配置布置 联合循环单轴和多轴的选择 联合循环单轴和多轴的选择应结合具体工程实际 综合考虑资金的筹措 电负荷的性质 现场条件等因素 经过技术经济比较确定 主厂房布置规定 燃机电厂的主厂房布置应适应电力生产的工艺流程要求及按设备型式确定 并做到设备布局和空间利用合理 管线连接短捷 整齐 厂房内部设施布置紧凑 恰当 巡回检查的通道畅通 为燃机电厂的安全运行 检修维护创造良好的条件 主厂房内的空气质量 通风 采光 照明和噪声等应符合现行有关标准的规定 设备布置应采取相应的防护措施 符合防火 防爆 防尘 防潮 防腐 防冻 防噪声等有关要求 主厂房布置规定 主厂房布置应根据燃机电厂总体规划要求 考虑扩建的可能性 联合循环燃机电厂的主设备布置时应进行布置优化 在经济合理的条件下