燃气内燃机、燃气轮机联合循环发电厂及分布式发电手续办理-设备资料汇总.pptx

燃气内燃机、燃气轮机联合循环发电厂及分布式发电手续办理，及设备资料汇总,许传森电话燃气冷热电三联供系统的可研与评估,1.编制可研的目的2.编制方法3.评价体系4.可研中应包含的主要内容5.经济性评价及适宜发展类型,燃气冷热电三联供系统的可研与评估,1.编制可研的目的论证项目建设的可能性论证项目建设的经济性论证项目建设的必要性2.编制方法收集负荷资料负荷分析确定技术方案进行技术经济比较可参照小型热电联产可行性研究报告编制方法及参数与方法进行编制,燃气冷热电三联供系统的可研与评估,2.编制方法收集负荷资料，主要包括以下内容1现状和规划冷热负荷项目的建筑规划和能源规划拟建项目周边的可再生能源的情况分别列出现状和规划建筑中采用集中空调的建筑物的冷热负荷、建筑物性质和一日之内的用能时间户内系统，供回水温度规划建筑物的建设进度蒸汽负荷，蒸汽负荷日及季节变化规律，各时段蒸汽负荷量，使用蒸汽负荷的点是否有稳定的生活热水负荷？用量是多少？采暖制冷期,燃气冷热电三联供系统的可研与评估,2.编制方法收集负荷资料，主要包括以下内容3市政条件现有电力系统介绍，电源情况、几路供电、电压等级现有及规划配电室位置、变压器容量燃气供应情况上、下水供应情况3原材料及能源价格目前从供电局购电价格是否使用自来水、水价燃气价格采暖、制冷单位平米销售价格、蒸汽销售价格4.能源中心的设置拟采用独立机房的方式设置能源中心，可以为地下建筑，能源中心可以设置的区域能源中心如设置在建筑物内的可行性,燃气冷热电三联供系统的可研与评估,2.编制方法负荷分析负荷预测的常用方法：面积指标预测法、逐时系数预测法、计算机辅助模拟分析方法负荷预测的步骤：掌握基本信息。通过与用户进行沟通了解，以确定即将或已建成的建筑物规模和使用性质。重点了解建筑物或建筑群的建筑面积、供热面积、制冷面积以及人员使用情况。确定冷热电设计负荷采用面积指标法或规范中给出的计算公式对设计负荷进行确定。分析负荷特性，绘制逐时负荷变化图利用逐时系数法或其他计算机辅助方法，分析不同建筑的负荷变化规律，找出最大负荷、最小负荷出现的时间以及变化量，并绘制出典型日的逐时负荷变化图。计算年负荷量根据公式计算或图表累计计算冷热电年负荷量，为后面经济分析做准备,燃气冷热电三联供系统的可研与评估,2.编制方法确定技术方案发电机形式的选择运行方式及电力接入系统供能系统的确定余热利用系统的确定,燃气冷热电三联供系统的可研与评估,2.编制方法确定技术方案发电机形式的选择目前用于燃气热、电、冷三联供系统的发电机有燃气轮发电机、燃气内燃发电机、微燃发电机三种形式。燃气轮机：燃气轮机发电机组具有体积小、运行成本低和寿命周期较长（大修周期在6万小时左右）、出口烟气温度较高、氮氧化物排放率低等优点。燃气轮机发电机组发电电压等级高、功率大，供电半径大、适用于用电负荷较大的场所，发电机组输出功率受环境温度影响较大。燃气轮机发电机组余热利用系统简单、高效。燃气轮机发电机组启动时间较燃气内燃发电机组长。燃气轮机发电机组一般需要次高压或高压燃气。燃气轮机发电机组在正常情况下，需要利用市电作为机组的起动电源。在停电起动时需要配备一台小容量的起动用发电机组，启动时间较长。总结来说，燃气轮机的优点是余热利用较简单，环保排放值较低，但缺点是发电机组出力随海拔高度和环境温度的变化量较大，除个别机型外，发电效率较低，进气压力要求较高，单位投资较大。,燃气冷热电三联供系统的可研与评估,2.编制方法确定技术方案燃气内燃机：燃气内燃发电机组突出的优势是发电效率高、环境变化（海拔高度、温度）对发电效率的影响力小、所需燃气压力低、单位造价低，当然也有余热利用较为复杂、氮氧化物排放量略高的缺陷。但燃气内燃发电机组利用在发电产业上，有其它原动机所不及的优点：单机能源转换效率高，发电效率最高可达46%，能源消耗率低。地理环境造成动力输出影响最小，高温、高海拔下可正常运行。发电负载波动适应性强。操作运转技术简单易掌握。可直接利用低压天然气进入燃气内燃发电机组燃烧。总结来说，燃气内燃发电机组优点集中在发电效率高，通常在3040之间，发电效率随负载负荷的影响较小，从100%负荷降到50%负荷时，内燃发电机组的发电效率从40%变化到34%左右，其次是设备集成度高，安装快捷，对于气体中的粉尘要求不高，基本不需要水，设备的单位千瓦造价也比较低，再次，内燃发电机组启动快，0.515min即可完成启动。,燃气冷热电三联供系统的可研与评估,2.编制方法确定技术方案燃气内燃机：但是内燃发电机组也有一些不足的地方：（1）内燃发电机组燃烧低热值燃料时，机组出力明显下降；（2）内燃发电机组需要频繁更换机油和火花塞，消耗材料比较大，也影响到设备的可用性和可靠性两个主要设备利用指标，对设备利用率影响比较大，有时不得不采取增加发电机组台数的办法，来消除利用率低的影响。燃气微燃机燃气微燃机：一般发电量小于200千瓦，适用小容量场所、多机组组合时切换较灵活。具有体积小，发电效率高，噪音小，机房不需消声改造、氮氧化物排放量低等优点。但燃气微燃发电机折合每千瓦发电造价较内燃机要高，所需燃气的进气压力较高。,燃气冷热电三联供系统的可研与评估,2.编制方法确定技术方案性能比较表,燃气冷热电三联供系统的可研与评估,2.编制方法确定技术方案常用的发电机品牌燃气轮机：美国Solar、日本川崎,燃气冷热电三联供系统的可研与评估,燃气冷热电三联供系统的可研与评估,2.编制方法确定技术方案常用的发电机品牌燃气内燃机：颜巴赫、瓦锡兰、道一茨、卡特比勒、康明斯,燃气冷热电三联供系统的可研与评估,2.编制方法确定技术方案发电机组形式确定的原则,燃气冷热电三联供系统的可研与评估,2.编制方法确定技术方案运行方式及电力接入系统发电机与并网运行燃气发电机组独立运行联供系统的电气主接线宜采用单母线或单母线分段接线,燃气冷热电三联供系统的可研与评估,2.编制方法确定技术方案供能系统的确定与项目的用能情况密切相关与运行方式密切相关：以电定热、以热定电、最大满负荷运行小时数等不同模式一般情况下，三联供系统带基本负荷，其他能源方式做为补充初投资高的设备承担基本负荷、设备投资低的设备承担调峰负荷考虑周围的资源情况考虑项目的经济性,燃气冷热电三联供系统的可研与评估,2.编制方法确定技术方案余热利用系统的确定燃气轮机余热燃气轮机是一种以气体为工质的将热能转变为机械能的动力发动机。它主要由进气道、压气机、燃烧室和动力输出机构-尾喷管或动力涡轮以及燃料供给系统、控制调节系统、启动启动组成。其工作原理为：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燃烧成为高温、高压的燃气，燃气在透平中膨胀做功，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。对于燃气轮机来说，其乏气的排气温度在350650，即为可利用的余热，此外，燃气轮机在运行时，润滑油需要冷却，但这部分热量量很小，且出水温度很低，品位低，一般不予以利用。,燃气冷热电三联供系统的可研与评估,2.编制方法确定技术方案余热利用系统的确定燃气内燃机燃气内燃机也是一种以气体为工质的将热能转变为机械能的动力发动机。在内燃机中，燃料在缸内依靠活塞上行压缩的气体着火燃烧，放出大量热能，使可燃混合气（工质）的压力和温度急剧增高，并在缸内膨胀推动活塞做功，膨胀终了的气体，已经为不能在缸内做功的废气，必须将其排出去。内燃机做功，必须具备进气、压缩、燃烧、膨胀和排气五个过程。燃烧所产生的热量只有一部分转化为机械功，使内燃机运转并对外输出做功；另一部分热量被排出的废气带走；还有一部分热量（约占燃烧热量的三分之一）内燃机组件（气缸盖、活塞、气缸套、气门）的冷却水带走。从燃气内燃机的工作原理上可以看出燃气内燃机的排热主要有：发电后的烟气乏气，温度在400550之间，是完全可以利用的；此外还有气缸的冷却水，其温度在80100之间，也可以进行利用；此外还有燃气内燃机的中冷水换热器等的冷却水，其温度在40左右，很难利用。,燃气冷热电三联供系统的可研与评估,2.编制方法确定技术方案余热利用系统的确定主要两种利用形式余热锅炉+蒸汽双效溴化锂吸收式制冷机、汽水热交换器方式烟气型或烟气热水型溴化锂吸收式冷热水机组方式适用范围前者更适用于有较大蒸汽或热水负荷需求的场合。这种工艺尤其适用于有一定蒸汽和热水需求的场合，可以通过调节从余热锅炉出来的进入直燃机的蒸汽量方便的调节负荷分配。后者系统简单且能源利用效率较高，应用日益广泛。直接利用余热的烟气热水型溴化锂吸收式冷热水机组设备制造技术在近年来发展成熟，使得余热利用工艺和设备得以简化。具有工艺简单、占地少的突出优势，而且由于减少了换热环节，采用直接连接系统的热效率更高。与发电机组的连接宜采用单元制连接,燃气轮机发电机、燃气内燃发电机及燃气微燃机发电机可利用余热温度,燃气冷热电三联供系统的可研与评估,2.编制方法确定技术方案余热利用系统的确定燃气微燃机燃气微燃机是微型透平机，是应用了往复式引擎的过给机的量产技术所制造出来的小型透平机，其压缩机和永久磁石式发电机的同轴运转可以达到高速回转（65000100000rpm），另外，交直流变换器（频率变换器）组合起来，它是低成本、高效率的透平机（容量300kW以下）。从其工作原理来看，其发电余热主要是发电后的乏气，排烟温度在350650，是可被利用的余热。,燃气轮机发电机、燃气内燃发电机及燃气微燃机发电机可利用余热温度,燃气冷热电三联供系统的可研与评估,2.编制方法技术经济比较经济分析计算各方案的能耗和收益，计算项目的投资回收期、内部收益率等进行项目的财务分析：包括盈利能力分析、偿债能力分析、财务生存能力分析、盈亏平衡分析、敏感性分析等技术分析,燃气轮机发电机、燃气内燃发电机及燃气微燃机发电机可利用余热温度,燃气冷热电三联供系统的可研与评估,3.评价体系经济评价一般需要和常规用能方式进行比较，常用的有全投资比较和增量投资比较两种方法技术评价可行性先进性：年能源综合利用率是重要评价指标、节能率安全性评价环保评价减排量、节煤量社会评价,燃气轮机发电机、燃气内燃发电机及燃气微燃机发电机可利用余热温度,燃气冷热电三联供系统的可研与评估,4.可研中应包含内容概述项目概述编制范围建设的必要性本项目采用冷热电三联供系统的必要性和有利条件本项目采用冷热电三联供系统的必要性和有利条件能源供应及市政配套现状供电方案天然气供应情况冷热源供应情况其它配套市政负荷分析建筑性质及建筑面积电力负荷预测冷热负荷预测年能耗预测,燃气轮机发电机、燃气内燃发电机及燃气微燃机发电机可利用余热温度,燃气冷热电三联供系统的可研与评估,4.可研中应包含内容三联供系统的设置原则冷、热、电特点与方案要求发电机组选择燃气发电机组运行方式余热利用系统工程方案能源中心的供能范围方案概述方案详述安全性论述消防节能节水环境保护劳动安全,燃气轮机发电机、燃气内燃发电机及燃气微燃机发电机可利用余热温度,燃气冷热电三联供系统的可研与评估,4.可研中应包含内容工业卫生工程实施进度投资估算融资方案财务分析风险分析结论及建议,燃气轮机发电机、燃气内燃发电机及燃气微燃机发电机可利用余热温度,天然气内燃机,发动机简介,凡是把燃料燃烧时所放出的热能转化为机械能的机器都称为热力发动机，简称热机。热机分为内燃机和外燃机。他们都是产生动力的机械，因此称之为动力机或发动机。内燃机的燃料直接在汽缸内燃烧，靠燃气膨胀对外做功。内燃机具有结构紧凑、轻巧、热效率高、燃料和水的消耗少、操作使用简单等特点。同时，他还有结构比较复杂、精密度高、制造费用高、操作维修技能要求高等缺点。,发动机简介,按所使用的燃料-柴油机、汽油机、天然气机。按点火方式不同-压燃式、点燃式。按完成工作循环的冲程数不同-四冲程、二冲程内燃机。按气缸数目不同-单缸、多缸。按气缸排列方式-直排、V型、W型、星型。按冷却方式不同-水冷、风冷。按工作转速不同-高速（1000rpm以上）、中速（6001000rpm）、低速（600rpm以下）。,四冲程内燃机工作原理,一、几个基本概念上止点：活塞顶处在气缸中的最高位置叫上止点。下止点：活塞顶处在气缸中的最低位置叫上止点。冲程：活塞在上下止点之间所走的距离称之为活塞冲程。,四冲程内燃机工作原理,气缸工作容积：在一个气缸内，活塞有上止点移动到下止点所扫过的气缸容积叫做工作容积。多缸内燃机所有气缸工作容积之和，称做内燃机的工作容积，也叫排量。余隙容积：当活塞在上止点时，在活塞顶上方的容积，又称燃烧室容积，用符号VC来表示。压缩比：新鲜空气吸入气缸后充满了整个气缸，也就是占有气缸总容积，经压缩后活塞到上止点时，气体容积缩小为燃烧室容积。压缩前与压缩后体积之比称为压缩比。柴油机=1222，汽油机=59。,四冲程内燃机工作原理,二、发动机的理论工作循环1、吸气冲程：目的是吸入新鲜空气，为燃料燃烧做好准备。活塞从上止点向下运动，进气门被配气机构强行打开，气缸内形成真空，空气通过进气门被吸入气缸。,四冲程内燃机工作原理,2、压缩冲程：目的是提高气缸内空气的压力和温度，为燃烧创造有利的条件。活塞从下止点向上运动，由于进气门被关闭，所以，气缸里的空气被压缩，压力和温度升高。升高的程度与压缩程度相关联。,四冲程内燃机工作原理,3、做功冲程：在活塞运行到上止点之前和以后的一段时间里，燃料在气缸里进行了燃烧，使气缸里的温度和压力更加急剧升高。气缸里高温高压气体的膨胀推动活塞向下运动，直到下止点。,四冲程内燃机工作原理,4、排气冲程：目的是清除气缸里的废气。活塞由下止点向上止点运行，配气机构强行打开排气门，气缸内的废气压力大于外界空气压力，废气通过排气门排出。,四冲程内燃机工作原理,三、内燃机的实际循环过程内燃机的实际工作过程与理论循环的冲程是不同的。每个工作循环都有换气、压缩、燃烧、膨胀过程组成。换气过程包括排气过程和进气过程，为了使废气排放干净和增加新鲜气体的充量，气阀总是提早开启和延迟关闭。压缩过程由于缸壁的传热作用，所以压缩过程是多变过程。压缩中了的压力温度范围：,四冲程内燃机工作原理,柴油机：汽油机：P=30005000kpaP=8502000kpaT=750950KT=600700K膨胀过程：膨胀过程是燃烧生成物所积聚的内能转变为机械能的过程。由于存在漏气、后燃期，所以膨胀过程是十分复杂的，但一般情况下，看作多变过程。,四冲程内燃机工作原理,燃烧过程：天然气发动机的燃烧过程包括着火延迟期、速燃期和后燃期。1.着火延迟期从电火花点火到火焰中心形成的这一段时间称为火焰延迟期，又叫着火落后期。火花塞跳火后，火花塞附近的温度急剧升高，加速了混合气的氧化反应，所放出的热量亦随之增加，这不仅使火花处的混合气温度得到提高，而且加热了邻区的混合气。当参与反应的混合气温度升高到一定程度后，形成火焰中心。这段时间很短，一般只占全部燃烧时间的15%。,四冲程内燃机工作原理,2、速燃期火焰从最初形成的火焰中心传播到最后那部分混合气（或称末端混合气）所经历的时间称为速燃期。火焰中心形成后，火焰面以扭曲和近似球面的形状，以1030m/s的速度，向未燃混合气推进，使混合气层燃烧发光，直至遍及整个燃烧室。这种现象称为火焰传播。在速燃期内气缸容积变化很小，同时又燃烧了大部分混合气，因而工质的压力和温度迅速提高，压力达到最大值，所以它是混合气燃烧过程中最主要最有效的阶段。,四冲程内燃机工作原理,3、后燃期由于混合气中燃料与空气的混合和分布不可能完全均匀，所以在速燃期以后的膨胀过程初期，仍有少量未燃烧的燃料或燃烧不完全的产物继续燃烧和放热。这个时期称为后燃期或补燃期，。后燃期到什么时候结束，则难于明确判断。如进气门打开时，后燃期尚未结束，则将引起汽化器“回火”现象。后燃期放出的热量，会使内燃机温度升高，经济性能降低，所以后燃期是不希望有的，但难以避免。,四冲程内燃机工作原理,四、不正常燃烧现象爆燃前面所述是正常的燃烧情况。正常燃烧的速度为1030m/s。如果在速燃期中，如果离火花塞最远那部分混合气还未等到火焰前锋到达，就已完成化学准备过程而发生自燃，火焰传播速度可达15002000m/s，使未燃的混合气瞬间燃烧完毕，致使局部温度和压力激增而产生冲击波，这种现象称做爆震燃烧，简称爆燃。,四冲程内燃机工作原理,发生爆燃时有下列现象：、由于局部高温，使燃烧产物CO2发生热分解析出游离碳，排气管中可出现黑烟和火星。、由于压力波对缸壁的反复冲击而破坏缸壁上的油膜，使气缸壁传热增强，热损失增大，功率降低，并造成缸盖、活塞等局部高温而破坏。、可在外部听见金属敲击响声，若爆燃时间延长，可造成轴瓦破裂，火花塞绝缘体损坏等故障。发生强烈爆燃时，应立即停车。,四冲程内燃机工作原理,五、内燃机（天然气机）的基本构成天然气发动机是内燃机的一种，它也是将燃料在气缸内部燃烧得到的热能转变为机械能的热力发动机。要实现这种转变，天然气发动机应当具备以下基本组成部分：a）欲得到热能，必须供给一定量的燃料（天然气），所以，必须有燃料系统。它包括：手动球阀、燃料切断阀、调压阀、压力调节阀、安全阀、汽化器等。与汽油机类似，将天然气和空气在燃烧室外混合。,四冲程内燃机工作原理,b）可燃混合气进入气缸压缩后，需要点火花来点燃，所以还要有点火系统。包括火花塞、高压线圈、电源及其他设备，因采取点火方式不同而不同。c）为了将得到的热能转变为机械能，需要通过曲柄连杆机构来完成。主要包括气缸体、曲轴箱、活塞、连杆、曲轴和飞轮等。燃料在气缸中燃烧时，燃气膨胀作用在活塞上的压力借助于连杆转变为曲轴旋转力矩，使曲轴带动工作机械做功。,四冲程内燃机工作原理,d）要连续实现热能到机械能的转变，还要有配气机构来保证定期吸入新鲜空气和排除废气。主要包括：进气门、排气门、凸轮轴及其传动部件等。e）为了减少发动机零件的磨损和保持机件的正常工作温度，还要有润滑系统和冷却系统。润滑系统包括：油泵、过滤器、油道等。冷却系统包括：水泵、散热器、风扇和水套等。f）为了启动发动机，尚需启动装置（启动系统）。有启动马达等。,四冲程内燃机工作原理,曲柄连杆机构、配气机构、燃料系统、点火系统、润滑系统、冷却系统、启动系统称做天然气发动机的两大机构和五大系统。也是天然气发动机的基本组成部分。石油工业出版社出版的廖佩金主编的内燃机是一个很好的参考书。,WAUKESHA发动机外型图,启动系统,一、启动系统的功能内燃机在静止状态下，用外力推动曲轴，使内燃机开始运转的全过程，称做启动。完成启动所需的一套装置称为启动系统。二、启动的方法1、人力启动：摩托车、四轮拖拉机。适用于功率较小的发动机。2、电动机启动：汽车3、压缩气体启动：压气站上的往复式天然气压缩机组上采用。,启动系统,三、气动启动系统示意图（一）,启动系统,三、气动启动系统部件,润滑器工作原理图,继动阀结构,启动系统,燃料系统,天然气发动机的燃料系统就是将进入气缸内的空气和燃料气按照一定的比例进行混合。主要就是把燃料气调整到一定的压力。,燃料系统,点火系统,启动系统,涡轮增压系统,燃气轮机蒸汽联合循环介绍,主要内容,联合循环机组的特点燃气轮机型号燃气电厂的分类和分布西门子燃气轮机的技术特点,燃气轮机,余热锅炉,蒸汽轮机,燃料,空气,给水,蒸汽,燃气蒸汽联合循环生产流程,凝汽器,燃机发电机,汽机发电机,联合循环机组的特点,效率高排放少出力受环境温度影响大可靠性高占地少耗水量少自动化程度高，运行人员少,联合循环机组的特点效率高,350MW级联合循环机组效率可达到58%，比常规机组高出15-18%，折合标煤212g/kwh，比常规1000MW发电煤耗（290300g/kwh左右）低很多。,联合循环机组的特点排放少,最低的环境污染排放。天然气发电，二氧化碳排放量约为燃煤电厂的42%，氮氧化物排放量则不到燃煤电厂的20%，二氧化硫排放几乎为零。可明显减轻日益严重的环保压力。,联合循环机组的特点可靠性高,燃气发电实现：自动、保护投入率100%启停速度快系统相对简单、辅机相对较少，整机可靠性高可真正实现AGC控制,联合循环机组的特点出力和环境温度关系,联合循环机组的特点出力和环境温度关系,环境温度升高时，空气密度减小，燃气轮机的吸气容积流量基本恒定，所以，环境温度升高，必然导致燃气轮机质量流量减小，出力下降。燃气轮机中压气机的耗功是随环境温度的升高而增大的，而透平的膨胀功并不随环境温度升高而增大，所以，环境温度升高时，燃气轮机的效率必然下降。,联合循环机组的特点占地少,与同容量火电厂相比，联合循环电厂占地面积只有火电厂的30-40%，建筑面积也只有火电厂的20%。,联合循环机组的特点耗水量少,燃气轮机不需要大量冷却水，单循环机组只需火电厂2%10%，联合循环机组只需同容量火电厂的1/3左右。,联合循环机组的特点自动程度高，运行人员少,联合循环电厂采用先进的集散式控制系统，控制人员可以大大减少，一般只有同容量火电厂人员的20%25%。,燃机和联合循环机组型号,主要燃机厂家美国GE/哈尔滨电气日本三菱/东方电气德国SIEMENS/上海电气法国ALSTOM（无转让）通过以市场换技术，国外燃机厂家已经将制造技术分别转让给国内三大动力集团关键部件在国内的合资厂生产,燃机和联合循环机组型号,燃机种类重型：工业用、大型，一般出力在4万kW以上。轻型：航空改型、小型，一般出力在4万kW以下。频率：50HZ、60HZ,燃机和联合循环机组型号,美国GE燃机型号：LM6000（轻型）、PG9171FA（重型）PG6541B6BPG6101FA6FAPG7111EA7E（60HZ）PG9171E9EPG9351FA9FA，9FB9H,燃机和联合循环机组型号,1=PG箱装式发电设备(PackageGeneration)；2=系列号，3、5、6、7、93=输出功率，以英制马力为单位的近似值4=轴的数量，单轴或双轴5=型号，B、E、F、G、H等,燃机和联合循环机组型号,联合循环机组型号（GE）S109FAS：STAG-STeamAndGas字首1燃气轮机的台数0没有意义9燃气轮机系列号FA燃气轮机型号,燃机和联合循环机组型号,S209E2台9E燃机组成的联合循环一般1套9E组成的联合循环机组出力约180MW左右。2S109FA2套9FA组成的联合循环，每套1台燃机一般1套9F组成的联合循环机组出力约400MW左右。,燃机和联合循环机组型号,德国SIEMENS/上海电气燃机型号SGT5-2000E、SGT5-4000FSGT表示SiemensGasTurbine2000E、4000F相当于GE的9E、9F系列联合循环机组型号SCC5-4000FCC表示联合循环表示1套9F系列燃机组成的联合循环机组,燃机和联合循环机组型号,燃机和联合循环机组型号,日本三菱（MHI）/东方燃机型号D、F、G、HM501D、M701F、M701H联合循环机组2M701F2台燃机,9F系列燃机及联合循环出力,燃机和联合循环机组型号,常规燃机（第二代）单循环出力为150MW等级、燃烧温度低于1205，也即“E”级及以下燃机先进的燃机（第二代）单循环出力为250MW等级、燃烧温度约1315，也即“F”级燃机最新型燃机（第三代）单循环出力为300MW等级、燃烧温度约1425，也即“G”或“H”级燃机,燃机和联合循环机组型号,最新型燃机GE公司的9001H型（有定货）西门子公司的SGT5-8000H型（开发成功）三菱公司的M701G型（10几台运行）没有转让国内,最新型燃机介绍,GE公司MS9001H燃气轮机,第1台MS9001H燃气轮机与1台汽轮机组成的S109H联合循环电站额定功率为480MW,热效率60%，NOx排放浓度25ppm，于2003年9月正式投入商业运行。H型燃气轮机的压气机压比为23，空气流量为685kg/s.压气机的进口导叶(IGV)和前4级静叶(VSV)均可调，以控制空气流量，适应环境温度的变化和不同运行工况的要求。,GE公司MS9001H燃气轮机,4级轴流透平气缸采用蒸汽冷却，前2级采用闭式循环蒸汽冷却，第3级为空气冷却，第4级无冷却。闭式蒸汽冷却替代了叶片燃气通道侧的气膜冷却，加大了叶片壁中的温度梯度。这种冷却方法使叶片材料中产生更高的热应力，所以第1级透平叶片使用单晶超级合金材料，并涂以陶瓷隔热涂层。,GE公司MS9001H燃气轮机,常规的燃气轮机中，用压气机排气冷却第1级喷嘴。经过第1级喷嘴后，燃气温度将下降155K；而H级机组中，经过第1级喷嘴后，燃气的温降小于4K，从而使转子进口燃气温度达到1400等级，比F级机组提高100K，但燃烧室中的燃烧温度并未提高，保证机组的NOx排放水平不提高。,西门子公司SGT-8000H燃气轮机,2007年冬季第一次点火，并准备于2008年开始进行简单循环运行鉴定。它是完全用空气冷却的机组，也是世界上最大的完全空气冷却的燃气轮机。13级轴流式压气机，压比19，进口导叶和前3级静叶可调，确保机组部分负荷运行时具有高的效率，易于启动。,西门子公司SGT-8000H燃气轮机,4级轴流透平，前3级均采用空气冷却，第4级无冷却，转子前燃气温度1427。第1级动静叶采用单晶超合金材料并涂以耐热涂层，已具有承受近1500高温的能力；第2级叶片上涂敷了热障涂层。由SGT-8000H机组组成的联合循环的额定净输出功率超过530MW，效率超过60%。,三菱重工-G系列燃气轮机,三菱重工(MHI)的G系列燃气轮机用于60Hz的是501G机型,用于50Hz的是701G机型。MHI的G型机相对于F型机来说，透平进口温度从1400级提高到了1500级。701G2（燃机输出功率334MW）效率39.5，联合循环功率489.MW，效率58.7。,三菱重工-G系列燃气轮机,701G2型压气机分别为14级，压比21,空气流量738kg/s，保持原来25x10-6的NOx排放水平。4级透平，第1级和第2级动叶采用定向凝固浇铸法制造。透平采用空气冷却。,燃气电厂的分类,简单循环只有燃机和旁路烟囱联合循环包括燃气轮机、蒸汽轮机、余热锅炉、发电机等,燃机电厂的布置方式,布置方式单轴：燃机、汽机、发电机在同一根轴上多轴：燃机、汽机和发电机不在同一根轴上一拖一：1台燃机拖动1台汽机二拖一：2台燃机拖动1台汽机,GT,G,HRSG,G,GT,HRSG,ST,G,二拖一多轴联合循环机组,二拖一多轴联合循环机组效果图,GT,HRSG,ST,G,HRSG,GT,G,ST,一拖一单轴联合循环机组,GE,三菱,SIMENS，ALSTOM,一拖一联合循环电厂示意图,造价及成本情况,机组越大，单位投资越小对9E系列，3600元/千瓦左右对9F系列，3400元/千瓦左右对9E系列，每立方米天然气发4度对9F系列，每立方米天然气发5度,西气东输天然气管线及电厂分布,公司气源管道,燃气电厂的分布-GE,燃气电厂的分布-三菱,燃气电厂的分布-西门子,燃气轮机主要辅助设备及系统,燃气轮机压气机燃烧器（室）、透平燃机进气系统冷却和密封系统,燃机罩壳消防系统燃料模块燃机控制系统润滑油、顶轴油系统燃机液压油系统,V943A燃气轮机概况,V94.3A燃气轮机的设计基于西门子可靠的V94.2机型，V942坚固耐用的特性已通过200多台机的7万次启动和400多万运行小时得到验证。V943A燃气轮机从1997年英格兰的首台机组开始，已安装（72）200多台，总运行小时数为1546000当量运行小时.中国首台V943A燃气轮机2005年安装于上海石洞口电厂。,V94.3A燃机结构,V94.3A燃机结构,天然气管道排气管道冷却空气管道,V943A燃气轮机主要设计特点,V943A燃气轮机,V943A燃气轮机-质量流量,V943A燃气轮机主要设计特点,与发电机连接方式：采用冷端驱动通过3S离合器与蒸汽轮机连接,HRSG,GT,G,ST,SIMENSV94.3A,西门子单轴方案,西门子采用SSS离合器的单轴方案-优点:,当汽轮机发生故障或检修时，燃气轮机可以作单循环运行，增加了运行灵活性。启动快,启动机耗功少；不需要大容量的辅助锅在启动时为汽机提供冷却蒸气。冷凝器在运转层，减少土建工期与费用。,V94.3A-轴系布置示意图,SSS离合器,A：爪B：离合器齿C：滑动部件D：花键E：输入轴F：输出环G：棘轮齿,SSS离合器-工作原理,当输入轴E转动起来，滑块C会随着它转动直到一个棘轮齿G会接触到输出离合器环（F）上面的爪（A）的一端来阻止滑块的转动超过输出离合器环。,SSS离合器-工作原理,当输入轴连续地转动，滑块会沿着输入轴的花键轴向移动。当棘轮齿与爪端接触，离合器啮合齿会精确地对中准备内啮合并且将沿直线光滑地滑动。随着滑块与输入轴啮合，爪会和棘轮齿脱离连接来允许棘轮齿进入侧面连接。,SSS离合器-工作原理,当滑块通过连接输入轴的终端来完成其移动，此时，离合器齿完全啮合而爪不承受任何负载，来自输入轴的驱动力矩才被传输。,V94.3A燃气轮机-转子,V94.3A燃气轮机-转子,转子将压气机和透平段连接在单个轴上，并支撑在两端的轴承上。转子由前后轴头、一个中空段以及19组轮盘以及起联接作用的中心螺栓组成。空心轴和轮盘用一个中心拉杆拉紧在一起。轮盘与轮盘之间通过端面齿对中，在机组正常工作时通过端面齿来传递扭矩.,V94.3A燃气轮机-转子,V943A机组轮盘通过端面齿可以单个轮盘自由膨胀，同时通过中心拉杆可以保证转子的中心度相同，从而有效地避免了各级轮盘胀差对转子变形的影响。各级叶片可以轴向拆卸安装，由于气缸均为中分面结构，所以在进行叶片检修时可以不必将转子吊出，而直接开缸对叶片进行检查与调换。,V94.3A燃气轮机-转子,特点(1)叶轮之间通过端面齿啮合(2)叶轮之间通过中心拉杆轴向固紧(3)轮盘通过端面齿可以单个轮盘自由膨胀(4)各级叶片轴向拆卸安装比较方便,V94.3A燃气轮机-转子,设计优势：转动平稳：重量轻、高刚度的设计特点使转子可以满足快速启动的要求在任何运行条件下各级轮盘均可以单独自由膨胀在第一次完成动平衡后在检修期间拆装轮盘后不用再做动平衡,V94.3A燃气轮机-转子,最佳的透平冷却空气抽取方式：冷却空气取自压气机不同的最佳压力级，经过紧固螺栓与叶轮之间的间隙而进入透平段，冷却空气通过轮盘或持环上的孔通入各级动静叶片，已达到冷却叶片的目的,V94.3A燃气轮机-转子,V94.3A燃气轮机-转子,快速启动：由于转子采用中空设计，重量轻，利用发电机作为启动的电动机，可使其在6分钟内达到额定转速。,V94.3A燃气轮机-压气机,型式：轴流式额定转速：3000r/min叶片级数：15级压气机压比：17进口导叶：可调,V94.3A燃气轮机-压气机,原理：气体从进口流入压气机，经收缩器时流速得到初步提高，进口导叶使气流改为轴向，同时还起扩压管的作用，使压力有所提高。转子在外力作用下作高速转动，装在转子上的动叶片推动气流，使气流获得很高的流速。高速气流进入导叶，气流动能降低而压力升高，相邻导叶叶片间的通道相当于一个扩压管。气体流经每一级连续进行类似的过程，使气体压力逐渐升高。,压气机静态压力分布,V94.3A燃气轮机-压气机,V94.3A燃气轮机-压气机,1.IGV系统2.防喘放气系统3.进气系统4.水洗系统,压气机进气可调导叶（IGV）,通常在压气机第一级动叶前还有一列静止固定的叶片，称为进口导流叶片（inletguidevane，简称IGV），用来控制进入第一级动叶前的气流方向。压气机进口导叶控制就是当机组启停或调整负荷时，通过调节IGV叶片角度的变化，限制进入压气机的空气流量，从而达到保护机组安全运行、提高运行效率的目的。,压气机进气可调导叶（IGV）,可调进口导叶片的两端面装有销子，以插入内环和外环。叶片与内环接触的一端起到定位旋转的作用，与外环接触的一端，在液压传动机构的驱动下，外环绕气缸周向转动，带动叶片进行旋转，从而达到调节叶片角度的目的。,压气机进气可调导叶（IGV）,通过调整这个进口导叶的角度来调整气流通过压气机进入透平的压缩空气量。当进口导叶片打开时，通过燃机的空气量增加，关闭时则减少。在相同量的燃料供给的情况下，当叶片角度开大时透平出口温度下降，反之亦然。如果燃料和空气量同时增大或减少，透平的出口温度将产生处在一个稳定出口温度。,压气机进气可调导叶（IGV）,IGV系统的作用：1、在燃机启动，停机过程低转速过程中,起到防止压气机发生喘振的作用。2、IGV的温控作用，当燃机用于联合循环部分负荷运行时,通过关小IGV的角度,减小进气流量,使燃机的排烟温度保持在较高水平,以提高联合循环装置的总体热效率。3、机组启动时，关闭IGV，压气机进气流量减小，使机组的启动力矩减小，减小启动过程中压气机的功耗，有利于减小启动装置的配置功率。在启动功率不变的情况下，可以缩短启动加速的时间。,压气机-旋转失速,一个或多个低速气流区以小于压气机转速的速度向压气机旋转方向作旋转运动，这种非稳定工况被称为旋转失速低速气流区的生成：压气机在一定转速下运行时，由于某种原因而出现流量增大或减小，产生负冲角和正冲角，气流就会在叶背（吸力面）或叶盆（压力面）处分离。,压气机-旋转失速,压气机-旋转失速,叶背分离,压气机喘振,压气机喘振的定义,压气机沿气流运行方向具有正向压力梯度，当流量减少，叶背气流严重失速时，可能堵塞压气机通道，下游的高压气体会产生倒流而使压气机正向压力梯度消失，这时气流在叶片的作用下又会沿正方向流动，但流量过小，失速区又会迅速扩大而产生堵塞，导致下游气体再度倒流。如此反复，就产生了气流剧烈的轴向振荡，这就是喘振,喘振的产生过程,流量减少,旋转失速,流量继续减少,叶背气流严重失速,堵塞压气机通道,下游的高压气体会产生倒流,正向压力梯度消失,叶片作用,气流又沿正方向流动,流量过小，失速区又会迅速扩大而产生堵塞,下游气体再度倒流,轴向振荡喘振,反复,压气机放气机构防喘原理示意图,当压气机工作转速小于设计值时，首级将发生旋转失速，并可能导致喘振；当压气机工作转速大于设计值时，末级将发生旋转失速，并可能导致喘振。,压气机喘振的主要特征,音调低而沉闷；非常强烈的机械振动；转速不稳定；推力突然下降并大幅波动。压气机出口总压和流量大幅度波动,压气机的防喘措施,从压气机中间级放气可调进口导流叶片和静叶片分轴压气机指导思想：通过减小非设计工况的冲角变化来保持压气机工作的稳定性,压气机-进气系统,压气机-进气系统,压气机-进气系统,压气机-进气系统,压气机-水洗系统,由于工作环境的影响，工作一段时问后，在叶片表面会形成积垢，当积垢达到一定程度时不但会严重影响叶片的寿命，还将对压气机的效率产生不利影响，因此无论是SIEMENS，还是GE、三菱的机组均配置了水洗设备，定期对压气机叶片进行清洗。,压气机-水洗系统,分类在线水洗离线水洗,压气机-水洗系统,压气机离线水洗,要求：(1)燃机停运后盘车6h，使燃机各部件进行充分地冷却；(2)使用德国生产的爱尔克令清洗液，按照1：10的比例配好约500L清洗液；(3)全开燃机IGV进气导叶，全开进气挡板和锅炉烟囱挡板，利于清洗液更好地到达压气机后几级叶片；(4)启动燃气轮机水洗程序，升速至300rmin时喷入清洗液。当燃机转速降至低于800rmin时停止喷人清洗液。并打开压气机和透平底部排污阀进行排污。此过程反复操作两次；,压气机离线水洗,(5)对叶片浸泡一段时间后进行漂洗程序；(6)采用与水洗液清洗同样的操作，用除盐水对压气机叶片漂洗三次；(7)漂洗结束后，开启各排污阀至无水流出，启动机组进行干燥；(8)启动燃机至全速，根据电网要求带负荷(在30的基本负荷停留一段时间进行烘干)或者全速运行一段时间后停机备用。,压气机-水洗系统,V94.3A燃气轮机-透平,透平由四级叶片组成，通常情况下机组的压气机部分消耗整体功率的23以上，以单机效率为260MW计算，四级叶片的出力为780MW，四级叶片完成这么高的出力，对叶片的结构强度提出了很高的要求，由于燃烧室出口温度在1300的数量级，所以前三级通常情况下采用定向结晶叶片，第四级叶片则仍采用高温合金叶片。,透平叶片,12级动叶片为单晶叶片，外面加两层涂层第3级动叶片为定向结晶叶片，加一层涂层第4级由于温度相对比较低，所以采用为一般材料的锻件各级叶片均有空气冷却孔,透平-冷却介质,目前在燃气透平中广泛采用的是开式冷却系统，冷却空气从压气机引出，对透平需要冷却部位进行冷却后排入透平通道的燃气中。这一方案比较简单，结构上容易实现，缺点是引用了部分经过压气机压缩的空气，会带来额外损失和作功量的减少。而且随着增压比的增加，冷却空气本身温度增高，冷却效果变差。,透平-冷却介质,(a)开式空气冷却(b)闭式蒸汽冷却,冷却和密封空气系统,透平叶片进行空气冷却，防止透平叶片材料温度超出其最大允许温度。在机械设计时，考虑到用高压空气来密封燃气轮机中的裂隙、间隙和空心的空间，防止灼热燃气进入这些区域。用于此种目的的空气由压气机抽出，同时输送至透平叶片、转子和缸体，用于密封和冷却。由于冷却空气在绝大多数情况也具有密封功能，故下面对冷却空气与密封空气不作区分,工作原理,作用在不同位置透平叶片上的冷却空气要求不同的压力水平，故抽气点位于相应的压气机级上。一部分冷却空气通过外部抽气管道流入透平外壳上各自的接口，并从接口出发通过静叶持环流入要求冷却的透平级叶片。另一部分冷却空气通过内部通道流至透平各级叶片,冷却空气源,冷却气流对透平效率的影响：,1）从叶片流出的冷却空气会改变叶片的阻力特性，可能增加阻力；2）冷却空气在流过冷却通道时有压力损失，因此当它进入下游混合时，压力较低，使混合后的燃气压力下降，混合时还有附加损失；3）因为燃气主流和冷却空气之间混合时有热交换，燃气的膨胀功减小。,叶片的冷却方式：,对流冷却冲击冷却气膜冷却综合冷却,叶片的冷却方式：,对流冷却,它在叶片中间沿半径方向有一组大小不同、型式不同的小孔，冷却空气和燃气在叶片壁面二侧流过，通过冷却空气进行对流传热降低叶片壁温。对流冷却的冷却空气通常采用从动叶叶尖排出至主燃气流中的方法。冷却空气的排出除靠冷却空气本身的压力外，还可借离心作用甩出，增加了流动速度，改善冷却效果。,冲击冷却,在空心的叶片内部加一导管，导管上开有许多小孔，冷却空气自小孔流出直接向被冷却的叶片内表面喷射进行冷却，故称冲击冷却，实质上也是对流冷却。通常，叶片以进气边头部温度最高，故冲击冷却首先用于改善头部的冷却。,气膜冷却,在叶片前缘处的壁面上开有许多排小孔，冷却空气从空心叶片的小孔或缝隙顺着燃气流动的方向流出，在叶片表面形成一层薄膜，把叶片表面与燃气隔开，减少燃气对叶片表面的热交换，既对叶片起保护作用，同时又冷却叶片。,综合冷却,当进口初温进一步提高时(如达到12601350)，为了提高冷却效果和使叶片各部位的温度趋于均匀，仅采用内对流冷却的方式还不足以保证叶片材料的热强度。这时，往往把上述各种冷却方式联合应用。,透平叶片的冷却,透平不同级的叶片需要不同压力等级的冷却空气，因此，冷却系统从压气机的不同位置抽取压缩空气到透平动、静叶片。,透平叶片的冷却,第1级透平第1级导叶片以及第1级动叶片的冷却空气直接从压气机出口引入叶片的冷却腔室。,透平叶片的冷却,透平叶片的冷却,透平叶片的冷却,透平叶片的冷却,透平叶片的冷却,第2级透平第2级静叶片的冷却空气抽自压气机13级出口的压缩空气，通过冷却空气管道将空气从压气机传输到透平气缸第一个冷却腔室，冷却空气通过第2级叶片上的工艺孔从叶片的内部通过的四种冷却方式冷却静叶片。,透平叶片的冷却,动叶片冷却气体来自压气机12级后的压缩空气。冷却空气通过转子轮盘上的端面齿以及工艺间隙传输到动叶片内腔室，然后通过叶片上的冷却工艺孔把冷却空气传输到叶片的表面，达到冷却第2级动叶片内、外表面的目的。,透平叶片的冷却,第3级第3级透平静叶片的冷却空气来自压气机第9级出口，在压气机缸上、下半分别有一根空气管道把压缩空气传输到透平缸壁与透平持环的第二个腔室。冷却过程与第2级静叶片相同。,透平叶片的冷却,第3级透平动叶片的冷却空气通过转子工艺间隙从压气机第10级出口引入冷却空气来冷却动叶片。高温燃气通过前两级叶片做功，气体温度大大降低，对叶片的冷却工艺要求相对较低，因此第3级透平动叶片表面没有工艺冷却孔，只是使压缩空气从叶片的内部流过。在叶片内部腔室主要以对流冷却与冲击冷却两种方式来冷却动叶片。,透平叶片的冷却,第4级当高温燃气通过三级透平叶片做功之后，温度变低，直接在压气机第5级动叶出口通过一根管道将压力较低的压缩空气引入透平缸与透平持环的第三个腔室，一部分气体用于冷却第4级透平叶片，另外一部分气体引入气封环，达到密封空气的作用。,透平叶片的冷却,透平第4级动叶片的工作温度大约在600数量级，通常情况下高温合金材料完全可以满足此温度的要求，所以在V943A机组中第4级动叶片没有采用空气冷却，只有透平动叶片的叶根部分是用从压气机第10级出口部分引入的压缩空气来冷却叶根以及转子轮盘。,透平叶片的冷却,透平叶片的冷却,冷却与密封空气源,V94.3A燃气轮机-燃烧室,环形燃烧室,V94.3A燃气轮机-燃烧室,V943A燃机采用高燃烧效率的环形燃烧室，燃烧室一周均匀分布24个混合型燃烧器。设计特点可以有效地保证燃烧室内均匀的温度场。燃烧室内表面为陶瓷瓦块，在燃烧室的出口为了保证气体的顺畅流动，在结构设计时采用圆弧段过渡的方式把高温燃气引入透平的通流部分做功，由于陶瓷工艺的限制，在此部分无法做成弧状的陶瓷瓦块，采用高温合金钢表面喷涂陶瓷涂层的方式来实现高温隔热效果。,燃烧器,天然气的燃烧过程时有两种基本方案:1）扩散燃烧式的燃烧方案2）预先混合式的燃烧方案,燃烧原理图,扩散燃烧预混燃烧,扩散燃烧式的燃烧方案,是把天然气与空气分别供入燃烧区，一边混合、一边进行燃烧的方案。特点：燃料在着火之前需要依靠紊流扰动与氧化剂混合，而混合过程比燃烧过程缓慢得多，因此它的火焰要比预混式的长，但燃烧稳定范围却要宽得多，燃烧效率随负荷降低的程度也不那么严重。但是，在组织这种燃烧过程时必须特别注意空气与天然气的配合关系，应防止把过多的天然气喷到缺氧的地段中去，否则就容易出现析炭和冒黑烟现象。,预先混合式方案,是把天然气与空气预先混合后，再供入燃烧室（筒）中去燃烧。特点：1）燃烧火焰比较短，因而燃烧室的容热强度可以相当高；2）燃烧稳定性则比较差，燃