燃气轮机及其联合循环发电技术介绍.ppt

燃气轮机及其联合循环发电技术介绍,发电事业部机务室2014.7.11,一、燃气轮机发展状况,燃气轮机（GasTurbine）是20世纪40年代兴起的一种新型动力机械，具有功率大、重量轻、尺寸小、起动快等优点。它先广泛应用于航空和宇航领域，随后迅速向能源（发电）、石化、冶金以及海陆交通等诸多领域发展。先进的燃气轮机已普遍应用模块化结构。运输、安装、维修和更换都比较方便，而且广泛地应用了孔探仪，振动和温度监控、焰火保护等措施，其可靠性和可用率大为提高，指标已超过了蒸汽轮机电站的相应指标。9E、9F级重型燃气轮机已在发电领域得到广泛地应用。GE和西门子公司都已研发了H级燃气轮机。其中GE公司基于空气冷却透平技术的9H级燃气轮机其联合循环效率约61%，联合循环出力可达到592MW。西门子公司全内空冷H级燃机单机出力约400MW，联合循环出力约600MW，效率也在60%以上，自2011年以来全球已投产9台，首台投产于德国巴伐利亚州。,燃气轮机发展状况,燃气轮机发展状况,在环保方面，由于燃气轮机的燃烧效率很高，排气干净，未燃烧的碳氢化合物，CO、S0 x，等排放物一般的都能够达到严格的环保标准，再结合应用注水或注蒸汽抑制燃烧、干式低NOX燃烧室，或者在排气管路中安装选择性催化还原装置(SCR)等技术措施，可使NOx的排放低至9ppm,满足最严格的环保要求。因此，燃气轮机发电机组，特别是燃气-蒸汽联合循环机组已作为基本负荷机组或备用机组得到了迅速的应用。,燃气轮机发展状况,燃气轮机的应用发展现已提高到降低总能耗的高度，它是当前世界节能技术的主要发展方向之一。能量的分级利用与综合利用的全能量系统工程的概念被普遍重视，以热电联产及热动联供为核心的总能系统同样有广阔的前景，今后在能量转换过程的系统中，燃气轮机将占更重要的位置，并将大量采用燃气轮机总能系统。现在世界上已有廿多个国家，一百多个企业生产近千种型号的燃气轮机，国内主要引进通用（GE）、西门子、三菱技术。,二、燃气轮机组成及原理,燃气轮机组成,1压气机2燃烧室3透平4轴承5发电机,燃机组成,燃气轮机由压气机、燃烧室和燃气透平组成。压气机有轴流式和离心式两种，轴流式压气机效率较高，适用于大流量的场合。在小流量时，轴流式压气机因后面几级叶片很短，效率低于离心式。功率为数兆瓦的燃气轮机中，有些压气机采用轴流式加一个离心式作末级，在达到较高效率的同时又缩短了轴向长度。附属系统和设备，包括：启动装置、燃料系统、润滑油系统、进气系统、排气系统等。燃气轮机的主要优点是小而轻。单位功率的质量，重型燃气轮机一般为25千克/千瓦，而航机一般低于0.2千克/千瓦。,9,燃气轮机的结构,燃气轮机转子结构,11,燃气轮机整体结构,燃气轮机主要辅助模块,启动装置，指启动电机；压气机清洗装置；燃料前置模块，指天然气前置模块或燃油前置模块；DLN模块；润滑油辅助模块；燃气轮机控制模块；二氧化碳消防模块。,燃气轮机简单循环原理（布雷登循环）,温比：涡轮前进口燃气温度与压气机进口气流温度的比值。压比：压气机出口的气流压力与其进口的气流压力的比值。,温度、压力对燃机出力及效率的影响,温度、压力对燃机出力及效率的影响,温度、压力对燃机出力及效率的影响,效率随温比升高而升高；对应温比有一个最佳压比；在提高燃气温度的同时，必须提高压比；燃气轮机会在16501700而终止燃气初温的增长。在转速、压比、燃气初温等条件均保持不变的情况下，大气压力对燃气轮机效率没有影响，但是影响到燃气轮机的功率。因为燃气轮机的功率与空气流量成正比，在温度不变的条件下，空气密度与大气压力成正比，因此燃气轮机功率与大气压力成正比。,燃气轮机标准工况定义（ISO11086:1996）,燃气轮机的标准额定出力指燃气轮机在透平温度、转速、燃料、进气温度、压力和相对湿度、排气压力为标准参考条件，且处于新的和清洁状态下运行时的标准或保证的出力。ISO工况定义：压气机进口压力为101.3kPa，温度15，相对湿度60%；用来冷却工质的冷却水或空气温度为15；标准气体燃料的H/C重量比为0.333，净比能为50000kJ/kg；标准燃料油的H/C重量比为0.1417，净比能为42000kJ/kg。,燃机订货四工况,1.ISO工况：标况2.性能考核工况（年均工况）3.夏季工况：考核最小出力4.冬季工况：选电机。,简单循环：依次由压缩、燃烧、膨胀过程组成的热力循环；联合循环：燃气轮机循环与蒸汽或其他流体的朗肯循环相联合的热力循环；燃料比能(热值)：总比能是单位质量的燃料燃烧时所释放的总热量，用kJ/kg表示，净比能是总比能减去燃烧过程中水分蒸发所吸收的热量，也用kJ/kg表示；热耗率：每单位时间消耗的净燃料能量与输出的净功率的比值，单位是kJ/kWh；热效率：净输出功率与基于燃料净比能的热消耗量之比。,名词定义,燃气轮机性能影响参数一览表,注：“”表示有相应的修正曲线，“-”表示不适用，该表及以下性能曲线均是以GE9171E型燃机为例。,主要性能修正曲线（环境温度-出力）,主要性能修正曲线（环境温度-热耗率）,主要性能修正曲线（环境湿度-出力）,主要性能修正曲线（环境湿度-热耗率）,主要性能修正曲线（进气压损-出力）,主要性能修正曲线（进气压损-热耗率）,主要性能修正曲线（排气压损-出力）,主要性能修正曲线（排气压损-热耗率）,主要性能修正曲线（大气压-出力）,主要性能修正曲线（大气压-热耗率）,三、燃气轮机主要制造厂商、型号及参数,燃机主要生产厂商及型号,世界上能生产大容量、高效率并体现当今工业燃气轮机制造水平的厂家主要有GE公司、西门子公司、三菱公司和阿尔斯通。当前国内主要有三种E级燃气轮机可生产，分别是南京汽轮电机有限公司引进GE技术生产的GEPG9171E型，上海电气集团引进西门子技术生产的SGT5-2000E型燃机和东方电气集团引进三菱技术生产的M701DA型燃机。当前国内主要有三种F级燃气轮机可生产，分别是东方电气集团引进三菱公司的M701F3，F4机型；哈尔滨电气集团引进GE公司的PG9351FA机型；上海电气集团引进西门子公司的SGT5-4000F机型。,燃机命名规则,GE公司可提供重型和航机改型燃气轮机以作发电和工业应用。重型燃气轮机有简单循环和回热循环，由五个系列组成:MS3002，MS5000，MS6001，MS7001和MS9000。有单轴和双轴结构，用于带动发电机发电或机械驱动。机组中各代号的含义如下：M5322-(1)(2)(3)(4)(1)用途:M-机械驱动;GD-发电设备;PG-箱装式发电设备(2)系列号:3,5,6,7,9等相应表MS3002,MS5000,MS6001等的系列号(3)输出功率:大致为几百、几千、或几万马力(4)轴数:是单轴还是双轴(即1或2),燃机命名规则,西门子燃气轮机主要有3种系列:V64、V84、V94。1)V表示燃气轮机;2)V后的第一个数字表示转速,其中:6表示后带齿轮箱,可以拖动3000r/min或3600r/min的发电机;8表示直接拖动3600r/min的发电机;9表示直接拖动3000r/min的发电机。3)V后的第二个数字代表压气机型号;4)小数点之后数为产品改进的代数,其中:1表示第一代改进产品;2表示第二代改进产品;3表示第三代改进产品。5)A表示环形燃烧室。,燃机命名规则,三菱生产M501D,M701F系M50160HZ;M701,50HZD,F为E型,F型代号,燃机命名规则,燃气-蒸汽联合循环产品系列的设备配置中，各种代号的含义规定如下。以S2O9E为例:S:联合循环,蒸汽与燃气的缩写2：燃气轮机的台数0：没有意义9：燃气轮机系列号E：燃气轮机型号因此，S2O9E就表示配备2台9000系列E型燃气轮机的燃气-蒸汽联合循环电站；S109E就表示配备1台9000系列E型燃气轮机的燃气-蒸汽联合循环电站,9E级燃气轮机主要技术条件,SGT5-2000E剖面图,GEPG9171E,三菱M701DA,9F级燃气轮机主要技术条件,GEPG9351FA,GEPG9371FB,西门子SGT5-4000F,四、联合循环发电技术,联合循环发电技术,联合循环发电技术的优点,较低的单位千瓦造价，金陵2882元/KW建设周期短；低排放，NOx2。,“一拖一”单轴联合循环布置方式（发电机尾置）,“一拖一”单轴联合循环布置方式（发电机中置）,“一拖一”单轴联合循环布置方式（发电机中置）,“一拖一”多轴联合循环布置方式,“二拖一”多轴联合循环机组布置方式,不同机组配置型式的对比,规程对三大主机布置型式的规定,以下为联合循环主厂房方案汇总，机型包括GE、西门子、三菱公司的9E和9F级燃气轮机，主机配置型式包含“一拖一”单轴，“一拖一”多轴和“二拖一”多轴；9E级燃气轮机没有“一拖一”单轴的布置型式；三菱M701DA暂未搜集到“二拖一”多轴布置方案。,联合循环主厂房方案汇总,GEPG9171E“一拖一”多轴（金陵二期，燃机露天）,GEPG9171E“二拖一”多轴（波黑）,GEPG9351FA“一拖一”单轴（金陵一期）,GEPG9351FA“一拖一”多轴（九期可研）,GEPG9351FA“二拖一”多轴（南疆投标）,西门子SGT5-2000E“一拖一”多轴的主厂房布置（北京郑常庄电厂）,西门子SGT5-2000E“二拖一”多轴的主厂房布置（伊朗）,西门子SGT5-4000F“一拖一”单轴（扬州投标，方案三）,西门子SGT5-4000F“一拖一”多轴（九期投标，方案三）,西门子SGT5-4000F“二拖一”多轴（南疆投标）,三菱M701DA“一拖一”多轴的主厂房布置（苏州投标方案四）,三菱M701F4“一拖一”单轴的主厂房布置（重庆）,三菱M701F4“一拖一”多轴的主厂房布置（北郊）,三菱M701F4“二拖一”多轴的主厂房布置（南疆投标）,六、华能金陵燃机热电联产项目方案介绍,项目概况,装机规模2x200MW级，主机配置型式为两套一拖一多轴；燃气轮机为南汽引进的美国GE公司PG9171E机型，配套发电机为箱式结构，旋转无刷励磁，采用强制循环空气冷却；汽轮机为高压、冲动、单排汽、单轴、可调整单抽凝汽式；配套发电机为南汽产品，采用强迫空气循环冷却，无刷励磁；余热锅炉为703所产品。,燃气轮机及其发电机技术条件,余热锅炉技术参数,结构型式卧式、无补燃、水平烟气流、双压、自然循环、露天布置、预留脱硝烟囱高度60米，内径5.6m设计工况参数：高压蒸汽压力6MPa(g)高压蒸汽温度5215高压蒸汽流量190.3t/h低压蒸汽压力0.522MPa(g)低压蒸汽温度2535低压蒸汽流量36.1t/h最大烟气侧压降2.5kPa给水温度120锅炉余热利用率84.73%排烟温度98.5,汽轮机技术参数,额定功率（纯凝出力）：64.36MW汽轮机型式高压、冲动、单排汽、单轴、可调整双抽汽凝汽式高压主汽阀前高压蒸汽额定压力5.801MPa.a高压主汽阀前高压蒸汽额定温度518低压主汽阀前低压蒸汽额定压力0.587MPa.a低压主汽门前低压蒸汽额定温度251.3抽汽压力1.1MPa.a抽汽温度307额定抽汽量80t/h凝汽器背压9.89/4.84kPa.a（夏季/冬季工况）额定转速3000r/min,汽轮发电机技术参数,型号:QFW-60-2-10.5功率:63MW电压:10.5kV功率因数:0.85相数:3频率:50Hz转速:3000r/min,天然气供应系统,电厂一期工程2390MW级燃气蒸汽联合循环机组采用西气东输气源，进厂供气母管的输送能力裕量较大，经核算可同时满足2390MW+2200MW级机组的燃气需求。因此本期工程可利用一期工程的输气管线，而不需新增设输气管线。调压站配置1100%（100%指整站2台燃机全流量）入口装置，配置有1100容量的分离器，1100%的超声流量计，2100容量的过滤分离装置，2100水浴炉加热单元，450%调压单元及氮气系统，放散系统检修平台和楼梯、在线监测、安全监测、电气控制、数据通信、系统控制等辅助设备/设施。,天然气供应系统,高、低压主蒸汽及旁路系统,高压蒸汽管道从高压过热器出口联箱引出，接至汽轮机高压联合主汽门，进入汽轮机做功；低压蒸汽管道从余热锅炉低压过热器引出，接至汽轮机低压关断阀，进入低压缸作功；每台机组设置一套100并联高、低压旁路装置，用于机组启动、甩负荷时回收工质、压力调节等功能。系统的设计按以下功能考虑：使机组能适应频繁起停和快速升降负荷；改善机组的启动性能，缩短联合循环机组各态启动时间；当汽轮机出现故障，引起整个联合循环机组甩负荷时，可迅速开启旁路，所有蒸汽经旁路直接进凝汽器，使锅炉安全门不跳或少跳，尽可能减少安全门的排放量。,高、低压主蒸汽及旁路系统,给水系统,本工程为燃气蒸汽联合循环机组，考虑到机组的调峰作用及负荷的变化特点，在给水系统中，每台余热锅炉设置2台100容量高压电动水泵，配一套变频装置。每台余热锅炉设置2台100%容量低压电动给水泵，低压给水泵采用定速泵。通过上述措施，既控制了给水泵用电负荷，又考虑了造价因素而有选择的配置变频设备。,凝结水系统,凝泵按2台纯凝工况下110%最大凝结水量配置，同时考虑到机组夜间负荷降低，两台凝结水泵配一台变频装置（一拖二设置），这样既减少了凝结水泵用电负荷，又简化了系统，达到了节省运行成本、降低工程造价的最佳效果；机组不设储水箱和凝结水输送泵。正常运行时，通过化学除盐水泵（小泵）向凝汽器补水；启动时由化学除盐水泵（大泵）向凝结水系统上水。这样简化了系统，节省了造价，运行和操作也相对简单。,凝结水系统,辅机冷却水系统,机组辅机冷却水采用开、闭结合的方式；按照燃机厂家要求，燃机岛所有辅机均采用闭冷水冷却，其闭冷水与汽机岛闭冷水为一套闭冷水系统，从汽机房引出；开式循环冷却水系统由1100%容量的电动滤水器、2100%开式冷却水升压泵、2100%容量的闭式循环冷却水热交换器以及连接管道阀门等组成；采用开式冷却水的设备为：汽轮机润滑油冷却器，汽轮发电机空气冷却器，真空泵密封水冷却器，闭式水热交换器。闭式冷却水系统设有2台100%容量的闭式冷却水泵，两台100%板式换热器，1只闭冷水膨胀水箱。,辅助蒸汽系统,辅助蒸汽系统主要为联合循环机组提供厂用辅助蒸汽。参数为0.81.2MPa.g，温度300310。厂用蒸汽用于机组启动的汽轮机轴封用汽、余热锅炉除氧器启动加热、管道伴热等。机组不设启动锅炉房，机组启动时辅助蒸汽联箱中蒸汽由一期9F燃气蒸汽联合循环机组提供，正常运行后改由工业抽汽提供。机组正常运行时，轴封系统为自密封系统，不需要外部汽源。,主厂房布置方案,燃气轮机采用露天布置，节省初投资539万元；汽机横向布置，压缩主厂房体积，缩短主汽管道长度，降低主汽压损，提高电厂效率；汽机房中间层采用岛式布置，设备布置充分考虑必要的检修通道、平台。为便于运行、维护，各通道具有1.5m宽、2.2m以上净空；热网管道在出主厂房内前进入地沟；A排外热网管道部分采用地沟敷设，美化A排外区域布置，扩大检修设备活动空间。,主厂房零米层布置方案,主厂房中间层布置方案,主厂房运转层布置方案,主厂房断面布置方案,主要技术经济指标,污染物及噪声排放,七、华能重庆两江燃机电厂新建工程方案介绍,项目概况,总装机规模为5套400MW级“F”级燃气-蒸汽联合循环、“一拖一”供热机组，本期建设两台F级“一拖一”燃气-蒸汽联合循环供热机组，并配套建设烟气脱硝装置。燃气轮机为东方电气集团引进的三菱M701F4型燃机；汽轮机为抽凝机组，与燃气轮机同轴布置；余热锅炉为三压、再热、无补燃、卧式布置，带脱硝装置，由东方电气集团下的东方日立锅炉有限公司供货。,燃气轮机技术参数,制造厂家：东方电气集团燃气轮机型号：M701F4型燃气轮机型式：单轴、重型(工业型)叶片级数：17级型式：轴流式燃烧器型式：干式、低NOx燃烧器数量：20个燃机透平级数：4级燃气轮机排气温度：597,余热锅炉技术参数,余热锅炉采用卧式、自然循环、三压、无补燃锅炉，紧身封闭布置。高压主蒸汽310.9t/h、11.33MPa(a)/568，热再热蒸汽348.4t/h、3.80MPa(a)/568，低压主蒸汽参数51.6t/h、0.978MPa(a)/319.7。余热锅炉在汽机供热性能保证工况下蒸汽参数为：高压主蒸汽301.1t/h、11.01MPa(a)/568，热再热蒸汽340.2t/h、3.74MPa(a)/568，低压主蒸汽参数41.6t/h、1.054MPa(a)/320.2。,汽轮机技术参数,制造厂家：东方电气集团型式：冲动式、三压、再热、双缸、下排汽、抽凝供热额定转速：3000rmin旋转方向：逆时针（从燃机向发电机方向看）频率：50Hz排汽口的数量：双排汽排汽的方向：向下末级叶片长度：800mm额定热负荷：0.7MPa，300，225t/h,发电机技术参数,制造厂家：东方电气集团额定功率：480MW额定容量：565MVA额定电压：21.5kV功率因数：0.85额定转速：3000rmin额定频率：50Hz励磁方式：自并励静态励磁冷却方式：全氢冷,天然气供应系统,进厂接口处天然气压头将能达到6.3MPa，本期工程燃机主机采用M701F4型，其要求入口天然气压力将达到4.0MPa以上，天然气在调压站各管道和阀门中的压降约为0.4MPa左右，因此本工程调压站通过降压能满足燃机的要求，不需要设置增压单元。,天然气供应系统,高、中、低压主蒸汽及旁路系统,高、中、低压主蒸汽及旁路系统,高压蒸汽由每台余热锅炉的高压过热器联箱出口引出，经电动关断阀，接至蒸汽轮机高压缸入口的主汽门前。再热蒸汽系统分为低温再热蒸汽系统和高温再热蒸汽系统两部分。低温再热蒸汽系统为：蒸汽轮机的高压缸排汽经过高压缸排汽逆止门后，经低温再热蒸汽管道回到余热锅炉的再热器入口，与余热锅炉中压过热器出来的中压蒸汽混合，进入再热器。高温再热蒸汽系统为：从余热锅炉的再热器联箱出口的高温再热蒸汽，经电动关断阀，接至蒸汽轮机中压缸的中压主汽门前。低压过热蒸汽从余热锅炉的低压过热器联箱引出，经电动关断阀，低压汽门和低压调节汽门，接入中压缸排汽管道。系统配置100%并联高压、中压、低压旁路系统。,高、中、低压主蒸汽及旁路系统,给水系统,给水系统设置两台100%容量的高压给水泵、两台100%容量的中压给水泵和两台100%凝结水加热器再循环泵，均为一台运行，一台备用。高压给水泵和中压给水泵，配液力耦合器降低变流量工况耗电量。凝结水加热器再循环泵为定速泵。,凝结水系统,由于本工程蒸汽负荷随季节变化较大，对外供蒸汽量不是一个不变的值，同时考虑机组启动旁路装置需要投入较多的减温水，设置3台凝结水泵，每台水泵容量为50%最大凝结水流量，3台凝结水泵配两套变频装置。系统设置一台全容量的轴封冷却器，轴封冷却器设有单独的100%容量的旁路。机组不设储水箱和凝结水输送泵。正常运行时，通过化学除盐水泵（小泵）向凝汽器补水；启动时由化学除盐水泵（大泵）向凝结水系统上水。,凝结水系统,辅机冷却水系统,开式循环冷却水系统由1100%容量的电动滤水器、2100%容量的开式冷却水升压泵、265%容量的闭式循环冷却水热交换器以及连接管道阀门等组成。采用开式冷却水的设备为：真空泵密封水冷却器、闭式水热交换器。闭式冷却水系统的介质为化学除盐水，每套机组设置1套闭式冷却水系统，设2台100%容量的闭式冷却水泵，并设1台膨胀水箱，布置在汽轮机运转层平台。采用闭式冷却水的设备为：机组润滑油冷却器、机组控制油冷却器、发电机氢气冷却器、发电机密封油冷却器、发电机密封油真空泵、氢气干燥器等。,辅助蒸汽系统,辅助蒸汽系统的汽源来自汽轮机低温再热蒸汽系统或启动锅炉房，本工程设置2台50t/h燃气启动锅炉。,抽真空系统,凝汽器汽侧抽真空系统设置2100%容量的水环式真空泵，正常运行时，一台运行，另外一台备用。在机组启动时，2台真空泵一起投入运行。,润滑油净化及存储系统,润滑油净化、储存和排空系统：每套机组设置一套润滑油集装装置和一套控制油集装装置。两套联合循环机组共用一台检修油箱。本期两套机组共设三台润滑油输送油