燃气蒸汽联合循环机组增大供热能力的情况介绍课件

目录1、背景2、燃机设备目前情况3、装机方案4、增大供热能力的措施目录1、背景1、背景

北京市发改委为增大供热面积，对北京燃气－蒸汽联合循环供热机组的要求是：装机规模2X350MW级机组，尽可能增大供热能力。常规燃机(简单循环出力为150MW等级、燃烧温度低于1205℃，即“E”级及以下燃机)；先进的燃机(简单循环出力为250MW等级、燃烧温度约1315℃，即“F”级燃机)；最新型燃机(简单循环出力为300MW等级、燃烧温度约1425℃，即“G”或“H”级燃机)。经过比选，机型宜优先考虑国内已经引进的技术成熟的大容量“F”级燃机—蒸汽联合循环供热机组。E级燃机组成的联合循环机组供热量，达不到市发改委的要求，故不考虑E级。“G”或“H”级联合循环机组出力约450MW，超过发改委的要求。1、背景北京市发改委为增大供热面积，对2、燃机设备目前情况主机拟采用2套“F”级联合循环供热机组。目前，技术较成熟“F”级燃机见下表：主机厂支持方燃机型号ISO工况燃机出力MWISO工况联合循环出力MW上海电气西门子SGT5-4000F（4）上海电气推荐方案SGT5-4000F（2）不再生产

279.4271838.2813哈动力GE公司PG9351FA(已引进)

255.6783.87东方电气三菱公司M701F3(已引进)M701F4（未引进,可以项目合作）

270.3301.56801.23911.422、燃机设备目前情况主机拟采用2套“F”级联合循环供热机组。

2、燃机设备目前情况

上海电气集团推荐采用西门子SGT5-4000F（4）燃机，简称（4），不再生产SGT5-2000F(2)燃机，（4）燃机是在（2）的基础上改进后的燃机，具体改进内容情况如下：压气机第1、2级重新设计，增加了进气量，提高了压气机效率；透平第4级动叶优化设计，提高了燃机效率；中空轴优化设计，改善应力分布；燃烧系统改进设计，如燃烧器旋流器优化设计、值班气预混设计、降低燃烧室冷却空气量等优化间隙系统，采用液压自动间隙调整装置（HCO），自动调整轴向及径向间隙。改进后，燃机ISO工况出力由提高27MW，效率提高1.5%。

2、燃机设备目前情况

上海电气集团推荐采2、燃机设备目前情况

哈尔滨电站集团采用GE公司的技术，可采用F9351FA燃机的2.6+燃烧器，主要改进之处：燃机外包加冷却气体防止气缸变形减少动静环之间的间隙燃烧室增加1个喷嘴，采用2.6＋燃烧器，NOX排放物可由25ppm降低到15ppm同时增加检修的间隔时间出力增加2.5MW目前2.6+燃烧器尚未对哈尔滨转让技术2、燃机设备目前情况哈尔滨电站集团采用2、燃机设备目前情况

东方电气与三菱公司合作，推荐2个燃机方案：M701F3和F701F4，F3为北京京丰电厂采用的燃机型号，F4是在F3基础上改进后的燃机，具体改进内容情况如下：压气机叶片叶型进行了优化，F4比F3压气机增加了6%的通流能力对转子冷却空气系统进行优化应用了带声衬的先进燃烧器、部分采用透平静叶一样的材料排气扩散段优化，通过增加环形区域，降低平均马赫数水平，增加扩散段效率对透平第4级叶片进行优化，降低余速损失2、燃机设备目前情况东方电气与三菱公司2、燃机设备目前情况

根据三菱的计算结果，在北京冬季工况湿冷情况下，单轴F3联合循环机组发电出力397MW，单轴F4联合循环机组发电出力F4比F3增加约15％供热量可增加33.9MW供热情况下，F4发电和供热的总热效率，F4比F3高1.7%目前，三菱F4燃机已经接到13台F4机组订单，但没有投产机组，第一、二台F4机组于2010年7月和2010年8月在日本和土耳其分别投产2、燃机设备目前情况根据三菱的计算结果，在北京冬季工况3.装机方案3．装机方案3．1装机配置适合北京项目的2台“F”级燃机组成的燃气—蒸汽联合循环供热机组有如下方案：“一拖一”单轴抽凝机方案（燃气轮机、汽轮机、发电机在同一根轴上）：2台燃机＋2台余热锅炉＋2台抽凝式汽轮机＋2台发电机＋2台凝汽器。如北京京丰电厂的机组。“一拖一”多轴抽凝机方案（燃气轮发电机组、汽轮发电机组在不同的轴上）：2台燃机＋2台余热锅炉＋2台汽轮机＋4台发电机＋2台凝汽器。如北京郑常庄电厂的机组。“二拖一”多轴抽凝机方案：2台燃机＋2台余热锅炉＋1台大功率抽凝式汽轮机＋3台发电机＋1台凝汽器。如北京太阳宫电厂的机组。3.装机方案3．装机方案3.装机方案“二拖一”多轴背压机方案：2台燃机＋2台余热锅炉＋1台大功率背压机＋SSS离合器的汽轮机＋3台发电机＋1台凝汽器。采暖期汽机通过SSS离合器，将低压缸脱开，高中压缸背压运行，中压缸排汽全部用于供热。非采暖期汽轮机纯凝运行。如下图所示：

3.装机方案“二拖一”多轴背压机方案：2台燃机＋2台余热锅炉3.装机方案方案方案一方案二方案三方案四机组配置单轴“一拖一”双轴“一拖一”“二拖一”多轴“二拖一”汽轮机抽凝机抽凝机抽凝机背压机＋SSS离合器燃气轮机数量2222蒸汽轮机数量2211余热锅炉数量2222发电机数量2433主变压器数量2433运行灵活性较高高较高较高供热量较低较低较高最高动力岛占地面积占地面积小占地面积最大占地面积较大占地面积较大3.装机方案方案方案一方案二方案三方案四机组配置单轴“一拖一3装机方案2套“一拖一”2套“一拖一”1套“二拖一”1套“二拖一”同轴抽凝机多轴抽凝机多轴抽凝机多轴背压机＋离合器联合循环机组出力（MW）ISO工况793.44793.44786.82783．87联合循环机组出力（MW）供热工况713.88713.88699.64704．69汽机抽汽供热量(MW）456.2456.2494.3548.93.3同型号燃机，不同方案的供热能力比较（2台机组）比较供热能力：背压机最大。抽凝机组中，“二拖一”比“一拖一”大。3装机方案2套2套1套1套同轴抽凝机多轴多轴多轴背压机联合3.装机方案3．4背压机方案供热能力比较（2台机组）参数单位东方电气东方电气上海电气哈动力燃机型号M701F3M701F4SGT5-4000F（4）9351FA技术支持方三菱三菱西门子GE供热期联合循环机组发电出力MW727.4827733.2704.7总供热出力（含烟气热网加热器换热量）MW610661592．4562．9机组总热效率（不含烟气热网）%86.887.687.9（含烟气加热器的热量）85.43.装机方案3．4背压机方案供热能力比较（2台机组）参数单位3.装机方案3．5纯凝工况100%负荷机组的出力和热耗率(2台机组）项目单位东方电气东方电气上海电气哈动力燃机型号M701F3M701F4SGT5-4000F（4）9351FA支持方三菱三菱西门子GE纯凝工况机组发电出力MW811.7922838.2791.3机组热耗率kJ/kWh6298617062356299.63.装机方案3．5纯凝工况100%负荷机组的出力和热耗率(23.装机方案

3．6结论根据北京市发改委对燃机项目2X350MW级联合循环供热机组和最大程度提高供热能力的要求,综合上述研究论证结果，可以看出：1.应采用条件成熟的“F”级燃机组成的燃气-蒸汽联合循环供热机组2.选用“二拖一”供热或“一拖一”供热机组均是技术上可行的方案。“二拖一”机组供热能力略大于“一拖一”，背压机供热能力明显大于抽凝机组。3.装机方案建议结合工程项目情况，在招标阶段，通过技术、经济、供货期的综合比较，最终确定。3.装机方案3．6结论4.增大供热能力的措施4．增大供热能力的措施4．1提高供热能力的措施有如下措施：措施1：汽轮机增大抽汽量的措施措施2：汽轮机冬季背压机＋离合器的方案措施3：余热锅炉补燃方案：造价较高，一般约增加整套余热锅炉造价的20%左右。措施4：余热锅炉减温减压供热方案：供热期内汽轮机全部停运，由余热锅炉减温减压供热。适宜机组故障时，作为供热应急保障措施。措施5：热泵余热利用方案：如有政策性支持，也是增加供热能力的可行方案。。4.增大供热能力的措施4．增大供热能力的措施4.增大供热能力的措施4．2上海电气的三个增大供热能力的方案

2010年3月3日，上海电气在北京与京能集团、项目公司、设计院进行技术交流。上海电气提出三个增大供热能力的方案。方案一：两套一托一单轴联合循环机组，冬季汽轮机停运，余热锅炉产生的全部蒸汽经减温减压器后，供给热网加热器加热热网水。方案二：1套二托一机组（2台燃机+2台余热锅炉+1台汽轮机），汽轮机为常规抽汽凝汽式方案，通过提高抽汽参数，达到增大供热能力。方案三：1套二托一机组（2台燃机+2台余热锅炉+1台汽轮机），汽轮机为背压机＋SSS离合器方案。采暖期汽机通过SSS离合器，将低压缸脱开，高中压缸背压运行，中压缸排汽全部用于供热。非采暖期汽轮机纯凝运行。4.增大供热能力的措施4．2上海电气的三个增大供热能力的方案4.增大供热能力的措施4．3热经济性比较：三个方案都按照两台西门子燃机+两台余热锅炉+汽轮机，机组年运行4000小时计算指标方案一(汽轮机全甩)方案二（抽凝机方案）方案三（背压机＋SSS离合器）供热量（MW）/两套706.257525592.4发电量（MW）/两套（供热/纯凝）601.2/838.2742.4/838.2733.2/838.2运行小时数（h)400040004000年机组供热量（×106GJ）7.3225.4436.142全年发电机出口发电量（×108kWh)26.7030.7730.5全年机组耗气量(亿Nm3)7.227.227.22全年供热天然气量(亿Nm3)2.241.671.884.增大供热能力的措施4．3热经济性比较：方案一方案二方案三4.增大供热能力的措施方案一(汽轮机全甩)方案二（抽凝机方案）方案三（背压机＋SSS离合器）全年发电天然气量(亿Nm3)4.985.565.34全年平均发电气耗（Nm3/kWh）0.1870.1810.175热电比0.7620.4910.559发电效率％58.9460.9062.79总热效率％0.7170.6990.725供热能力（MW）+113.8-67.40供热面积（万m2）+227.6-134.80全年发电量（亿度）-3.8+0.270发电效率％-3.83-1.890总热效率％-0.8-2.604.增大供热能力的措施方案一方案二方案三全年发电天然气量(亿4.增大供热能力的措施4.4经济指标测算表项目方案一汽轮机全甩方案二抽凝机方案方案三背压机＋SSS离合器静态投资375032（万元）370032（万元）375032（万元）热价68元/GJ收益率8%利用小时4000小时含税电价627.31（元/MWh）597.60（元/MWh）586.62（元/MWh）电价610元/MWh收益率8%利用小时4000小时含税热价73.99（元/GJ）61.68（元/GJ）62.19（元/GJ）电价610元/MWh热价68元/GJ利用小时4000小时投资方内部收益率5.97%9.31%10.63%电价610元/MWh热价68元/GJ收益率8%

利用小时4389小时3796小时3593小时4.增大供热能力的措施4.4经济指标测算表项目方案一方4.增大供热能力的措施4．5结论三种方案的优、缺点比较如下：方案一(汽轮机全甩方案)方案二（抽凝机方案）方案三（背压机＋SSS离合器）供热量最大社会效益最好供热量最小社会效益最差供热量居中社会效益较好发电量最小、经济效益最差发电量最大发电量居中经济效益较好全年热效率居中全年热效率最小全年热效率最好发电效率最大由于上海电气现阶段无法提供针对方案二的热平衡图，此热经济比较是在利用高碑店项目热平衡图基础下做出的，方案二可能会和实际方案有一定出入，但不影响本结论的趋势性。4.增大供热能力的措施4．5结论方案一方案二方案三供热量最大

谢谢！

目录1、背景2、燃机设备目前情况3、装机方案4、增大供热能力的措施目录1、背景1、背景

北京市发改委为增大供热面积，对北京燃气－蒸汽联合循环供热机组的要求是：装机规模2X350MW级机组，尽可能增大供热能力。常规燃机(简单循环出力为150MW等级、燃烧温度低于1205℃，即“E”级及以下燃机)；先进的燃机(简单循环出力为250MW等级、燃烧温度约1315℃，即“F”级燃机)；最新型燃机(简单循环出力为300MW等级、燃烧温度约1425℃，即“G”或“H”级燃机)。经过比选，机型宜优先考虑国内已经引进的技术成熟的大容量“F”级燃机—蒸汽联合循环供热机组。E级燃机组成的联合循环机组供热量，达不到市发改委的要求，故不考虑E级。“G”或“H”级联合循环机组出力约450MW，超过发改委的要求。1、背景北京市发改委为增大供热面积，对2、燃机设备目前情况主机拟采用2套“F”级联合循环供热机组。目前，技术较成熟“F”级燃机见下表：主机厂支持方燃机型号ISO工况燃机出力MWISO工况联合循环出力MW上海电气西门子SGT5-4000F（4）上海电气推荐方案SGT5-4000F（2）不再生产

279.4271838.2813哈动力GE公司PG9351FA(已引进)

255.6783.87东方电气三菱公司M701F3(已引进)M701F4（未引进,可以项目合作）

270.3301.56801.23911.422、燃机设备目前情况主机拟采用2套“F”级联合循环供热机组。

2、燃机设备目前情况

上海电气集团推荐采用西门子SGT5-4000F（4）燃机，简称（4），不再生产SGT5-2000F(2)燃机，（4）燃机是在（2）的基础上改进后的燃机，具体改进内容情况如下：压气机第1、2级重新设计，增加了进气量，提高了压气机效率；透平第4级动叶优化设计，提高了燃机效率；中空轴优化设计，改善应力分布；燃烧系统改进设计，如燃烧器旋流器优化设计、值班气预混设计、降低燃烧室冷却空气量等优化间隙系统，采用液压自动间隙调整装置（HCO），自动调整轴向及径向间隙。改进后，燃机ISO工况出力由提高27MW，效率提高1.5%。

2、燃机设备目前情况

上海电气集团推荐采2、燃机设备目前情况

哈尔滨电站集团采用GE公司的技术，可采用F9351FA燃机的2.6+燃烧器，主要改进之处：燃机外包加冷却气体防止气缸变形减少动静环之间的间隙燃烧室增加1个喷嘴，采用2.6＋燃烧器，NOX排放物可由25ppm降低到15ppm同时增加检修的间隔时间出力增加2.5MW目前2.6+燃烧器尚未对哈尔滨转让技术2、燃机设备目前情况哈尔滨电站集团采用2、燃机设备目前情况

东方电气与三菱公司合作，推荐2个燃机方案：M701F3和F701F4，F3为北京京丰电厂采用的燃机型号，F4是在F3基础上改进后的燃机，具体改进内容情况如下：压气机叶片叶型进行了优化，F4比F3压气机增加了6%的通流能力对转子冷却空气系统进行优化应用了带声衬的先进燃烧器、部分采用透平静叶一样的材料排气扩散段优化，通过增加环形区域，降低平均马赫数水平，增加扩散段效率对透平第4级叶片进行优化，降低余速损失2、燃机设备目前情况东方电气与三菱公司2、燃机设备目前情况

根据三菱的计算结果，在北京冬季工况湿冷情况下，单轴F3联合循环机组发电出力397MW，单轴F4联合循环机组发电出力F4比F3增加约15％供热量可增加33.9MW供热情况下，F4发电和供热的总热效率，F4比F3高1.7%目前，三菱F4燃机已经接到13台F4机组订单，但没有投产机组，第一、二台F4机组于2010年7月和2010年8月在日本和土耳其分别投产2、燃机设备目前情况根据三菱的计算结果，在北京冬季工况3.装机方案3．装机方案3．1装机配置适合北京项目的2台“F”级燃机组成的燃气—蒸汽联合循环供热机组有如下方案：“一拖一”单轴抽凝机方案（燃气轮机、汽轮机、发电机在同一根轴上）：2台燃机＋2台余热锅炉＋2台抽凝式汽轮机＋2台发电机＋2台凝汽器。如北京京丰电厂的机组。“一拖一”多轴抽凝机方案（燃气轮发电机组、汽轮发电机组在不同的轴上）：2台燃机＋2台余热锅炉＋2台汽轮机＋4台发电机＋2台凝汽器。如北京郑常庄电厂的机组。“二拖一”多轴抽凝机方案：2台燃机＋2台余热锅炉＋1台大功率抽凝式汽轮机＋3台发电机＋1台凝汽器。如北京太阳宫电厂的机组。3.装机方案3．装机方案3.装机方案“二拖一”多轴背压机方案：2台燃机＋2台余热锅炉＋1台大功率背压机＋SSS离合器的汽轮机＋3台发电机＋1台凝汽器。采暖期汽机通过SSS离合器，将低压缸脱开，高中压缸背压运行，中压缸排汽全部用于供热。非采暖期汽轮机纯凝运行。如下图所示：

3.装机方案“二拖一”多轴背压机方案：2台燃机＋2台余热锅炉3.装机方案方案方案一方案二方案三方案四机组配置单轴“一拖一”双轴“一拖一”“二拖一”多轴“二拖一”汽轮机抽凝机抽凝机抽凝机背压机＋SSS离合器燃气轮机数量2222蒸汽轮机数量2211余热锅炉数量2222发电机数量2433主变压器数量2433运行灵活性较高高较高较高供热量较低较低较高最高动力岛占地面积占地面积小占地面积最大占地面积较大占地面积较大3.装机方案方案方案一方案二方案三方案四机组配置单轴“一拖一3装机方案2套“一拖一”2套“一拖一”1套“二拖一”1套“二拖一”同轴抽凝机多轴抽凝机多轴抽凝机多轴背压机＋离合器联合循环机组出力（MW）ISO工况793.44793.44786.82783．87联合循环机组出力（MW）供热工况713.88713.88699.64704．69汽机抽汽供热量(MW）456.2456.2494.3548.93.3同型号燃机，不同方案的供热能力比较（2台机组）比较供热能力：背压机最大。抽凝机组中，“二拖一”比“一拖一”大。3装机方案2套2套1套1套同轴抽凝机多轴多轴多轴背压机联合3.装机方案3．4背压机方案供热能力比较（2台机组）参数单位东方电气东方电气上海电气哈动力燃机型号M701F3M701F4SGT5-4000F（4）9351FA技术支持方三菱三菱西门子GE供热期联合循环机组发电出力MW727.4827733.2704.7总供热出力（含烟气热网加热器换热量）MW610661592．4562．9机组总热效率（不含烟气热网）%86.887.687.9（含烟气加热器的热量）85.43.装机方案3．4背压机方案供热能力比较（2台机组）参数单位3.装机方案3．5纯凝工况100%负荷机组的出力和热耗率(2台机组）项目单位东方电气东方电气上海电气哈动力燃机型号M701F3M701F4SGT5-4000F（4）9351FA支持方三菱三菱西门子GE纯凝工况机组发电出力MW811.7922838.2791.3机组热耗率kJ/kWh6298617062356299.63.装机方案3．5纯凝工况100%负荷机组的出力和热耗率(23.装机方案

3．6结论根据北京市发改委对燃机项目2X350MW级联合循环供热机组和最大程度提高供热能力的要求,综合上述研究论证结果，可以看出：1.应采用条件成熟的“F”级燃机组成的燃气-蒸汽联合循环供热机组2.选用“二拖一”供热或“一拖一”供热机组均是技术上可行的方案。“二拖一”机组供热能力略大于“一拖一”，背压机供热能力明显大于抽凝机组。3.装机方案建议结合工程项目情况，在招标阶段，通过技术、经济、供货期的综合比较，最终确定。3.装机方案3．6结论4.增大供热能力的措施4．增大供热能力的措施4．1提高供热能力的措施有如下措施：措施1：汽轮机增大抽汽量的措施措施2：汽轮机冬季背压机＋离合器的方案措施3：余热锅炉补燃方案：造价较高，一般约增加整套余热锅炉造价的20%左右。措施4：余热锅炉减温减压供热方案：供热期内汽轮机全部停运，由余热锅炉减温减压供热。适宜机组故障时，作为供热应急保障措施。措施5：热泵余热利用方案：如有政策性支持，也是增加供热能力的可行方案。。4.增大供热能力的措施4．增大供热能力的措施4.增大供热能力的措施4．2上海电气的三个增大供热能力的方案

2010年3月3日，上海电气在北京与京能集团、项目公司、设计院进行技术交流。上海电气提出三个增大供热能力的方案。方案一：两套一托一单轴联合循环机组，冬季汽轮机停运，余热锅炉产生的全部蒸汽经减温减压器后，供给热网加热器加热热网水。方案二：1套二托一机组（2台燃机+2台余热锅炉+1台汽轮机），汽轮机为常规抽汽凝汽式方案，通过提高抽汽参数，达到增大供热能力。方案三：1套二托一机组（2台燃机+2台余热锅炉+1台汽轮机），汽轮机为背压机＋SSS离合器方案。采暖期汽机通过SSS离合器，将低压缸脱开，高中压缸背压运行，中压缸排汽全部用于供热。非采暖期汽轮机纯凝运行。4.增大供热能力的措施4．2上海电气的三个增大供热能力的方案4.增大供热能力的措施4．3热经济性比较：三个方案都按照两台西门子燃机+两台余热锅炉+汽轮机，机组年运行4000小时计算指标方案一(汽轮机全甩)方案二（抽凝机方案）方案三（背压机＋SSS离合器）供热量（MW）/两套706.257525592.4发电量（MW）/两套（供热/纯凝）601.2/838.2742.4/838.2733.2/838.2运行小时数（h)400040004000年机组供热量（×106GJ）7.3225.4436.142全年发电机出口发电量（×108kWh)26.7030.7730.5全年机组耗气量(亿Nm3)7.227.22