燃气轮机及燃气蒸汽联合循环概述.ppt

燃气轮机 及燃气蒸汽联合循环装置 目 录 一、燃气蒸汽联合循环概述 二、燃气轮机联合循环及分布式能源介绍 三、燃气轮机的基本结构、工作原理 四、燃气轮机防火防爆技术 五、燃气轮机撬体的防火防爆技术 对项目经理的基本要求 1、主要是组织协调工作。 2、项目前期工作 （1）项目建设基本流程、主要工作内容 （2）地方政府及相关部门工作 （3）相关技术合同、协议的谈判 （4）外部、内部沟通、交流 对项目经理的基本要求 3、熟悉分布式能源电厂设备、外围设备及相关 企业的情况： 电厂主要设备：燃气轮机（内燃机）、余热 锅炉、汽轮机及发电机、变压器及电器设备、压 缩机（泵）、水处理设备等 外围设备：电机及热网泵、热交换设备、制 冷设备等 外围企业的情况：主要设备和负荷性质、上 网变电站 对项目经理的基本要求 4、参与设备招、投标规定，并参与各类招标 5、设计审查、图纸会审，epc商务谈判及技术 协议谈判。 6、施工阶段 （1）组织（协调）项目施工、调试 （2）对质量、进度、投资和安全进行有效控 制 （3）了解各专业的基本规范要求，及时解决 出现的各类问题 （4）验收组织 对项目经理的基本要求 7、协调施工与生产准备的关系 8、熟悉国家相关的法律法规、技术规范 个人体会： 1、宏观把握、注意细节 2、多学习，多沟通，有礼有节 注册监理工程师 注册建造师 项目管理师 3、注意来往信函、文件的保存、使用 4、发挥专业技术人员、监理的作用，发挥工 程例会的作用； 5、安全管理和协调质量和进度的关系是重点 目 录 一、燃气蒸汽联合循环概述 二、燃气轮机联合循环及分布式能源介绍 三、燃气轮机的基本结构、工作原理 四、燃气轮机防火防爆技术 五、燃气轮机撬体的防火防爆技术 一、概述 1、燃气轮机发展 20世纪50年代进入发电领域 1960年左右，提出点网中配备一定容量的 燃气轮机 1980年后携带基本负荷和中间负荷 2、典型燃气轮机发电机组性能 参数 公司机组组型号iso功率压压比燃气初温供电电效率单单位售 价 ge发电发电pg9231(ec)169.114.035.20160 pg9351(fa)255.617.0128837.00160 alstomgt13e2165.114.6126035.69166 gt26263.032.0116737.00148 siemensv64.3a67.415.8131034.93236 v84.3a180.016.6131038.00170 v94.3a265.917.0131038.60159 三菱m701f270.317.0134938.21160 m701g334.021.0142739.54165 ge船用与工 业业 lm6000-pd41.2029.4116040.67296 r-r trent6051.5033.041.92299 惠普 ft825.4919.3112138.56382 3、联合循环发电机组性能参数 公司名称机组组型号iso基本功 率 供电电效率所配燃机单单位售 价 ge发电发电 s109ec259.354.0ms9001ec1 s109fa390.056.7ms9001fa1354 s209fa786.957.1ms9001fa2306 alstom ka13e2-2480.052.9gt13e22341 ka13e2-3720.052.9gt13e23332 ka26-1392.556.3gt261360 siemen s gud94.2239.252.2v94.21446 gud94.3a392.257.4v94.3a1348 三菱 mpcp1397.757.0m701f1348 mpcp2799.657.3m701f2295 mpcp1489.358.7m701g1396 4、燃气蒸汽联合循环优势 1、供电效率远高于燃煤的蒸汽轮机电站 2、国外交钥匙工程投资500600美元/kw 3、建设周期短 4、用地、用水比较少 5、运行高度自动化，每天都能启停 6、可用率高达85%95% 7、便于快速无外电源启动 8、采用天然气或液体燃料，环保性能好 5、igcc介绍 燃气蒸汽联合循环受制于天然气或液体燃 料。 igcc整体煤气化燃气蒸汽联合循环 把煤在高压、高强度、高效率的气化炉中气化成中热值（低热 值）煤气，进而通过洗涤和脱硫处理，把煤气中的微尘、硫化 物、碱金属等杂质清除干净，最后把洁净的人造煤气输送到燃 气蒸汽联合循环中去燃烧做工。 1、供电效率比天然气低，预计热效率50%52% 2、厂用电大 6、燃气轮机及联合循环的现实条件 1、近期或稍长时间内能提供多少天然气 资源供发电工业用 2、如何确定天然气价格，使其发电成本 能够与廉价的、污染严重的煤电竞争？ 3、从长远观点看，能否提供自制的、优 质而廉价的燃气轮机及其联合循环的硬件和 消耗性热备件？ 天然气资源问题 1、天然气资源 2、国家政策 天然气价格问题 1、设备折旧成本 发电成本： 2、机组运行维护成本 3、燃料成本 天然气价格对于燃气轮机及其联合循环的 发电成本有决定性的影响 国外几种类型发电站发电成本比较 燃油机组组天然气机组组lng机组组燃煤带带fgd燃煤不带带fgd 电站规模台数*功率，mw ） 2550255025502550 建设工期（工程开始到投产 ，a） 44444 比投资费 用 (美元/kw)86051051014001160 负荷因数 (%)8590907070 供电效率 ()36.2745.46*45.46*34.7935.89 燃料价格 (美元/kj)2.1383.7922.370 5.214* * 1.2321.8661.2321.896 发电 成本 （美元/kwh）53.176.54580.356.665.548.452.2 其中：基本建设费20.511.311.330.725.8 运行维护费2.54.24.29.36.4 规划费30.153.729.564.816.625.516.220 上表数据说明 *目前联合循环供电效率已达56.5% *把液化天然气的设备都考虑到燃料费中 *1995年美国管道输送的天然气实价 1、天气热价格比较低廉时，燃用天然气的联 合循环机组的发电成本要比同等功率燃煤 带fgd的机组低 2、我国天然气价格较高 美国气煤价格比2:1 我国则为4:1 燃气轮机国产化的问题 1、2001年10月国家计委颁布燃气轮机产业 发展和技术引进工作实施意见 2、2004年428号文 以市场换技术，引进pg9351fa、m701f、 v94.3a等机组，17个燃气轮机电站40多台燃 气轮机及其联合循环机组 3、三大公司哈尔滨动力、东方东方电气、上 海电气分别与ge动力、三菱重工、siemens合 作组装、生产燃气轮机 7、电力系统配备燃气轮机类型 特点 1、大型燃气轮机 2、中型燃气轮机 3、轻型燃气轮机 4、微型燃气轮机 大型燃气轮机 特点： 1、在电力系统中承担中间符合和基本负荷 2、功率大、效率高 3、能够长期稳定运行 4、力求减少启停次数 5、启动加载性能较差 在热态下从启动到加载至满负荷耗时一般不 少于25min。 中型燃气轮机 特点： 1、满足快速启动和加载要求 能在310min内完成启动、加载至满 负荷的全过程 2、适应调峰负荷或处理电网紧急事故的 需要 3、功率等级比较小，2050mw 适用于分布式电站的燃气轮机 1、燃机选型与使用场所密切相关 较大小区单机功率可以达到2030mw 大型机场单机功率一般在45mw 大型医院、商场仅需数十千瓦 银行、宾馆适宜选用微型燃机 2、要注重能源高效利用 热电联供效率75%以上 热电冷联供效率80%以上 8、燃气轮机名词和概念的说明 1、基本负荷、中间负荷、尖峰负荷等概念 运行代码码abcdef 符合特征 连续满负 荷 基本符合中间负 荷 基本/尖峰 交替负荷 每日启停尖峰负荷 参 数 范 围 年运行小 时数 8000860060008000300060002000300020004000200800 使用率9010070903575205020502.210 年启动点 火次数 340208010604012025030060150 年小时数/ 点火次数 2006040060400 3060 101838 快速启动 次数 05010020 跳闸次数081816161616 基本符合中间负间负 荷尖峰负负荷 年运行小时数（h/a）600020006000601010 1、上表根据iso3997“燃气轮机采购”的定义编制而成 2、机组采用何种模式运行，与燃料价格、机组性能、电价 、热价、电力结构和负荷需求有关。 1、简单循环的燃气轮机主要适用于承担 尖峰负荷，联合循环机组适用于承担中间负 荷和基本负荷 2、基本负荷燃气轮机： （1）要求额定负荷率高 （2）要能长期燃用低级燃料，如重油、煤气、天然气 （3）寿命要长50000100000h。 （4）运行可靠，便于维护 8、名词和概念的说明 3、尖峰负荷 电网中负荷变动的部分通常有若干台尖峰复合机组担任，尖 峰机组也兼做备用机组，需要紧急启动。 一般情况下，按照最大负荷设计机组，则经常利用的负荷可 能只有1/4，很不经济。它们占电厂容量的15%左右，每天只 运行812h，一年只运行数百小时。 （1）设备要求成本低、尺寸小，质量小。以降低厂房及基础 造价。 （2）不单纯追求效率 （3）要求启动次数多，能迅速启动，每次启动时燃料消耗要 少。 （4）寿命不需很长，1000020000h。 8、燃气轮机名词和概念的说明 4、中间负荷 特点和要求介于基本负荷和尖峰负荷机组 之间。 8、燃气轮机名词和概念的说明 2、“f”技术 ge公司首先提出 通过冷却技术的改进使透平进口初温t3在 原e级基础上提高了150160，相应的 压气机的压比也有所提高，从而使简单燃 气轮机效率提高到35%以上，联合循环效 率接近60%。这些技术在20世纪90年代初 由最先推出的的ge公司称为“f”技术。 “f”技术： 1、提高单级压气机压比，以适应透平进 口初温提高的要求，同时也提高压气机流 量； 2、高温部件的冷却：叶片冷却、机组转 子与静子冷却系统的设计技术； 3、燃烧室壁面冷却和降低排放的问题； 4、耐高温材料和涂层的应用。 8、燃气轮机名词和概念的说明 3、透平进气温度t3* （1）t3a:透平进气温度（turbine inlet temperature， tit） 即燃烧室出口燃气的平均总温（滞止温度） （2）t2b:燃烧温度（firing temperature，trit） 紧接第一级透平导叶尾缘处的燃气质量平均总温，即通过第一级 导叶后的燃气与第一级导叶冷却后的冷却空气掺混形成的混合 燃气的总温。 （3）t3c：利用现场实验条件取的数据，是机组热平衡计算模 型 8、燃气轮机名词和概念的说明 4、iso条件 （1）总压为101325pa（760mmhg，近似于 1013bar，1,0332kgf/cm2）绝压，相当于海平面高 度 （2）总温为15 （3）相对湿度为60% （4）如果对工质进行冷却，冷却水进口温度为 15 gb/t1400992004燃气轮机采购增加的条件 8、燃气轮机名词和概念的说明 1、机组输出参数与进口空气参数有很大关 系，应有一个的规定标准 2、尽量不采用nema（美国电气制造商协会 ）条件 3、机组设计点数据取电厂当地的年平均大 气参数 某型号燃气轮机功率、热耗与大气温度修 正曲线 在设备采购合同明确的内容 二、燃气蒸汽联合循环 及分布式能源介绍 本节主要是了解天然气分布式能源的一些 常见设计运行方式，各运行方式的优劣有一 个初步了解。 简单循环 联合循环 热电联产 热电冷联产 分布式能源供应 简单循环燃气轮机 联合循环系统图（1-1-1） 联合循环系统图（2-2-1） 单轴联合循环机组3压联合循环 v94.3a联合循环标准模块图 109fa联合循环单轴布置模块图 siemens v94.3a联合循与环ge公 司109fa联合循环均是单轴布置 二者有何不同？ 发电机布置位置不同 对运行方式有何影响？ 1、当汽轮机发生故障或检修时，燃气 轮机可以做简单循环运行，增加了运行灵 活性 2、启动快，不需要大容量的辅助锅炉 在启动时为汽机提供蒸汽 多轴联合循环机组全厂布置图 热电冷联供（燃机+余热锅炉） 联合循环（燃机+余热锅炉+背压式汽 轮机） 联合循环（燃机+余热锅炉+冷凝抽气式 汽轮机） 日立h25燃气轮机冷热电三联供 天然气分布能源站系统示意图 天然气分布能源站系统示意图 三、燃气轮机的结构 及工作原理 1、燃气轮机的基本结构（ saturn 20） 驱动附件 空气进口 压缩机转子 燃烧室外罩 透平转子 液体燃料歧管 齿轮箱 空气排放阀端口 压缩机扩容器 燃料喷嘴 气体燃料歧管 透平排气扩容器 输出轴 saturn 20燃气轮机效果图 trent 60 燃气轮机效果图 v94.2燃气轮机 压气机转子 1、可拆卸 焊接转子 红套打销子转子 2、不可拆卸 长拉杆转子（中心拉杆、分布拉杆） 短拉杆转子 燃气轮机转子 压气机转子装配 中心拉杆转子优点 分布式长拉杆 分布式长拉杆装配 pg9171e燃气轮机分布式拉杆 压气机叶轮 压气机 压气机的喘振 进口导叶或前几级静叶可调 中间放气（放气阀） 双转子或多转子压气机 进口导叶或前几级静叶可调 v94.2燃气轮机燃烧室 v94.2燃气轮机燃烧室外观 v94.2a环形燃烧室 透平 v94.2燃气轮机叶片冷却空气供气 2、燃气轮机的工作原理 saturn 20燃气轮机 燃气轮机的工作原理 启动装置 混合（预混合） 压气机 高压压缩空气 高温、高压燃气 推动涡轮旋转做功 燃烧室燃烧 输出功率（发电机） 附件工作 3、燃气轮机运行中遇到的问题 1、进气过滤器堵塞与反吹的问题 2、夏季润滑油温度过高的问题 3、流量调节阀卡滞的问题 四、燃气轮机的防火防爆 问题的提出： 燃烧室及涡轮高温部 件 + 天然气 1、点火瞬间 2、运行中意外熄火 1燃烧室及高温部件的防火防 爆 燃气轮机的吹除带转 燃气轮机天然气管线进入燃烧室前设置主 副截止阀 独立的快速截止阀 燃气轮机熄火保护系统 燃气轮机的吹除带转 在燃气轮机点火前将进气道直至排气 系统(包括烟囱、余热锅炉)中的可燃气体予 以充分排除 当使用气体燃料时，起动前冷吹有时 间、次数要求。起动控制系统必须具有足 够的冷吹时间(或次数) 进入燃烧室前设置主副截止阀 主副截断阀，两阀间设检查阀 主副截止阀工作原理 压力传感器 主阀副阀 天然气来气去燃气轮机 独立的快速截止阀 燃料控制系统还要有独立的快速截止阀 。它在任何一种停机指令下都能切断所有 流向燃气轮机的燃料，并且在允许点火的 所有条件都满足之后才能打开 燃气轮机熄火保护系统 熄火保护的功用：点火不成功、熄火起 到切断天然气的保护 一旦发现燃烧室火焰有熄火的情况，熄 火保护系统立即发出信号，切断燃气管路 五、燃气轮机撬体的防火防爆技术 1、燃气轮机撬体外观 2、燃气轮机撬体的防火防爆技 术 1.燃气轮机撬体的通风 2.可燃气体、温度、火焰（烟雾）探测器 3.燃机本体的气体灭火系统 4.防爆电器、分区 3燃气轮机撬体内的通风 增加通风可以有效地减少可燃气体的聚集，减少爆 炸的危险性 撬体的常见通风方式 -撬体正压通风 -撬体负压通风 4可燃气体、温度、火焰(烟雾）探 测器 可燃气体探测器 温度探测器 火焰探测器 5. 燃机本体的气体灭火系统 燃机机组本体的co2气体灭火系统是通 过降低燃机罩壳内隔间空气中的氧气含量 达到灭火的目的 1、灭火系统与各类探测器联动 2、灭火系统与燃机控制系统联动 3、灭火系统与撬体通风联动 polytropic efficiencies (turbines ) x t s p3 p0x 03 3 0x px (n,0n) p03 p0n=p4=pa (n*,0n*) 相同类似的分析请同学们考虑： 结 论 物理解释：压气机级数增 加，压比增加，涡轮膨胀 做功能力增加，就涡轮效 率而言是增加的。 polytropic efficiencies t s pn 0 n k+1 k 两者之间的关系 polytropic efficiencies t s pn 0 n k+1 k 两者之间的关系 多变指数n 这就是多变效率的由来，是非等熵 同理可得到涡轮的多变指数 x t s p3 p0x 03 3 0x px (n,0n) p03 p0n=p4=pa (n*,0n*) 压气机等熵效率和透平等熵效率与压比变化趋势的分析 80 85 90 2468101214 compressor turbine pressure losses 在能量转化工质输送过程中均有沿程阻力 损失，在各部件中均有总压损失（进气道 、压气机、燃烧室、透平、换热器、排气 道） p02 1 2 12: compressor 5 pha 25: air-side of exchanger p03 3 pb 53: combustion pa p04 4 34: turbine phg 6 46: gas-side of exchanger 61: exhaust ducting t s pressure losses p02 1 2 5 pha p03 3 pb pa p0 4 4 phg 6 t s the pressure losses have the effect of decreasing the p relative to c and thus reduce the net work output from the plant, so that pressure losses have a significant effect on the cycle performance. the frictional pressure losses for a large industrial unit heat-exchanger effectiveness p02 1 2 5 pha p03 3 pb pa p04 4 phg 6 t s mass conservation energy conservation mechanical losses bearing friction, windage, and so on compressor other components including: 1. gearing equipments; 2. fuel pumps; 3. oil pumps; 4. other ancillary devices; variation of specific heat important for estimation of cycle performance & cp fuel/air ratio, combustion efficiency and cycle efficiency