燃气-蒸汽联合循环机组详介

1、燃气-蒸汽联合循环机组 详介 燃气燃气蒸汽联合循环发电系统的流程蒸汽联合循环发电系统的流程 在经过加热后的天然气进入燃气轮机的燃烧室，与压气机压入 的高压空气混合燃烧，产生高温高压气流推动燃气轮机旋转做 功。 从燃气轮机排出的气体温度高达摄氏600度，仍然具备很高的 能量，把这些高温气体送到锅炉，把水加热成蒸汽去推动蒸汽 轮机，带动发电机发电。 燃气轮机的工作原理燃气轮机的工作原理 燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮 高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃 式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。 燃气轮机的基本原理与蒸汽轮机很相似，不同 处在于工质不是蒸汽而是燃料燃烧后的烟气。 燃气

2、轮机属于内燃机，所以也叫内燃气轮机。 燃气轮机的工作过程 压气机连续地从大气中吸入空气并将其压 缩。 压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料 混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃 气透平中膨胀作功，推动透平叶轮带着压 气机叶轮一起旋转 加热后的高温燃气的作功能力显著提高， 因而燃气透平在带动压气机的同时，尚有 余功作为燃气轮机的输出机械功。 燃气轮机由静止起动时，需用启动设备， 待加速到能独立运行后，起动机才脱开。 下面是一台燃气轮机模型，通过它来了解燃气轮机的工作过程下面是一台燃气轮机模型，通过它来了解燃气轮机的工作过程。 模型的前端是空气进入口；环绕燃气轮机安装的是燃烧室；在燃烧室端面有天燃

3、气的 入口；燃气轮机的后面是燃烧后的高温气体排出口。 把燃气轮机剖去1/4，可以看到内部的结构。 燃气轮机由三大部分组成，左边部分是压气机，有进气口，内部一排排叶片是压 气机叶片；中间部分是燃烧器段，围绕一圈的是燃烧室； 右边部分是燃机透平，其中有透平叶片，右侧是燃气排出口。 燃气轮机的设备结构燃气轮机的设备结构 燃气轮机构造有三大部分：空气压缩机，燃烧室， 燃气透平系统。 空压机空压机 压气机负责从周围大气中吸入空气，增压后供给 燃烧室。为了生成高压空气，压气机装有多级叶 轮，若干叶轮固定在压气机的转轴上构成压气机 转子,转子上的叶片称为动叶。如下图所示： 在每两级动叶之间有一组静止的叶片（

4、简称静叶），一组动叶与 后面相邻的静叶，称为压气机的一个级。多数燃气轮机的压气机 有十几级，高速旋转的动叶把空气从进气口吸入压气机，经过一 级又一级的压缩，变成高压空气。由于压气机内气体流动方向与 旋转轴平行，称为轴流式压气机。如下图所示 。燃气轮机启动 时，先把发电机当作电动机带动压气机旋转，把空气压入燃烧区。 燃机点火后，则逐渐转变至由透平带动压气机旋转压气 燃烧室燃烧室 燃气轮机一般有十几个燃烧室，安 装在燃机外围。如下图所示： 下面是一个燃烧室的剖面模型。燃烧室由外壳与 火焰筒组成，在外壳端部有天然气入口，在火焰 筒尾部联接过渡段，在燃烧室内装有燃料喷嘴。 A 天然气通过燃烧室端部燃气

5、入口进入燃烧室，喷 入的天然气与压气机压入的空气在燃烧室火焰筒 里混合燃烧。燃烧使气体体积剧烈膨胀，生成高 温高压燃气从燃烧室过渡段喷出，进入透平做功。 9FA燃烧室火焰筒图片 v94.3燃烧器燃烧室内部结构 透平透平 燃气透平也称为燃气轮，从燃烧室喷出的 高压燃气推动透平叶轮旋转，把燃气的内 能转化为透平的机械能 燃气推动旋转的叶轮上的叶片称为动叶， 在每级动叶的前方还安装一组静止的叶片 （静叶），静叶起着喷嘴的作用，使气流 以最佳方向喷向动叶。一组静叶加一组动 叶为透平的一级。为了充分利用燃气的热 能，透平一般为3级或4级。如下图所示： 透平叶轮安装在透平转轴上构成透平转子。（如 下图所示

6、）压气机转子与透平转子是安装在同一 根转轴上，称为燃气轮机转子，透平旋转时也就 带动压气机旋转工作。透平转子带动发电机发电， 额定转速是每分钟3000转。 下面是一个燃气轮机整体剖面图 余热锅炉的基本原理余热锅炉的基本原理 余热锅炉包括上升管、汽包、下降管主要部件。上升管是 由密集的管道排成的管簇，由上联箱、下联箱连成一体； 上联箱通过汽水引入管连通汽包，汽包再通过下降管连到 下联箱；上升管管簇、汽包、下降管构成了一个环路。上 升管管簇在炉膛内，汽包与下降管在炉体外面。 把水注入汽包，水便灌满上升管管簇与下降管，把水位控 制在靠近汽包中部的位置。当高温燃气通过管簇外部时， 管簇内的水被加热成汽

7、水混合物。由于下降管中的水未受 到加热，管簇内的汽水混合物密度比下降管中的水小，在 下联箱形成压力差，推动上升管内的汽水混合物进入汽包， 下降管中的水进入上升管，形成自然循环。如下图所示 余热锅炉基本原理图余热锅炉基本原理图 上图是汽包（也称锅筒）结构示意图, 汽包是水受热、蒸发、过热的重要枢纽， 保证锅炉正常的水循环。上升管内的汽水混合物进入汽包后，通过汽水分离 器分离成饱和蒸汽与水，饱和蒸汽通过汽包上方蒸汽出口输出；分离出的水 与给水管注入的水再进入下降管。（给水汽包下降管蒸发器上升 管汽包经分离-蒸汽去过热器 -水经下降管继续循环） 用来产生饱和蒸汽的上升管管簇称为蒸发器，电厂锅炉还 有

8、省煤器与过热器，它们都由管簇组成。进汽包的水先在 省煤器加热，再通过汽包、下降管进入蒸发器，可以提高 蒸发器的效率与锅炉的效率。蒸发器生成的饱和蒸汽经汽 包输出，再进入过热器加热成过热蒸汽，用过热蒸汽推动 蒸汽轮机运转能保证系统的高效与安全。 余热锅炉的结构余热锅炉的结构 从燃气轮机排出的气体温度高达摄氏600度，仍然具备很 高的能量，把这些高温气体送到锅炉，把水加热成蒸汽去 推动蒸汽轮机，带动发电机发电，可使发电容量与联合循 环机组的热效率相对增高50%左右。这个靠燃气轮机排出 气体的余热来产生蒸汽的锅炉称为余热锅炉。 余热锅炉主要有进口烟道、炉体、汽包、烟囱组成。在炉 体内有密集的管道，给

9、水泵将要加热的水压进这些管道， 燃气轮机排出的高温气体将管道内的水加热成高压蒸汽。 大型余热锅炉有低压、中压、高压三部分，可同时产生低 压过热蒸汽、中压过热蒸汽、高压过热蒸汽，分别驱动低 压汽轮机、中压汽轮机、高压汽轮机，一起带动发电机发 电，可大大增加燃气轮机发电厂的发电量。 大型余热锅炉与燃煤电厂锅炉原理与组成基本相同，主要 少了燃料运输粉碎与燃烧系统。 余 热 锅 炉 的 外 观 结构图。 余热锅炉本体采用模块化结构，以方便运输、安装。模块 由管簇组成,是几十根管子组成的蛇形管组件, 模块两端有 上联箱与下联箱，是锅炉的受热部件，水在模块内被外部 的高温气体加热。 为了更好的传递热量，在

10、管道外表焊上鳍(qi)片（也称肋 （lei）片）来增大管道的传热面积，下图展示的是一小段 焊有鳍片的管道。 打开锅炉的侧壁，可看到内部装有多个模块，实际锅炉有 近20个模块，其中多数是蒸发器、省煤器、过热器三类模 块，除此还有再热器模块。 余热锅炉汽水流程余热锅炉汽水流程 大型燃机电厂采用三压再热循环余热锅炉，汽水系统主要 由低压、中压、高压三部分组成，可同时产生低压过热蒸 汽、中压过热蒸汽、高压过热蒸汽，分别驱动低压汽轮机、 中压汽轮机、高压汽轮机，可最充分的把燃气的热能转换 成机械功。 低压部分由低压省煤器、低压汽包、低压蒸发器、低压过 热器组成。从凝结水泵来的冷水，通过低压省煤器预热后

11、输入低压汽包，汽包下面连接着蒸发器，水在低压蒸发器 内加热成饱和蒸汽上升到低压汽包。饱和蒸汽从低压汽包 输出再通过低压过热器加热，产生低压过热蒸汽，用来驱 动低压蒸汽轮机旋转做功。 大型余热锅炉汽水流程图大型余热锅炉汽水流程图 汽水流程 低压部分由凝结水加热器、低压汽包、低压蒸 发器、低压过热器组成。通过凝结水加热器出 来的水进入低压汽包，在低压蒸发器内加热成 饱和蒸汽上升到低压汽包。从低压汽包输出的 饱和蒸汽通过低压过热器加热，进入低压缸， 用来驱动低压蒸汽轮机旋转做功。 中压部分由中压省煤器、中压汽包、中压 蒸发器、中压过热器、再热器组成。通过 凝结水加热器出来的水由中压给水泵注入 中压省

12、煤器继续加热，然后进入中压汽包， 在中压蒸发器内加热成饱和蒸汽上升到中 压汽包。从中压汽包输出的饱和蒸汽通过 中压过热器加热，然后再与高压汽轮机排 出来的蒸汽混合，一同经过再热器加热， 产生中压再热蒸汽，用来驱动中压蒸汽轮 机旋转做功。 高压部分由高压省煤器、高压汽包、高压 蒸发器、高压过热器组成。通过凝结水加 热器出来的水由高压给水泵注入高压省煤 器加热，然后进入高压汽包，在高压蒸发 器内加热成饱和蒸汽上升到高压汽包。从 高压汽包输出的饱和蒸汽通过高压过热器 加热，产生高压过热蒸汽，用来驱动高压 蒸汽轮机旋转做功。 燃气电站系统布置燃气电站系统布置 燃气轮机、蒸汽轮机、发电机、余热锅炉四种主

13、要设备 组成了燃气蒸汽联合循环发电系统，实际上这四种设备 的组合布置有多种方式，但主要的分类方式是按轴系布置 来分，一种是多轴布置方案，一种是单轴布置方案。 一、多轴布置一、多轴布置 所谓多轴即燃气轮机带动一台发电机，蒸汽轮机带动一 台发电机，各自一个轴系。在电厂建设时，只要燃气轮机 机组安装完毕即可发电（不必等到锅炉与蒸汽轮机安装完 毕）；蒸汽轮机检修时燃气轮机仍可发电。系统启动快， 燃气轮机可先启动发电（不必等到锅炉里的水加热成蒸 汽）。在我国20万千瓦以下的燃气蒸汽联合循环发电机 组多数采用多轴布置。 下面是一套多轴布置系统流程示意图 二：单轴布置 单轴布置系统为燃气轮机、蒸汽轮机、发

14、电机串联在一根轴上，共用一台发电机发 电。 由于一套单轴系统只有一台发电机与相关 电气设备，可节省设备费用，减少厂房面 积，系统调控相对简单。目前30万千瓦以 上的燃气蒸汽联合循环发电机组多数采 用单轴布置。 单轴布置系统流程示意图 一 单轴布置系统流程示意图 二 多台机组可并排布置，安装在同一个厂房内，下 图是三个机组的电厂布置图 下图是一副详细的单轴系统设备结构图。下图是一副详细的单轴系统设备结构图。 单轴联合循环机组的轴承和离合器布置 燃气轮机发电机励磁离合器汽轮机 轴颈轴承 轴颈推力联合轴承轴颈推力联合轴承 轴颈轴承轴颈轴承轴颈轴承 轴颈推力联合轴承轴颈推力联合轴承 优化后的热膨胀（大约值） 20 mm (0.8 in) 0 膨胀