鼎能AMUS蒸汽余压发电系统介绍

AMUS蒸汽余压发电系统介绍安徽鼎能电力投资股份有限公司公共管理学院学生会目录一、AMUS系统简介 21、AMUS的主要任务 22、蒸汽余压的成因 23、制约中大型汽轮机的条件 24、AMUS的诞生 3二、AMUS系统组成 5三、动力机技术 61、ECT（EnergyConservationTurbine）蒸汽透平 62、螺杆膨胀机 8四、发电机技术 121、同步发电机工作原理 122、异步发电机工作原理 123、同步发电机与异步发电机优缺点对比 13五、AMUS的适用性 13【A——适应低品位蒸汽利用需要】 13【M——小型化】 14【U——无人值守运行】 14【S——撬装式】 14【有关说明】 15六、技术风险释疑 17七、项目举例： 20八、建成项目列举 20

一、AMUS系统简介1、AMUS的主要任务AMUS是专为解决蒸汽余压利用难题而出现的。蒸汽余压，是被浪费的、未做功利用的、蒸汽压力温度等级差（简称压差）,一般出现在蒸汽的减温减压使用环节。蒸汽余压中，有可利用的蒸汽梯级能力差。但这类蒸汽一般有压力波动大、流量变化大、含不饱和蒸汽等特质，相对于高温高压饱和蒸汽，我们称之为“低品位蒸汽”，充分利用蒸汽余压的关键，是研究如何能有效适应低品位蒸汽，以及如何具备较高的经济适用性。AMUS是专为适应低品位蒸汽发电而研发的余压发电系统！2、蒸汽余压的成因很多企业在生产工艺中，需要降低蒸汽品位等级，以满足工艺用汽需要。尽管按照热力学第一定律——能量转化及守恒定律，减温减压没有造成蒸汽中总能量的损失；但热力学第二定律指出，蒸汽减温减压（向低品位转换）的过程，是一个不可逆的、熵增和焓降的过程，降低了蒸汽的做功能力。为利用减温减压中损失的蒸汽做功能力，通常采用中大型汽轮机压差发电机组背压发电利用；但中大型汽轮机压差发电机组，只能解决中高品位段的蒸汽压差利用，且要求供汽稳定性、装机容量、场地空间、经济规模等多项条件须同时满足其较高的要求。许多不能满足中大型汽轮机压差发电机组运行条件的蒸汽压差，几乎全部采用了普通的减温减压装置对蒸汽进行节流和喷水内冷，浪费了蒸汽品位递减中损失的做功能力。这些中大型汽轮机利用不了的蒸汽压差，就是我们要解决的蒸汽余压！3、制约中大型汽轮机的条件⑴装机容量分散在用汽企业生产工艺中的蒸汽低品位段减温减压点，一般都是蒸汽流量小或者压差温差降幅小，能实现的压差发电功率规模比较小，大部分都低于2000KW左右。中大型汽轮机大都应用在数十万KW级以上的热力发电项目中，它的小型化发展尚不成熟，可成熟稳定运行的装机功率一般都不低于3000KW。⑵蒸汽湿度需要被减温减压的低品位段蒸汽，一般已低于过热状态、开始具有湿度并随品位降低逐渐增大，这是冲击型叶片式结构的、对蒸汽干度要求极高的汽轮机所不能接受的，会因此带来严重安全隐患和稳定运行威胁。⑶参数波动企业生产系统的波动，必然导致供汽流量、压力和温度产生较大幅度的波动；因此会使压差发电机组出现过负荷运行、低负荷运行或频繁启停等多种复杂工况，这是要求参数稳定性高、启停需要较长时间暖机和盘车的汽轮机所无法接受的，会因此大大提高故障率、增加运行成本、严重影响使用寿命。⑷场地空间分散在用汽企业生产工艺中的减温减压站点，其附近的闲置空地一般非常有限，无法满足汽轮机压差发电机组所需的400平方米左右的安装场地。而场地条件看似非技术性因素，往往能单项否决压差发电项目的可行性。⑸运行成本蒸汽低品位段的压差发电规模都比较小、发电效益有限，往往难以消化汽轮机组运行维护定员不少于10人左右、常规保养和大修频率较高导致的项目运行成本。这使得许多效益规模小的汽轮机压差发电项目，失去经济可行性。4、AMUS的诞生为解决上述难题，安徽鼎能集成多项关键技术和产品，推出适应低品位蒸汽的（adapttolowgradesteam）、小型化的（miniaturization）、可无人值守的（unattended）、撬装式（skidmounted）的蒸汽余压发电系统——简称AMUS蒸汽余压发电系统。AMUS——能适应蒸汽压力温度低和湿度大，能适应蒸汽流量、温度、压力波动大，能装机容量小，体积小占地面积少，无人值守运行成本低，撬装式安装简便工程造价低，突破性地为蒸汽余压利用创造了新的可行性。有蒸汽余压的企业，因利用点少不可能专门立项研究，也因此对新的可应对蒸汽余压利用的技术手段缺乏了解，更不了解蒸汽余压发电系统集成内容、实际运行表现，以及应对运行问题的办法。AMUS的用户，几乎每个都蒸汽余压问题是陌生的，面临较高的决策时间和经验成本。二、AMUS系统组成1、动力机：将蒸汽温度、压力降低中损失的做功能力转化为动能，从而带动转子，输出转动的机械能。2、减速机：将动力机输出机械能的转速，降至匹配发电机的设计转速，通过联轴器与发电机转子连接，向发电机输出机械能。3、发电机：将动力机和减速机输出的机械能，转化为电能并输出。4、调速控制系统：PLC及仪表，其作用是机组调速控制、动力机运行保护控制、供汽参数保证控制等。5、电气控制系统：辅助电气设备控制和发电机送电控制等。6、防振支撑：作为各部件整体撬装的承载体，能吸收机组运行产生的振动，使机组安装不需特殊的土建工程。7、辅助系统（润滑油系统、冷却系统等）。组成部件分解图：系统热力图三、动力机技术1、ECT（EnergyConservationTurbine）蒸汽透平【工作原理】⑴蒸汽（0.3MPa以上）从入口端引至透平喷嘴，在喷嘴内将压力能转换成动能，蒸汽降压增速，蒸汽离开喷嘴的速度约为400-600m/s。⑵蒸汽离开喷嘴后，冲击透平转子叶片旋转，通过透平转子输出机械能，透平转子速度为12000转/分，经齿轮箱减速至发电机运行转速（3000转/分），再由联轴器与发电机或负载设备连接，输出动力。⑶控制单元通过流量控制阀和压力控制阀控制和调节蒸汽，来调整转速和排汽参数，以满足生产工艺对蒸汽的要求。【技术特点】⑴融合了世界先进的航空涡轮动力和蒸汽透平动力技术，将透平机工作原理与涡轮动力技术相结合，改进建模形式，使流道尺寸、叶片形状更符合蒸汽流动过程状态变化，从而减少能量无效损耗，达到最大效率。⑵独特的转盘和叶片一体化的叶轮设计，使其保留了与汽轮机相似的冲击型叶片式结构效率高的优点；又因其叶轮用实心不锈钢锻件一体铣削而成，与汽轮机叶片相比，具有更坚固、更耐用、强度高、耐水蚀能力强的优点，增加了应对低品位段蒸汽压差利用难题的特点，可适应蒸汽流量小、压力低、湿度高、波动大、压差温差降幅小等困难，承受末级排汽湿度达到17%，最低能利用0.3MPa的饱和蒸汽，单机容量可小到30KW、大到5000KW。⑶叶轮为高速悬臂设计，与流管连接紧凑。启停无需暖机和盘车，能在5分钟之内快速启动，可以实现快速启停，适合频繁操作，适应各种工况波动。2、螺杆膨胀机【工作原理】⑴螺杆膨胀机是膨胀型、容积式动力机，有别于冲击型、叶片式透平机。它的基本构造是由一对阴阳螺旋杆转子、水套、机械密封、轴承、同步齿轮和机壳组成。⑵蒸汽从入口端引至进入阴阳螺杆及机壳组成的V型齿槽容积内，蒸汽压力释放体积膨胀，蒸汽膨胀力依次有序推动V型齿槽容积变大，从而推动阴阳螺杆转子反向旋转，实现动能向机械能的转换，通过阳螺杆输出动力，连接负载设备或连接发电机。⑶蒸汽降压膨胀做功后，由排汽口输出；控制单元通过流量控制阀和压力控制阀控制和调节蒸汽，来调整转速和排汽参数，以满足生产工艺对蒸汽的要求。【技术特点】⑴创造性地把热能动力转化过程，由蒸汽高速冲击叶片旋转，改为蒸汽膨胀推动螺杆旋转；比冲击型叶片式结构动力机，更坚固耐用、结构更简单、使用更方便、寿命更长，抗波动能力强。⑵通过牺牲少量效率的方式，获得了更强应对超低品位的蒸汽余压利用的能力，更能承受蒸汽湿度增加的不利影响，能直接利用过热蒸汽，饱和蒸汽、高湿度汽水混合物驱动螺杆旋转做功，兼容性更强。⑶因单极螺杆转子的体积比多级叶片或叶轮的体积更小，结构更紧凑，占地面积更小，适应汽源参数各种波动和频繁启停的能力更强，寿命更长达30年。四、发电机技术1、同步发电机工作原理发电机启动时，依靠自动电压调节器（励磁装置）提供的励磁直流电流，调节励磁机定子的磁场强度，从而调节交流励磁机电枢电流，该交流电流经旋转整流器整流后送入主机磁场，使主发电机建立电压，在转速接近额定值时，自动电压调节器使发电机电压迅速上升，并稳定在额定值（见上图）。发电机在正常运行过程中，若因某种原因，例如：负载变化、转速变化、各绕组温度变化等，发电机端电压有升高或降低的趋势时，自动电压调节器能检测出这一微小的电压偏差，并迅速地减少或增加励磁电流，维持发电机的端电压近似不变。2、异步发电机工作原理异步发电机的结构原理与异步电动机的结构原理是一样的。根据电磁可逆原理，如果用原动机拖动异步电动机顺着旋转磁场的方向旋转，且使电机转速n大于同步转速n1，即n>n1，则s<0(转差率n1-n)，磁场切割转子导体的方向与电动机状态时相反。因此转子电势、转子电流及电磁转距方向也与电动机运行状态时相反。电磁转距与转子转向相反，对转子的旋转起制动作用，转子从原动机吸收机械功率。由于转子电流改变了方向，定子电流跟随改变方向，也就是说，定子绕组由原来从电网吸收电功率，变成了向电网输出电功率，使电机处于发电状态。3、同步发电机与异步发电机优缺点对比序号对比内容同步发电机异步发电机1并网冲击数字励磁、微机同期装置，保证合闸同步的精度，对电网的冲击基本为。电机额定电流的倍2并网操作并网前必须保证电机输出与电网同步，并网操作相对异步电机复杂无同期装置及励磁装置，达到同步转速即可，操作简单。3维护结构及控制部件比异步电机复杂，维护工作量略维护与电动机相同，比同步电机简单。4无功可输出无功，无功可调。不发无功，需要吸收电网的无功来建立磁场。5发电品质品质较高谐波相对较大6安装环境，要求安装在室内，无防爆型。防爆型的功率小、输出电压低（防护等级最高防护等级外安装，并有防爆型五、AMUS的适用性【A——适应低品位蒸汽利用需要】动力机采用冲击型叶轮式ECT蒸汽透平，和膨胀型容积式螺杆膨胀机，有别于中大型汽轮机的冲击型叶片式结构，大大增强了应对低品位段蒸汽余压利用的能力，可解决蒸汽余压的降幅小、流量小、湿度大、波动幅度大的难题。ECT透平：适用于蒸汽压力低至0.3MPa以上的饱和蒸汽。蒸汽温度＜550℃，功率范围30-5000kW。螺杆膨胀机：适用的蒸汽压力范围为0.1MPa-4.0MPa，温度＜350℃以下，功率范围5-2000kW。利用蒸汽压差＜2.0MPa。【M——小型化】小型化指可接受的项目发电功率，和系统占地面积，都比汽轮机项目更小。AMUS系统结构设计紧凑，装机功率可小到几十千瓦，适用于蒸汽余压利用的热源点分散、不集中、利用场地面积小等特性。AMUS系统的占地面积，为长宽10×6㎡到12×9㎡。且必要时，可采用集装箱式，占地面积更小。【U——无人值守运行】AMUS的控制系统人机界友好面，PLC内置程序可自动控制系统的绝大部分操作，包括启动、运行、停止、保护和监测等，操作简单方便，能接受操作人员异地远程输入操作命令。AMUS配置一套温度压力及流量检测装置，能根据各种不同工况，判断整个系统的各个运行状态，控制系统执行不同的程序。根据热源参数变动情况自动调节流量、压力控制阀门，确保满足生产工艺要求，并使机组保持高效运行。AMUS蒸汽余压发电项目，一般装机功率小、发电效益小，因无人值守运行减少了如中大型汽轮机压差发电机组所需的运行维护人员成本、频繁维护部件成本和大修成本，具备很强的经济适用性。【S——撬装式】动力机、发电机及所有辅助设备集成在一个撬体上，该撬体作为一个完整单元，在工厂中完成组装、对中和试验。安装时，机组安装在防震支撑上，不需要厚重的土建基础，只需在现场与蒸汽管、冷却水以及电气设施对接，即可投入运行。因此，减少了项目安装和土建工程成本，有利于缩短项目投资回收期；且撬装式集成还带来了可移动的特点，可减少因项目热源消失所产生的项目资产利用难度，以及资产残值变现处理难度。【有关说明】1、能量输出AMUS系统发出的电能，就近并入企业内网供企业使用，即按照就近发电、就近使用、并网不上网的原则。电压等级可根据企业需要设定为400V、6.3kV、10.5kV等均可。2、现场条件要求⑴提供AC380V、50-150kVA电源，用于油泵、水泵等自耗电设备的初启动。⑵提供工业冷却水，用于机组冷却系统。水质为无腐蚀、无泥沙等机械性杂质的洁净水，0.25MPa≤压力≤0.45MPa，水温≤35℃，循环流量30-50t/h。⑶提供洁净、干燥的仪表风，要求压力大于0.6MPa（g），流量不小于50Nm³/h。可满足一般通用气动调节阀或气动关断阀的要求。⑷提供就近的长宽10×6㎡到12×9㎡，用于安置AMUS系统和盖彩钢瓦简易厂房。⑸提供并网联络点，要求提供的变压器容量≥1.2倍发电机容量。3、环境保护本项目利用来源为蒸汽余压，不燃烧任何燃料，不产生烟尘与粉尘，不产生污水排放，无大气污染。本项目主要噪声源为动力机、发电机和管道内蒸汽流动等。动力机噪音，因机型大小不同，在85∽90分贝之间；发电机噪音标准，按GB/T50087-2013《工业企业噪声控制设计规范》规定执行。4、建设周期主体设备生产周期一般6个月，期间花1个月时间完成大部分的现场土建工程；主体设备运达现场后，安装、调试及土建扫尾工程周期一般1个月；AMUS系统工程周期一般7个月。5、设计标准GB50049-2011《小型火力发电厂设计规范》DL/T5054-1996《火力发电厂汽水管道设计技术规定》DL/T892-2004《电站汽轮机技术条件》GB/T5578－2007《固定式发电用汽轮机技术条件》GB/T13399－1992《汽轮机安全监视装置技术条件》GB/T30555-2014《螺杆膨胀机（组）性能验收试验规程》GB/T30554-2014《螺杆膨胀机术语》NB/T42026-2013《螺杆膨胀机型号编制方法》NB/T42027-2013《螺杆膨胀机承压铸钢件技术规范》JB/T6323-2002《减温减压装置》JB/T3595-2002《电站阀门一般要求》GB150-1998《钢制压力容器》GB12242-89《安全阀性能试验》GB/T4064-1993《电气设备安全设计导则》GBT7409-1997《同步电机励磁系统》GB/T14285-1993《继电保护和安全自动装置技术规程》GB50065-1994《交流电气装置接地设计规范》GB50217-1999《电力工程电缆设计规范》SDJ5-85《高压配电装置设计技术规程》DL/T5137-2001《电测量及电能计量装置设计技术规程》六、技术风险释疑AMUS系统给用能单位造成的技术疑虑，主要是系统排汽温度、压力和流量能否达到后续用汽工艺要求？系统输出电力对用能单位内网是否会造成冲击和安全隐患？项目建设中的蒸汽、电力接入和输出，是否会需要用能单位正常生产的长时间停产等待？1、排汽参数风险控制（参见原ppt内容不变）2、电力输入风险控制本项目发电机组向当地交流负载提供电能和向电网发送电能的质量，在谐波、电压偏差、电压波动和闪变、电压不平衡度等方面满足GB/T14549、GB/T24337、GB/T12325、GB/T12326和GB/T15543的要求。机组起动以后，依靠自动电压调节器提供的励磁直流电流，调节励磁机定子的磁场强度，从而调节交流励磁机电枢电流，该交流电流经旋转整流器整流后送入主机磁场，使主发电机建立电压，在转速接近额定值时，自动电压调节器使发电机电压迅速上升，匹配至电网电压值，目前并网发电属常规成熟技术，发电机并网后根据电网波动的情况自动调节发电机的励磁，并网不会对电网的供电品质带来任何不良影响。机组如遇突发事件，发电机系统的安全保护装置能与电网自动解列，确保电网和发电机的安全。发电机并网条件之一：电压相等发电机的电压有效值与电网的电压有效值相等，或接近相等，允许相差±5％的额定电压值。待并发电机的电压有效值Uf，与电网的电压有效值U之间的压差ΔU，若在允许范围内，所引起的无功冲击电流是允许的。否则ΔU越大，冲击电流越大，这个过程相当于发电机的突然短路。因此，必须调整两者间的电压，使其接近相等后才可并列。并网条件之二：频率相等发电机的频率应与电网的周波相等，但允许误差±0.05～0.1Hz/s以内。相关说明:若两者频率不等，则会产生有功冲击电流，其结果使发电机转速增加或减小，导致发电机轴产生振动。如果频率相差超出允许值而且较大，将导致转子磁极和定子磁极间的相对速度过大，相互之间不易拉住，容易失步。因此，在待并发电机并列时，必须调整频率至允许范围内。通常是将待并发电机的频率略调高于电网的频率，这样发电机容易拉入同步，并列后可立即带上部分负荷。并网条件之三：相位相同发电机电压的相位与电网电压的相位相同，即相角相同。相关说明：在发电机并列时，如果两个电压的相位不一致，由此而产生的冲击电流可能达到额定电流的20～30倍，所以是非常危险的。冲击电流可分解为有功分量和无功分量，有功电流的冲击不仅要加重动力机的负担，还有可能使动力机受到很大的机械应力，这样非但不能把待并发电机拉入同步，而且可能使其它并列运行的发电机失去同步。在采用准同期并列时，发电机的冲击电流很小。所以，一般应将相角差控制在10º以内，此时的冲击电流约为发电机额定电流的0.5倍。并网条件之四：相序一致发电机电压的相序必须与电网电压的相序一致。相序不同绝对不允许并网,否则容易烧毁发电机。并网柜装有微机同步装置，自动发出并网同期脉冲控制发电机的并网；采用数字式电机综合保护器，当发电机出现故障时，立即切断发电机与电网的联接，对发电机的运行起到保护作用；采用的先进的数字励磁装置，根据电网的情况，自动调节发电机励磁电流；装有浪涌吸收装置：防止雷击、电网的高次偕波烧毁发电关键控制部件。并网条件之五：发电系统试验为了保证系