Ξ
低热值煤气燃气轮机联合循环发电在钢铁厂的应用
刘文和1,杨若仪2
(11通化钢铁股份有限公司热电厂,吉林通化134003;21重庆钢铁设计研究院,重庆400013)
摘 要:燃气轮机联合循环发电效率比常规电厂高10个百分点左右,钢铁厂用的低热值煤气燃气轮机主要有单管燃烧室和分管燃烧室二种类型。容量应按钢铁厂富余煤气量呈正态分布的规律计算确定。还介绍了轴制、煤气预处理、电网联网等特殊问题。50MW 左右的机组已有国产化的实例。关 键 词:燃气轮机;联合循环;低热值煤气;应用
中图分类号:T M611131;TK 479+122 文献标识码:B 文章编号:1009-2889(2004)01-0021-05
0 前 言
我国大、中型钢铁厂一般都建有自备发电厂负责工厂供热与提供部份电力。自备发电厂多燃用或掺烧本厂富余煤气提高钢铁厂供电的可靠性,降低用电成本,对节能、环保、提高全厂经济效益都起到良好的作用,所以自备电厂往往是钢铁厂的重要组成部分,也是钢铁厂的重要利润增长点。从全国电力系统的结构调整看,国家不鼓励建设独立的小电厂,但对节能与环保发电项目还是积极支持的。上世纪90年代以前我国建设的自备电厂一般采用朗肯循环,用煤和煤气混烧锅炉,产生中压或高压蒸汽推动汽轮机发电,热电转换效率一般为28%-35%。只有上海B 厂建设的350MW 高蒸汽参数的
大机组才有38%的转换效率。1995-1997年B 厂引进一套145MW 的燃气轮机联合循环发电机组(简称CCPP ———C ombined Cycle P ower Plant ),开始了我国钢铁厂建设CCPP 的先河。B 厂CCPP 用高炉煤气作燃料,热电转换效率提高到45152%。2002年通化T 厂采用国内的设计,用高炉煤气掺入少量焦炉煤气的低热值混合煤气作燃料,只从美国GE 公司购买了燃气轮机的关键部件,建成了一套容量50MW 的CCPP ,热电转换效率也达到了42%。可以
肯定地说,CCPP 技术将很快使钢铁企业自备电厂的工艺技术推进到一个崭新的阶段。
1 低热值煤气燃气轮机联合循环发电
技术
燃气轮机联合循环发电是将煤气与空气压缩到115-215MPa ,在燃烧室内燃烧,使高温高压的燃气
直接在燃气透平(G T )内膨胀做功并带动空气压缩
机(AC )与发电机(GE )完成燃机的单循环发电,燃气透平排出的烟气温度一般在500℃以上,将此高温烟气通过余热锅炉(HRSG )生产中压蒸汽,推动蒸汽轮机(ST )发电,蒸汽轮机发电是燃机发电的补充,并完成联合循环,进一步提高系统的热效率。CCPP 的汽机还可以外供蒸汽,使联合循环可以灵活组成热电联产的电厂。在CCPP 系统中还有一个煤气压缩机(G C )单元,特别在低热值煤气发电中,煤气压缩机比较大。众所周知,余热锅炉加蒸汽轮机发电是常规技术,所以CCPP 的技术核心是燃气轮机(见图1)。
电力工业采用的CCPP 常用天然气、燃油等高热值燃料。钢铁厂的CCPP 以燃高炉煤气为主、有的工厂可能掺入少量焦炉煤气或转炉煤气,用于发
电的煤气热值(800-1350)×4118k J/m 3,只是天然气的1/10-1/6。低热值煤气燃烧不易稳定,增加了CCPP 技术的难度。低热值煤气体积庞大,煤气压缩
功增加。另外,高热值煤气与低热值煤气燃烧的空燃比不一样,加之低热值煤气使用场合较少,工程
Ξ收稿日期:2003212204
第17卷 第1期2004年3月《燃 气 轮 机 技 术》G AS TURBINE TECHN OLOG Y V ol 117 N o.1
Mar.,2004
图1 T 厂的低热值煤气CCPP 流程示意图
应用中往往套用高热值气体燃料的成功机型,使机组的参数匹配不尽如意,从而使低热值煤气的热电转换效率不如高热值气体燃料高。当今世界烧天然气的大型CCPP 的热电转换效率高达50-58%,而烧低热值煤气的只有45152%左右。低热值煤气的燃烧技术只有少数几个公司掌握,主要有二种技术流派。一种是采用单管燃烧室的燃气轮机,使用的煤气热值可在800×4118k J/m 3～1350×4118k J/m 3
左右,如ABB 、新比隆公司的产品,B 厂145MW 的CCPP 是日本川崎成套ABB 的技术。另一种是分管燃烧室的燃机,多用于煤气化联合循环发电(IG CC ),煤气(常称合成气Syngas )热值在2000×4118k J/m 3以上,如GE 公司与三菱公司的产品,T 厂
的CCPP 采用了这种机组的改进型。表1列出了几种低热值煤气燃气轮机的主要机型。表2列出了国内仅有的两套低热值CCPP 的主要技术参数。
表1 主要低热值煤气燃气轮机机型
项目单位
GE
三菱
川崎ABB
新比隆
MS9001FA
6B
MW -701D
MW -251
G T 11N2
PG T 10B
燃烧室环管分管分管分管单管单管燃料天然气
合成气
高炉煤气
高炉煤气或
混合煤气
高炉煤气
合成气
热值
k J/m 3
8000×41182000×4118(965-1390)
×4118
(700-1800)×4118
780×41187350
入口温度℃
13271140115011501158压比14172119151414单循环出力kW 255600450001248003200013000联合循环出力kW 39080062000149000
67400
145000排气温度℃610525540
488单循环效率%3615343412
联合循环效率%561745>4645152运转时间小时/年800075008000NO X 排放ppm
<25
42
20
30
60
注:表列MS9001FA 燃机烧天然气时的性能参数仅作参照对比用,目前该燃机也可烧低热值的合成气。
2
2燃气轮机技术第17卷
影响燃机技术水平的主要指标是透平进口温度与压比,进口温度与压比越高,发电效率越高,对燃机叶片的材质与冷却技术要求也越高。三菱公司的
M701机组从D 型系列进口温度1150℃发展到G 型
系列进口温度1500℃,联合循环效率可从45%提高到57%左右。
表2 国内低热值煤气CCPP 的主要设计参数
项目145MW CCPP 50MW CCPP 机型ABB 11N21LBT U PG 6561B -L 机组组成1G+1S +1HRSG
1G+2S +1HRSG
功率MW 145
50
燃料高炉煤气混合煤气
煤气热值k J/m 3
3098-35161320×4118年发电量108kWh
914054134厂用电率%310212年送电量108kWh 911234125年供热量T J/a 1966
1784发电标煤耗kg/kWh 01278(01235供热时)01292供热标煤耗kg/G J 38169
39122年用煤气量
109m 3/a 2171(36220m 3/h )
016939发电加供热年均设计热效率%60168417
年纯水用量m 3115×10618185×104年工业水耗量m 35110×104199×104厂区占地面积m 22158016000总建筑面积m 248107362设备总质量t
4910电厂定员人
1832NO X
ppm 3042年运行时间
h/a
7500
7927
与常规电厂相比,CCPP 热电转换效率提高近10个百分点。年运行时间从汽机电厂的6500小时提高到燃机电厂的7500-8000小时。单循环燃机的起动时间只需20分钟左右,可作调峰电厂使用,并有占地少、用水少、定员少、建设周期短等优点。CCPP 使用清洁燃料,基本上无烟尘污染,NO X 排放水平也大大低于烧锅炉的常规电厂,一般为40ppm 以下,所以CCPP 对环保也是很有益的。
2 钢铁厂建设CCPP 的技术要点
211 机型选择
目前可选的机型不多,主要是根据钢铁厂富余煤气的性质来选择。单烧高炉煤气的CCPP 只有ABB 与三菱二种机型,单机容量都比较大,从技术成熟程度和设备可选性来说,IG CC 技术在世界已经用得比较广泛,与此相近的合成气或混合煤气的燃气轮机可选范围要广些。大容量的可选GE 或三菱的机型,50MW 左右的可选GE 与南汽合作的6B 机型。小容量的可选择新比隆的设备。每台设备的最终落实都要根据具体的煤气成份与设备供应商作技术谈
判后才能确定。212 确定合适的机组功率
钢铁厂是用电大户,自备电厂很难满足全部用电需要,自备电厂的规模不以缺电量确定,而往往以富余煤气量确定。自备电厂利用钢铁生产过程的富余煤气,使之尽量不放散,这是一种合理利用资源,有利于环境保护的思考,符合可持续发展要求。钢铁厂不够的电力还要靠国家电网供应,这是自备电厂不同于独立电厂的建厂原则。
钢铁厂的副产煤气首先要满足钢铁生产的加热需要。炼铁、炼钢、轧钢、烧结、焦化等生产过程的加热设备往往以煤气为单一燃料,在满足这些用户之后的煤气称之富余煤气,富余煤气是发电的资源。随着节能技术的发展,钢铁厂富余煤气的量越来越多。富余煤气的量是随着煤气副产与使用过程的变化而即时变化的,宏观上符合统计学正态分布的规律。CCPP 除用少量轻柴油作起动燃料外,基本以煤气为单一燃料,所以富余煤气能支撑多大功率的CCPP 要作符合正态分布规律的分析计算。要做出符合实际的钢铁厂全厂煤气平衡表,找出统计学计
3
2 第1期低热值煤气燃气轮机联合循环发电在钢铁厂的应用
算的特征数据:均值和离差,并做出富余煤气随时间的分布曲线,找出能满足CCPP 全年运转时间要求(例如8000小时)的煤气量(参阅图2),然后根据所选CCPP 机组热电转换效率确定机组功率。机组功率选择过大,富余煤气不足,机组运行时间缩短,机组作业率降低,机组功率选择过小又会造成煤气放散。实践已证明上述确定功率的方法是正确的
。
图2 燃气轮机全年利用钢铁厂富余煤气的概率分析
按上述原则计算,CCPP 没有用完钢铁厂全部富余煤气,多余的煤气还可以给其它用多种燃料加热的缓冲用户使用。从煤气供应观点看,CCPP 所使用富余煤气量,有相当大的弹性(50%-110%的范围)。另外,CCPP 的起动与停运也相当灵活,所以有相当缓冲煤气的能力,或者说对煤气量的波动有相当的适应性。但另一方面,因CCPP 的效率高,工厂要获取经济效益都会尽量维持CCPP 全负荷运行,CCPP 的缓冲能力在某种程度上又受到限制,所以工厂在安排CCPP 作缓冲的同时,最好还有其它的煤气缓冲用户。例如,B 厂除CCPP 烧高炉煤气之外,还有粉煤与煤气混烧的电厂在耗用富余煤气,才能真正做到高炉煤气基本不放散。213 处理好热、电之间的关系
钢铁厂是蒸汽消耗大户,除转炉与加热炉汽化冷却能回收少量蒸汽外,钢铁厂的蒸汽主要靠电厂或锅炉房生产。自备电厂一般是热电联产,运行原则是以热定电:即在满足全厂供蒸汽的基础上尽量多发电。CCPP 可采用抽汽式汽轮发电机组、背压式汽轮发电机组外供蒸汽,也可采用双压或多压锅炉(直接从锅炉供应低压蒸汽),或用中压蒸汽减温、减压等手段来外供蒸汽。
热电联产能明显提高电厂热效率,在既有CCPP 又有锅炉的钢铁厂里,蒸汽生产首先应发挥CCPP 的供汽能力,以提高全厂的供热效率。例如:T 厂原有烧煤气单—供热的锅炉房,增建的50MW 热电联产的CCPP 投产后,T 厂的蒸汽主要由CCPP 提供,原有锅炉房的生产负荷可降至最低,平时为发挥CCPP 的汽机能力,可补充少部分中压蒸汽,只有在冬季CCPP 供热能力不够时才加大老锅炉房的生产能力。这样CCPP 只使用了老锅炉房的煤气,加上部分原来放散的煤气,就满足了全厂供热的需要,并每年多发了4125亿kWh 的电力。用新技术调整钢铁厂动力设备的结构,将单独供热的锅炉房改成高效率的热电联产CCPP 有着诱人的经济效果。214 轴制问题
燃气轮机、煤气压缩机、蒸汽轮机、发电机在传动轴上的不同组合,可引生出不同的工程方案:主要有一轴式、二轴式与三轴式三种方案。
B 厂CCPP 是一轴式的。A
C 、G T 、G C 、ST 与GE 都装在一根轴上。只有一台发电机,GE 的输出功率是G T +ST -AC -G C 总和的结果。一轴式是设备最
少与传动效率最高的方案,设备布置也最紧凑,占地
最小,操作人员也可比其它方案少。一轴式还可通过向ST 供蒸汽启动整机,起动方案也是最经济的。但一轴式的轴很长,B 厂机组加上变速箱的轴总长50m ,轴上的不同组件还来源于不同的公司,要维持各部分轴振动在要求的范围内,技术难度很大。B 厂机组的这根轴是由日本川崎公司技术总成的。因技术上的复杂性,一轴式的投资不一定是最省的。另外,一轴式在运转灵活性上不如其它方案。
T 厂CCPP 是三轴式的。燃气轮机一根轴,包括AC 、G T 与GE ,GE 的输出是G T -AC ,燃气轮机可单
循环运行。煤气压缩机一根轴,由一台电动机驱动。汽轮发电机组一根轴,ST +GE (T 厂有二套汽轮发电机组)。这种方案发电机多,相应的供配电设备也多,机组所需厂房面积也大,操作人员比一轴式多。
4
2燃气轮机技术第17卷
而且煤气压缩机的电动机功率大(T厂为16500kW),电动机运行可靠性要求高,电动机与起动设备的投资大。三轴式方案要形成联合循环运行比一轴式复杂,但它的运行灵活性大,可单循环运行,也可联合循环运行。
二轴式界于前二者之间。可以是燃气轮机发电机组一根轴,另一根轴为G C+ST+GE,GE的输出为ST-G C。这种方案可省去煤气压缩机的大电动机,用ST带动煤气压缩机,起动比较方便,但也增加了这根轴的技术难度。当然,二轴式还可以有其它组合方式,例如,AC+G T+ST+GE一根轴,煤气压缩机与电动机另一根轴等。
215 煤气预处理
燃气轮机是高转速动力设备,要求进入燃机的气体含尘量≤1mg/m3,钢铁厂的高压高炉煤气经文氏管除尘,减至常压后经布袋除尘,含尘量一般在5 -10mg/m3,还需要经过精除尘才能供燃机使用。精除尘采用卧置湿式板式电除尘器,采用不锈钢阳极板及针形放电电极,且极板间距小,操作电压3-
5万伏。电除尘器采用连续雾化喷水,煤气出口处设有脱水装置。电除尘器还设有高压绝缘箱加热,煤气含氧分析等安全连锁控制系统。B厂CCPP的电除尘器是从日本三菱公司引进的,这种设备经重庆钢铁设计研究总院消化移植,已成功实现国产化。
燃机系统使用焦炉煤气的焦油和萘含量要求≤5mg/m3,否则在煤气压缩机与燃机中易产生叶片积碳、测量装置堵塞等问题,焦炉煤气的净化程度达不到以上要求时,应设电捕焦油器或脱萘设备。
216 处理好联网问题
钢铁厂的供电电网应该是地区(或国家)电网、自备电厂与用电设备相联系的电网。在这种联网结构中,钢铁厂期望地区电网能起以下作用:
a1供给不足部分的电力,包括经常性的不足和自备电厂停机造成的电力突然较大量的不足。
b1吸收钢铁生产中大电机起动造成的自备电厂无法克服的冲击负荷。
c1若钢铁厂自备发电厂功率较大,电力有余的时候,电网最好能接收钢铁厂的富余电力。
钢铁厂建设CCPP后,地区电网将减少对钢铁厂的供电量,但不能完全取消对钢铁厂供电的备用量,这必然给地区电网运行的经济性造成困难,对地区电网来说有所苛求。但如前所述,利用富余煤气的CCPP毕竟是节省社会资源的有利举措,地区电网应积极利用容量大、服务范围广的有利条件,增加调峰手段,完善调配与服务功能,促成有利于整个社会可持续发展事业的实现。但经济上钢铁厂应对地区电网作适当补偿。各地区钢铁厂联网问题的最终解决都是厂网合作的结果。国家电力体制改革“厂、网分开,竞价上网”将会有利于此类问题的解决,因为自备电厂的发电成本即使与主力电厂相比也是有竞争力的。
3 国产化问题
我国的CCPP绝大多数是从国外引进设备建造的,但也在做国产化的努力。南京汽轮电机集团公司,首先获得美国GE公司6B机组的设备制造权,已为我国生产了多套燃用天然气、轻油与重油的发电装置,在余姚、大庆、天津等地正常发电。T厂这套CCPP也是以6B机组为基础开发的,由GE公司确定机组压比,并作燃烧室的燃烧试验。关键部件如燃烧室、叶片、控制系统由GE提供,南汽负责国内的整机供货与技术服务。上海汽轮机厂也获得了美国西屋公司燃机的制造权,已为国外用户制造了多台设备,但这种机型还没有用于低热值煤气。2002年我国东方汽轮集团公司与日本三菱公司在洽谈F型机组的制造技术,这是一种比较先进的机型,而且可以用于低热值煤气发电。
大型、高压煤气压缩机制造要有很高的技术水平,我国沈阳鼓风机厂融合新比隆、日立等公司的技术,已有能力开发满足CCPP要求的压缩机,在石油化学工业上已有较多的应用。陕西鼓风机厂应用苏尔寿技术在大型轴流压缩机上已有很多业绩,T厂CCPP的煤气压缩机采用与B厂相同的机型,轴流加离心的结构形式,由陕西鼓风机厂中标制造, 16500kW电动机由德国西门子公司配套,电动机采用了小电机带大电机的方法。上海鼓风机厂与日立公司合作也有制造类似设备的能力。
我国主要的锅炉制造厂都有能力制造CCPP的余热锅炉,其中杭州锅炉厂、哈尔滨锅炉厂都有类似设备的制造业绩。余热锅炉与燃机联接烟道上设有旁路烟囱,旁路烟囱与余热锅炉烟道上有一个大型密封切换阀,这个阀若发生漏气将造成系统热损失, T厂CCPP采用了船舶工业公司哈尔滨703所制造的专用设备。
(下转第60页)
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第1期低热值煤气燃气轮机联合循环发电在钢铁厂的应用
值,加入聚丙烯酰胺能使矾花变大,有助于去除水中的悬浮物和油类,见表3。
表3 聚丙烯酰胺的加入量与处理后水质
名称
效果(mg /L )
加入量2040
60
80
100
120
140
矾花
很细很细
较大、实较大、实大、重
很大、重很大、
重
pH 7150715071507150715071507150悬浮物(mg/L )20013841624132015151411151215含油量(mg/L )
18012100135012
2015
1215
3
4
5 合理应用净水剂及混凝效果
在混凝处理过程中,采用自动连续加药的方法,
经过现场试验,并从分析数据中得出混凝罐中药品的最佳浓度为NaOH :44mg/L ,聚合硫酸铁:60mg/L ,聚丙烯酰胺:120mg/L 。合理应用净水剂处理后的水质情况见表4。
表4 合理应用净水剂处理后的水质
项目次数
悬浮物
(mg/L )
石油类(mg/L )
pH 11316281022131028110311133713241116371465121528106615124618871518461768
1218
3
7160
实验数据表明,加入一定量的净水剂,含油污水处理效果理想。因混凝反应加药量实行自动控制,为了使污水处理出水稳定、可靠,配制三种药品浓度保持不变,如果进水水质发生变化,只要在控制系统微量调节各净水剂加入量的设定值,就会得到理想的效果。
6 结论
燃油电厂含油污水经物理沉降分离部分悬浮
油,其余乳化的细小油珠需用化学方法进行混凝处理。现场运行结果表明,合理应用聚合硫酸铁作为混凝剂,对含油污水处理效果明显,聚丙烯酰胺作为助凝剂,具有杀菌、除臭等作用,使污水处理出水达标排放。
(上接第25页)
4 小结
(1)CCPP 的热电转换效率比常规电厂高10%
左右,B 厂与T 厂的实践已证实了它是适合于新建或改造钢铁厂自备发电厂的先进、有效技术。
(2)钢铁厂低热值煤气CCPP 无论机型选择、容量确定、煤气预处理与联网都要求有自己的特点,与电力系统的CCPP 有较大的差别,钢铁厂的CCPP 一定要适合这些特点。
(3)T 厂的实践,使低热值混合煤气CCPP 已实
现了国内设计与主要设备的国内开发,说明中小型CCPP 装置的设备国产化已有一定基础,这对减少工程投资、促进民族工业发展特别在冶金行业有着积极影响。
(4)CCPP 采用完好的热力学循环,并使用多项先进技术设备实现了这种循环,它在钢铁厂的应用不只有本文介绍的新建CCPP 一种格式,在钢铁厂多姿多彩的动力系统技术改造中应用CCPP 的部分循环或部分设备,也可开发出千变万化的实施方案,有待不断创新和积累经验。
6燃气轮机技术第17卷
整体煤气化联合循环（IGCC-Integrated Gasification Combined Cycle）发电系统，是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备（包括硫的回收装置），第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。IGCC的工艺过程如下：煤经气化成为中低热值煤气，经过净化，除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气轮机作功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。其原理图见下图IGCC技术把高效的燃气-蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤气化技术结合起来，既有高发电效率，又有极好的环保性能，是一种有发展前景的洁净煤发电技术。在目前技术水平下，IGCC发电的净效率可达43%～45％，今后可望达到更高。而污染物的排放量仅为常规燃煤电站的1/10，脱硫效率可达99%，二氧化硫排放在25mg／N m3左右。（目前国家二氧化硫为1200mg／Nm3），氮氧化物排放只有常规电站的1 5%--20%，耗水只有常规电站的1/2-1/3，利于环境保护。 IGCC具有以下一些突出优点：（1）发电效率高，目前可达45%，继续提高的潜力大。（2）与传统的燃煤方式不同。它能实现98%以上的污染物脱除效率，并可回收高纯度的硫、粉尘和其他污染物在此过程中一并被脱除。（3）用水量小，约为同等容量常规火电机组的三分之一至二分之一。（4）通过采用低成本的燃烧前碳捕捉技术可实现零碳排放。（5）能与其他先进的发电技术如燃料电池等结合，并能形成制氢、化工等多联产系统。 气化炉、燃气轮机、空气分离装置和余热锅炉是IGCC关键设备。气化炉方面，我们认为壳牌气化炉具有产气热值高、煤种适应性广、停机维护时间短等特点，将成为未来IGCC 将推广的重要炉型。燃气轮机方面，适应煤气的低热值的燃气轮机将成为首选机型。空气分离装置方面，目前仍以深冷技术为主，未来将有可能在PSA变压吸附空分技术方面有所突破。 整体煤气化联合循环发电的分类 由图中可以看出IGCC整个系统大致可分为：煤的制备、煤的气化、热量的回收、煤气的净化和燃气轮机及蒸汽轮机发电几个部分。可能采用的煤的气化炉有喷流床（e ntrained flow bed）、固定床（fixed bed）和流化床（fluidized bed）三种方案。在整个IGCC的设备和系统中，燃气轮机、蒸汽轮机和余热锅炉的设备和系统均是已
联合循环燃气轮机发电厂简介 联合循环发电：燃气轮机及发电机与余热锅炉、蒸汽轮机共同组成的 循环系统，它将燃气轮机排出的功后高温乏烟气通过余热锅炉回收转换为蒸汽，再将蒸汽注入蒸汽轮机发电。形式有燃气轮机、蒸汽轮机同轴推动一台发电机的单轴联合循环，也有燃气轮机、蒸汽轮机各自推动各自发电机的多轴联合循环。胜利油田埕岛电厂采用的是美国GE公司的MS9001E然气轮机，其热效率为33.79%,余热锅炉为杭州锅炉厂的立式强制循环余热锅炉。1．燃气轮机 1.1 简介燃气轮机是一种以空气及燃气为工质的旋转式热力发动机,它的结构与飞机喷气式发动机一致,也类似蒸汽轮机。主要结构有三部分： 1 、燃气轮机（透平或动力涡轮）； 2、压气机（空气压缩机）； 3、燃烧室。其工作原理为：叶轮式压缩机从外部吸收空气,压缩后送入燃烧室,同时燃料（气体或液体燃料）也喷入燃烧室与高温压缩空气混合,在定压下 进行燃烧。生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀作工,推动动力叶片高速 旋转,乏气排入大气中或再加利用。 燃气轮机具有效率高、功率大、体积小、投资省、运行成本低和寿命 周期较长等优点。主要用于发电、交通和工业动力。燃气轮机分为轻型燃气轮机和重型燃气轮机,轻型燃气轮机为航空发动机的转型,其优势在于装机快、体积小、启动快、简单循环效率高,主要用于电力调峰、船舶动力。重型燃 气轮机为工业型燃机,其优势为运行可靠、排烟温度高、联合循环组合效率高,主要用于联合循环发电、热电联产。埕岛电厂采用的 MS9001E燃气轮发电机组是50Hz, 3000转 /分,直接传动的发电机。该型燃气轮发电机组最早 于 1987年投入商 业运行，基本负荷燃用天然气时的功率为123.4MW热效率为 33.79%,排气温度539C，排气量1476X103公斤/小时，压比为12.3，燃气初
1. 从高温热源吸收热量：a-2-3-4-5-b-a； 对外做功：1-2-3-4-5-6-1； 向低温热源放出热量：a-2-3-4-5-b-a； 效率：对外做功：1-2-3-4-5-6-1与从高温热源吸收热量：a-2-3-4-5-b-a的间接比。 2. 可用能 不可用能 1 2 3 4 a b T S 从高温热源吸收热量：a-2-3-b-a； 对外做功：1-2-3-4-1； 向低温热源放出热量：a-1-4-b-a； 效率：对外做功：1-2-3-4-1与从高温热源吸收热量：a-2-3-b-a间接比。 3 和 4、从热力学角度看，汽轮机循环利用了蒸汽可在常温下凝结的特性，达到了较低的工质平均放热温度，但工质平均吸热温度不高。燃气轮机循环的工质平均吸热温度高，但工质平均吸热温度不低。 汽轮机发展方向：开发新材料以便把主蒸汽参数从亚临界水平逐步提高到超超临界水平；采用两次再热等手段改进热力系统及设备的设计。其中，主要方向为提高工质平均吸热温度。燃气轮机发展方向：提高燃气平均吸热温度。 5、燃气轮机是工作于高温区的一种热机，易于利用高品位的热量； 汽轮机是工作于低温区的一种热机，易于利用低品位的热量； 而联合循环按照热量梯级利用的原则将燃气轮机和汽轮机结合起来，可以将高品位和低品位的热量同时利用起来。由于联合循环同时利用了燃气轮机循环平均吸热温度高和汽轮机
循环平均放热温度低的优点，又同时克服了两者的缺点，所以可以达到较高的循环效率。 6、ISO 基本功率是指在国际标准化委员会所规定的ISO 环境条件下燃汽轮机连续运行所能达到的功率。ISO 环境条件：温度15℃，压力0.01013MPa 相对湿度60%。 7、燃气轮机与汽轮机同轴，共同驱动一台发电机的联合循环机组称为单轴机组； 燃气轮机与汽轮机不同轴，各驱动一台发电机的联合循环机组成为多轴机组。 8、前置循环是工作于高温区，输入大部分热量的循环，它会产生大量的余热； 后置循环是工作于低温区以前置循环的余热为主要热源的循环。 两者通常用换热设备耦合在一起，最广泛的应用是燃气——蒸汽联合循环。 9、最基本的三种联合循环形式：余热锅炉型、补燃余热锅炉型和增压锅炉型。 余热锅炉型： 2 1C GT B 燃料 3 G 4 G 5 6 HRSG 7811 P CC 10 ST 9 燃气轮机可用能2T s 4 3 1 611 7 5 8 9 10b d c a 汽轮机可用能 燃气轮机子循环：从高温热源吸收热量：a-2-3-c-a ； 对外做功：1-2-3-4-1； 通过余热锅炉传向谁的热量：b-5-4-c-b ； 向外界放出了热量：a-1-5-b-a ； 汽轮机子循环：从余热锅炉吸收的热量：b-6-7-8-9-d-b ，与面积b-5-4-c-b 相等； 对外做功：6-7-8-9-10-11-6；通过凝汽器向外界放出的热量:b-11-10-d-b ； 补燃余热锅炉型： P C G 12 B 燃料 84 HRSG GT 3 6 7 911 ST 5 CC 10G 燃料a 1 2b 11 65 7 T c d s 10 8 4 9 3 12 汽轮机可用能 燃气轮机可用能 增压锅炉型： P C G 12燃料 84 PCB GT 367 9 11ST 5 CC 10G 12 ECO 汽轮机可用能 1 a 211 b 65 7T 燃 机可用能 3 10 c d s 8 412 9 13
联合循环发电技术 联合循环发电技术（CCPP）是由燃气轮机发电和蒸汽轮机发电叠加组合起来的联合循环发电装置，与传统的蒸汽发电系统相比，具有发电效率高、成本低、效益好，符合调节范围宽，安全性能好、可靠性高，更加环保等等一系列优势。 联合循环由于做到了能量的梯级利用从而得到了更高的能源利用率，已以无可怀疑的优势在世界上快速发展。目前发达国家每年新增的联合循环总装机容量约占火电新增容量的40％～50%，所有世界生产发电设备的大公司至今（如美国的GE公司87年开始）年生产的发电设备总容量中联合循环都占50%以上。 最高的联合循环电站效率（烧天然气）已达55.4%，远远高于常规电站，一些国家（如日本等）已明确规定新建发电厂必须使用联合循环。 由于整体煤气化联合循环发电机组(IGCC)是燃煤发电技术中效率最高最洁净的技术,工业发达国家都十分重视,现在世界上已建成或在建拟建IGCC电站近20座，一些已进入商业运行阶段。 燃气轮发电机组在我国近几年才有较大发展,目前装机占火电总容量的 3.5%,大部分由国外购进,国产机组只占9.4%,且机组容量小、初温低,机组水平只处于国外80年代水平,且关键部件仍有外商提供,远不能满足大容量、高效率的联和循环机组的需要。 燃气轮机是联合循环包括燃煤联合循环的最关键技术,我公司虽然以前也曾设计制造过燃气轮机，但功率小、，初温低，且某些关键技术如冷却技术、跨音速压气机等项目尚处于研究开发阶段。 有一些公司对燃气轮机的研制始于1960年前后，在船用、机车用、发电用等几条线上同时进行。作为技术水平综合标志的综合技术能力即设计能力是：到七十年代中后期，基本能按自己的科研成果独立设计高原铁路使用的燃气轮机（7000马力）;能按测绘资料设计长输气管线用的燃气轮机（17600kw）;具有品种较全但规模较小检测设备较初级的实验台，进行了相当多的试验，取得了可观的成果。经过不小于十余种型号的整机的自行设计、试验、生产和运行的全过程不但掌握了技术而且培养了一批人。这正是现在可以也应该利用的宝贵的财富。 在以上基础上产生了高原机车用的燃气轮机方案，尽管燃气轮机本身并未达到国外先进水平，但机车总体可达到热力机车的先进水平，综合经济指标具有竞争力。总体说，当时我
( 安全管理 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 联合循环燃气轮机发电厂简介 (通用版) Safety management is an important part of production management. Safety and production are in the implementation process
联合循环燃气轮机发电厂简介(通用版) 联合循环发电：燃气轮机及发电机与余热锅炉、蒸汽轮机共同组成的循环系统，它将燃气轮机排出的功后高温乏烟气通过余热锅炉回收转换为蒸汽，再将蒸汽注入蒸汽轮机发电。形式有燃气轮机、蒸汽轮机同轴推动一台发电机的单轴联合循环，也有燃气轮机、蒸汽轮机各自推动各自发电机的多轴联合循环。胜利油田埕岛电厂采用的是美国GE公司的MS9001E燃气轮机,其热效率为33.79%，余热锅炉为杭州锅炉厂的立式强制循环余热锅炉。 1．燃气轮机 1.1简介 燃气轮机是一种以空气及燃气为工质的旋转式热力发动机，它的结构与飞机喷气式发动机一致，也类似蒸汽轮机。主要结构有三部分：1、燃气轮机（透平或动力涡轮）；2、压气机（空气压缩机）； 3、燃烧室。其工作原理为：叶轮式压缩机从外部吸收空气，压缩后
送入燃烧室，同时燃料（气体或液体燃料）也喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在定压下进行燃烧。生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀作工，推动动力叶片高速旋转，乏气排入大气中或再加利用。 燃气轮机具有效率高、功率大、体积小、投资省、运行成本低和寿命周期较长等优点。主要用于发电、交通和工业动力。燃气轮机分为轻型燃气轮机和重型燃气轮机，轻型燃气轮机为航空发动机的转型，其优势在于装机快、体积小、启动快、简单循环效率高，主要用于电力调峰、船舶动力。重型燃气轮机为工业型燃机，其优势为运行可靠、排烟温度高、联合循环组合效率高，主要用于联合循环发电、热电联产。 埕岛电厂采用的MS9001E燃气轮发电机组是50Hz，3000转/分，直接传动的发电机。该型燃气轮发电机组最早于1987年投入商业运行，基本负荷燃用天然气时的功率为123.4MW，热效率为33.79%，排气温度539℃，排气量1476×103公斤/小时，压比为12.3，燃气初温为1124℃，机组为全自动化及遥控，从启动到满载正常时间为约20分钟，机组使用MARKⅤ控制和保护系统.
整体煤气化联合循环发电（IGCC）简介 一整体煤气化联合循环的工作过程 整体煤气化联合循环（IGCC-Integrated Gasification Combined Cycle）发电系统，是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备（包括硫的回收装置），第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。IGCC的工艺过程如下：煤经气化成为中低热值煤气，经过净化，除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气透平作功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。其原理图见下图： 二整体煤气化联合循环的特点 IGCC（整体煤气化联合循环）发电技术是当今国际上最引人注目的新型、高效的洁净煤发电技术之一。该技术以煤为燃料，通过气化炉将煤转变为煤气，经过除尘、脱硫等净化
工艺，使之成为洁净的煤气供给燃气轮机燃烧做功，燃气轮机排气余热经余热锅炉加热给水产生过热蒸汽，带动蒸汽轮机发电，从而实现了煤气化燃气蒸汽联合循环发电过程。 IGCC 发电技术把联合循环发电技术与煤炭气化和煤气净化技术有机的结合在一起，具有高效率、清洁、节水、燃料适应性广，易于实现多联产等优点，符合二十一世纪发电技术的发展方向。 1、IGCC将煤气化和高效的联合循环相结合，实现了能量的梯级利用，提高了采用燃煤技术的发电效率。目前国际上运行的商业化IGCC电站的供电效率最高已达到43%，与超超临界机组效率相当。当采用更先进的H系列燃气轮机时，IGCC供电效率可以达到52%。 2、IGCC对煤气采用“燃烧前脱除污染物”技术，煤气气流量小(大约是常规燃煤火电尾部烟气量的1/10)，便于处理。因此IGCC系统中采用脱硫、脱硝和粉尘净化的设备造价较低，效率较高，其各种污染排放量都远远低于国内外先进的环保标准，可以与燃烧天然气的联合循环电厂相媲美。 目前常规燃煤电厂脱硫主要采用尾部脱硫的方法，脱硫所产出的副产品是石膏。IGCC 一般采用物理/化学方式脱硫，其脱硫效率可达99%以上，脱硫产物是有用的化工原料-硫磺。常规燃煤电厂目前没有有效的脱除CO2的方法，IGCC具有实现CO2零排放的技术潜力。在IGCC系统中可以对煤气中的CO进行变换，生成H2和CO2，H2可以作为最清洁的燃料（如燃料电池），CO2可以进行分离、填埋回注等，以实现CO2零排放。 3、IGCC的燃料适应性广，褐煤、烟煤、贫煤、高硫煤、无烟煤、石油焦、泥煤都能适应。采用IGCC发电技术，可以燃用我国储量丰富、限制开采的高硫煤，使燃料成本大大降低。 4、IGCC机组中蒸汽循环部分占总发电量约1/3，使IGCC机组比常规火力发电机组的发电水耗大大降低，约为同容量常规燃煤机组的1/2～2/3左右。 5、IGCC的一个突出特点是可以拓展为供电、供热、供煤气和提供化工原料的多联产生产方式。IGCC本身就是煤化工与发电的结合体，通过煤的气化，使煤得以充分综合利用，实现电、热、液体燃料、城市煤气、化工品等多联供。从而使IGCC具有延伸产业链、发展循环经济的技术优势。 三整体煤气化联合循环的发展 1972年在德国Ltinen酌斯蒂克电站投运了世界上第一个以增压锅炉型燃气一蒸汽联合循环为基础的IGCC电站，该电站的发电功率为170MW，实际达到的供电效率为34%，采用以空气为气化剂的燃煤的固定床式的Lurgi气化炉。显然，这个电站开创了煤在燃气一蒸汽联
9E燃气轮机联合循环发电厂必须知道 1.有差无差系统 (1) 2.除氧装置 (1) 3.燃机转速代号和对应转速比例 (2) 4.省煤器的再循环管的主要作用有二点： (2) 5.电缆先放电验电再装设接地线 (3) 6.主变接线方式 (3) 7. 电机缺相运行的现象与原因 (3) 8. 9E燃机开停机过程中FSR的变化 (4) 9. 操作过电压 (5) 10. 发电机中性点0PT的作用，出现异常有何现象 (5) 11. 发电机运行过程中机端电压升高和降低有哪些危害 (6) 12. 发电机转子接地 (7) 13. 进相运行: (8) 14. 励磁控制系统的限制器的分类 (9) 15. 无功 (11) 16. 主励磁机为什么是100赫兹 (13) 1.有差无差系统 简单而言就是看是否能求稳态误差，如果能求则是有差系统，否则是无差系统。 2.除氧装置 本锅炉配置的除氧装置由除氧器、给水箱和汽水分离器三大部件组成。其中除氧器和水箱对给水起到了除氧和蓄水的作用，汽水分离器主要是负责对除氧蒸发器来的汽水混合物进行分离供除氧器除氧使用。 除氧器立式布置在除氧水箱之上，除氧器顶部设有配水管和14只喷嘴，凝结水经喷头雾化成水雾后与蒸汽充分接触后加热变成饱和水。此时水中绝大部分氧气及其他不凝气体由于再也无法溶解于饱和水中而被逸出，最后由除氧器顶部排气管排出，以此达到一次除氧效果。经一次除氧的水由布水盘均匀地淋洒到乱堆的鲍尔环填料表面，使其表面积再一次增大，与除氧器下部进来蒸汽充分接触以达到深度除氧的效果。
3.燃机转速代号和对应转速比例 4.省煤器的再循环管的主要作用有二点： 第一点，启动时省煤器内的水是不流动的，而热烟气不断流过省煤器，将热量传给省煤器内的水，这样就有可能使省煤器内水局部汽化。 第二点，某些运行条件下，当省煤器内水温太低，容易引起管外壁结露，特别是烟气中含有氧化硫或氧气都会腐蚀管子。提供温度高的循环水，可以提高省煤器内水温，防止腐蚀。
煤气化技术及其工业应用 摘要：我国是一个以煤炭为主要能源的国家，煤炭气化技术的发展对我国的经济建设和可持续发展都有具有重要意义。本文介绍了我国的煤化工行业的发展现状以及煤气化技术的工业应用。 关键词:煤化工,煤气化技术,工业应用 我国是一个以煤炭为主要能源的国家。近几十年来，煤炭在我国的一次能源消费中始终占据主要地位，以煤为主的能源格局在相当长的时间内难以改变。中国传统的煤炭燃烧技术存在综合利用效率低，能耗高、煤炭生产效率低、成本高、环境污染严重等问题，煤炭气化技术的发展对我国的经济建设和可持续发展都有具有重要意义。 以煤气化为基础的能源及化工系统，不仅能较好的提高煤转化效率和降低污染排放，而且能生产液体燃料和氢气等能源产品，有效缓解交通能源紧张。煤气化技术正在成为世界范围内高效、清洁、经济地开发和利用煤炭的热点技术和重要发展方向。煤炭的气化和液化技术、煤气化联合循环发电技术等都已得到工业应用。 煤气化技术包括:备煤技术、气化炉技术、气化后工艺技术三部分，其核心是气化炉。按照煤在气化炉内的运动方式，气化方法可划分为三类，即固定床气化法、流化床气化法和气流床气化法，必须根据煤的性质和对气体产物的要求选用合适的煤气化方法。 1煤气化工艺概述 煤炭气化是煤洁净利用的关键技术之一，它可以有效的提高碳转化率、冷煤气效率，降低气化过程的氧耗及煤耗。煤气化工艺是以煤或煤焦为原料，氧气(空气、富氧、纯氧)、水蒸气或氢气等作气化剂(或称气化介质)，在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为煤气的热化学加工过程。 目前世界正在应用和开发的煤气化技术有数十种之多，气化炉也是多种多样，最有发展前途的有10余种。所有煤气化技术都有一个共同的特征，即气化炉内煤炭在高温下与气化剂反应，使固体煤炭转化为气体燃料，剩下的含灰残渣排出炉外。气化剂为水蒸气、纯氧、空气、CO2和H2。煤气化的全过程热平衡说明总的气化反应是吸热的，因此必须给气化炉供给足够的热量，才能保持煤气化过程的连续进行。 煤气化根据供热原理大致可分为3种： （1）热分解(约500-1000℃)：加热使煤放出挥发分，再由挥发分得到焦油和燃气(CO、CO2、H2、CH4)，必须由外部供热，残留的固态炭(粉焦和焦炭等)作它用； （2）部分燃烧气化(约900-1600℃)：煤在氧气中部分燃烧产生高温，并加入气化剂(H2O、CO2等)，产生可燃气(CO、CO2、H2)和灰分；
整体煤气化联合循环发电 简介 整体煤气化联合循环（IGCC- Integrated Gasification Combined Cycle）发电系统，是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备（包括硫的回收装置），第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。IGCC的工艺过程如下： 煤经气化成为中低热值煤气，经过净化，除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气透平作功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。 IGCC技术把高效的燃气-蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤气化技术结合起来，既有高发电效率，又有极好的环保性能，是一种有发展前景的洁净煤发电技术。在目前技术水平下，IGCC发电的净效率可达43%～45%，今后可望达到更高。而污染物的排放量仅为常规燃煤电站的，脱硫效率可达99%，二氧化硫排放在25mg/Nm3左右。（目前国家二氧化硫为1200mg/Nm3），氮氧化物排放只有常规电站的15%--20%，耗水只有常规电站的-，利于环境保护。 分类及作用 IGCC整个系统大致可分为： 煤的制备、煤的气化、热量的回收、煤气的净化和燃气轮机及蒸汽轮机发电几个部分。可能采用的煤的气化炉有喷流床（entrained flow bed）、固定床（fixed bed）和流化床（fluidized bed）三种方案。在整个IGCC的设备和系统中，燃气轮机、蒸汽轮机和余热锅炉的设备和系统均是已经商业化多年且十分成熟的产品，因此IGCC发电系统能够最终商业化的关键是煤的气化炉及煤气的净化系统。具体来说，对 气化炉及煤气的净化系统的要求
整体煤气化联合循环发电（IGCC） 整体煤气化联合循环（IGCC-Integrated Gasification Combined Cycle）发电系统，是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备（包括硫的回收装置），第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。IGCC的工艺过程如下：煤经气化成为中低热值煤气，经过净化，除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气透平作功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。其原理图见下图 整体煤气化联合循环系统简图
IGCC技术把高效的燃气-蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤气化技术结合起来，既有高发电效率，又有极好的环保性能，是一种有发展前景的洁净煤发电技术。在目前技术水平下，IGCC发电的净效率可达43%～45％，今后可望达到更高。而污染物的排放量仅为常规燃煤电站的1/10，脱硫效率可达99%，二氧化硫排放在25mg/Nm3左右。（目前国家二氧化硫为1200mg/Nm3），氮氧化物排放只有常规电站的15%--20%，耗水只有常规电站的1/2-1/3，利于环境保护。 整体煤气化联合循环发电的分类及作用 由图中可以看出IGCC整个系统大致可分为：煤的制备、煤的气化、热量的回收、煤气的净化和燃气轮机及蒸汽轮机发电几个部分。可能采用的煤的气化炉有喷流床（entrained flow bed）、固定床（fixed bed）和流化床（fluidized bed）三种方案。在整个IGCC的设备和系统中，燃气轮机、蒸汽轮机和余热锅炉的设备和系统均是已经商业化多年且十分成熟的产品，因此IGCC发电系统能够最终商业化的关键是煤的气化炉及煤气的净化系统。具体来说，对IGCC气化炉及煤气的净化系统的要求是： a) 气化炉的产气率、煤气的热值和压力及温度等参数能满足设计的要求 b) 气化炉有良好的负荷调节性能，能满足发电厂对负荷调节的要求 c) 煤气的成分、净化程度等要能满足燃气轮机对负荷调节的要求 d) 具有良好的煤种适应性 e) 系统简单，设备可靠，易于操作，维修方便，具有电厂长期、安全可靠运行所要求的可用率 f) 设备和系统的投资、运行成本低
第一章 3和4、从热力学角度看，汽轮机循环利用了蒸汽可在常温下凝结的特性，达到了较低的工质平均放热温度，但工质平均吸热温度不高。燃气轮机循环的工质平均吸热温度高，但工质平均吸热温度不低。 汽轮机发展方向：开发新材料以便把主蒸汽参数从亚临界水平逐步提高到超超临界水平；采用两次再热等手段改进热力系统及设备的设计。其中，主要方向为提高工质平均吸热温度。燃气轮机发展方向：提高燃气平均吸热温度。 5、燃气轮机是工作于高温区的一种热机，易于利用高品位的热量；汽轮机是工作于低温区的一种热机，易于利用低品位的热量；而联合循环按照热量梯级利用的原则将燃气轮机和汽轮机结合起来，可以将高品位和低品位的热量同时利用起来。由于联合循环同时利用了燃气轮机循环平均吸热温度高和汽轮机循环平均放热温度低的优点，又同时克服了两者的缺点，所以可以达到较高的循环效率。 6、ISO基本功率是指在国际标准化委员会所规定的ISO环境条件下燃汽轮机连续运行所能达到的功率。ISO环境条件：温度15℃，压力0.01013MPa，相对湿度60%。 7、燃气轮机与汽轮机同轴，共同驱动一台发电机的联合循环机组称为单轴机组；燃气轮机与汽轮机不同轴，各驱动一台发电机的联合循环机组成为多轴机组。 8、前置循环是工作于高温区，输入大部分热量的循环，它会产生大量的余热；后置循环是工作于低温区以前置循环的余热为主要热源的循环。两者通常用换热设备耦合在一起，最广泛的应用是燃气——蒸汽联合循环。 9、最基本的三种联合循环形式：余热锅炉型、补燃余热锅炉型和增压锅炉型。 10、余热型：优点是技术成熟。系统简单、造价低、启停速度快。缺点是余热锅炉效率低、汽轮机的功率和效率也低，所以不仅机组功率不大，而且效率也不高。 补燃型：优点是在燃气轮机排气温度较低的情况下，可使蒸汽参数及流量大幅度提高，从而使机组的容量增大、效率提高；同时机组的变工况性能也可得到改善。缺点是它并不是纯粹能量梯级利用意义上的联合循环，其中或多或少有一部分热量参与了汽轮机循环。所以，他只是在因蒸汽参数受限而无法采用高参数大功率汽轮机的条件下才可能优越于纯粹能量梯级利用意义上的余热锅炉型联合循环。 增压型：优点是在燃气轮机排气温度较低的情况下，可使蒸汽参数及流量不受限制，从而可达到较大的机组容量和较高的机组效率；同时由于燃烧是在较高的压力下进行的，且烟气的质量流速较高，所以锅炉的传热效率高，所需的传热面积小，锅炉尺寸紧凑。缺点是系统复杂、制造技术要求高、燃气轮机不能单独运行，同时兼有和补燃型类似的缺点。 综上可知，余热锅炉型联合循环将是今后的发展方向。 11、增压流化床联合循环PFBCC和整体煤气化联合循环IGCC是最有发展前途的两种燃煤型联合循环。 12、最基本的优点：高效率、低污染、低水耗。 13、 14、配置旁通烟道的好处： A、启停时，不必对燃气轮机、余热锅炉和汽轮机的工作状态进行严格协调； B、增加运行调节的灵活性，并方便临时性的检修及事故处理； C、必要时，可使燃气轮机维持单循环运行； D、可对整个工程分段建设、分期投运，从而可合理注入资金，更快地获得回报。 但配置旁通烟道需要增加投资，并且即使在正常运行的情况下，旁通挡板处也往往存在烟气泄漏损失，所以不再配置。
整体煤气化联合循环(I GCC)发电 系统性能计算与分析 白玉峰 (安徽华能巢湖发电有限公司,安徽巢湖230000) 摘 要:针对整体煤气化联合循环(I GCC )发电系统在技术、经济、环保综合性能上具有较大的优势,阐述了 I GCC 发电系统分类,对4种采用空气气化型的I GCC 发电系统进行了性能计算和参数分析,得到了供电效率与 燃气轮机压比、入口温度之间的关系。关键词:I GCC;煤气化;发电系统;性能分析 中图分类号:TK227.1 文献标识码:A 文章编号:1002-1663(2006)04-03 Perfor mance calcul ati on and analysis of I GCC power generati on syste m BA I Yufeng (Chaohu Power Generati on Cor porati on of China Huaneng Gr oup,Chaohu 230000,China ) Abstract:I ntegrated gasificati on combined circulati on (I GCC )power generati on syste m has many advantages in s ome as pects,such as in technol ogy,economy,envir onment p r otecti on and s o on,the paper intr oduced t o its classificati ons,and the perf or mance calculati on and para meter analysis of f our kinds of I GCC po wer genera 2ti on syste m with air gasificati on type were done,and the relati onshi p bet w een efficiency of power supp ly and inlet te mperature of gas turbine was gained . Key words:integrated gasificati on combined circulati on (I GCC );coal gasificati on;power generati on syste m;perfor mance analysis 目前,整体煤气化联合循环(I GCC )燃煤发电系统效率高、污染小,是一种洁净、高效的燃煤发 电技术[1-3] 。下面对不同型式的I GCC 发电系统进行分类和分析,并对四种不同型式的空气气化的I GCC 发电系统进行性能计算和参数分析 。 图1 氧气气化的I GCC 系统 图2 空气气化的I GCC 系统 1 整体煤气化联合循环(I GCC )系 统的分类 根据I GCC 系统气化炉型式和粗煤气净化系 统不同可以分为不同的型式。当I GCC 系统采用 收稿日期:2006-05-23 作者简介:白玉峰(1969-),男,1995年毕业于上海电力学院热能动力工程专业,硕士学位。 — 152—第28卷 第4期 黑龙江电力 2006年8月
1.压气机在燃气轮机中的作用是什么？ 连续不断地从周围环境吸取空气并将其压缩后供给燃气轮机的燃烧室。 2.燃气轮机所使用的压气机有哪两种类型？它们各有什么特点？ 轴流式：流量大、效率高但级的增压能力低，多应用于大功率燃机。 离心式：级的增压能力高但流量小、效率低，多应用于中小功率燃机。 3.轴流式压气机由那两个组成部分？ 由转子、静子组成。 转子：动（工作）叶片、叶轮(转鼓)、主轴。静子：静(导)叶、气缸 4.何谓扭速？何谓理论功？理论功是否可全部转换为气体的压力能？ 扭速：气流经过叶栅内的流动发生了转折，气流转折所引起的相对速度圆周分量的变化 成为扭速。 理论功：基元级的动叶栅加给单位质量气体的机械功成为理论功或加功量。 不能。理论功的一部分用于气流的动能升高，也有一部分用于气流压力升高，还有一部分在气流流动过程中因摩擦等因素而转换成了热量。 5.压气机级的理论功为什么会受到限制？ u 的增加要受到材料许用应力的限制，u 过大时，叶片根部截面处的离心拉应力会超过叶片材料的许用应力。 的增大要受到叶栅气动性能的限制 ， 过大时，在叶栅中气流的转折角过大，叶栅 表面上的气流边界层容易分离并形成漩涡，导致流动损失大幅度增加。所以压气机级的理论 功会受到限制。 6.压气机的压比特性曲线有哪些主要特点？ （1）每一转速下，压比有一最大值 （2）转速不变，流量降至一定值时→不稳定→喘振 （3）转速不变，流量增至一定值后→压比急剧下降→阻塞 （4）转速越高，特性线越陡 （5）效率的流量特性与压比类同 7. 8.试绘图说明压气机级在转速一定、体积流量增大和减小时，速度三 角形的变化情况 转速一定时，级的扭速与体积流量之间有什么关系？ 随着体积流量的增大，扭速必然减小，理论功也相应减小 u w ?w u w C u =?u w ?u w ?w u w C u = ?
整体煤气化联合循环发电（IGCC） 目录 一、整体煤气化联合循环的工作过程………………………… 二、整体煤气化联合循环的特点……………………………… 三、整体煤气化联合循环的发展……………………………… 四、在整体煤气化联合循环的主要设备……………………… 五、整体煤气化联合循环的发展趋势………………………… 六、对我国发展IGCC技术的若干启示………………………
一、整体煤气化联合循环的工作过程 整体煤气化联合循环（IGCC-Integrated Gasification Combined Cycle）发电系统，是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。第一部分的主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备（包括硫的回收装置），第二部分的主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。IGCC的工艺过程如下：煤经气化成为中低热值煤气，经过净化，除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气透平作功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。其原理图见下图： 二、整体煤气化联合循环的特点 IGCC（整体煤气化联合循环）发电技术是当今国际上最引人注目的新型、高效的洁净煤发电技术之一。该技术以煤为燃料，通过气化炉将煤转变为煤气，经
过除尘、脱硫等净化工艺，使之成为洁净的煤气供给燃气轮机燃烧做功，燃气轮机排气余热经余热锅炉加热给水产生过热蒸汽，带动蒸汽轮机发电，从而实现了煤气化燃气蒸汽联合循环发电过程。 IGCC发电技术把联合循环发电技术与煤炭气化和煤气净化技术有机的结合在一起，具有高效率、清洁、节水、燃料适应性广，易于实现多联产等优点，符合二十一世纪发电技术的发展方向。 1、IGCC将煤气化和高效的联合循环相结合，实现了能量的梯级利用，提高了采用燃煤技术的发电效率。目前国际上运行的商业化IGCC电站的供电效率最高已达到43%，与超超临界机组效率相当。当采用更先进的H系列燃气轮机时，IGCC供电效率可以达到52%。 2、IGCC对煤气采用“燃烧前脱除污染物”技术，煤气气流量小(大约是常规燃煤火电尾部烟气量的1/10)，便于处理。因此IGCC系统中采用脱硫、脱硝和粉尘净化的设备造价较低，效率较高，其各种污染排放量都远远低于国内外先进的环保标准，可以与燃烧天然气的联合循环电厂相媲美。 目前常规燃煤电厂脱硫主要采用尾部脱硫的方法，脱硫所产出的副产品是石膏。IGCC一般采用物理/化学方式脱硫，其脱硫效率可达99%以上，脱硫产物是有用的化工原料-硫磺。常规燃煤电厂目前没有有效的脱除CO2的方法，IGCC具有实现CO2零排放的技术潜力。在IGCC系统中可以对煤气中的CO进行变换，生成H2和CO2，H2可以作为最清洁的燃料（如燃料电池），CO2可以进行分离、填埋回注等，以实现CO2零排放。 3、IGCC的燃料适应性广，褐煤、烟煤、贫煤、高硫煤、无烟煤、石油焦、泥煤都能适应。采用IGCC发电技术，可以燃用我国储量丰富、限制开采的高硫煤，使燃料成本大大降低。 4、IGCC机组中蒸汽循环部分占总发电量约1/3，使IGCC机组比常规火力发电机组的发电水耗大大降低，约为同容量常规燃煤机组的1/2～2/3左右。 5、IGCC的一个突出特点是可以拓展为供电、供热、供煤气和提供化工原料的多联产生产方式。IGCC本身就是煤化工与发电的结合体，通过煤的气化，使煤得以充分综合利用，实现电、热、液体燃料、城市煤气、化工品等多联供。从而使IGCC具有延伸产业链、发展循环经济的技术优势。 三、整体煤气化联合循环的发展
联合循环燃气轮机发电 厂简介 集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-
联合循环燃气轮机发电厂简介联合循环发电：燃气轮机及发电机与余热锅炉、蒸汽轮机共同组成的循环系统，它将燃气轮机排出的功后高温乏烟气通过余热锅炉回收转换为蒸汽，再将蒸汽注入蒸汽轮机发电。形式有燃气轮机、蒸汽轮机同轴推动一台发电机的单轴联合循环，也有燃气轮机、蒸汽轮机各自推动各自发电机的多轴联合循环。胜利油田埕岛电厂采用的是美国GE公司的 MS9001E燃气轮机,其热效率为33.79%，余热锅炉为杭州锅炉厂的立式强制循环余热锅炉。 1．燃气轮机 1.1简介 燃气轮机是一种以空气及燃气为工质的旋转式热力发动机，它的结构与飞机喷气式发动机一致，也类似蒸汽轮机。主要结构有三部分：1、燃气轮机（透平或动力涡轮）；2、压气机（空气压缩机）；3、燃烧室。其工作原理为：叶轮式压缩机从外部吸收空气，压缩后送入燃烧室，同时燃料（气体或液体燃料）也喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在定压下进行燃烧。生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀作工，推动动力叶片高速旋转，乏气排入大气中或再加利用。 燃气轮机具有效率高、功率大、体积小、投资省、运行成本低和寿命周期较长等优点。主要用于发电、交通和工业动力。燃气轮机分为轻型燃气轮机和重型燃气轮机，轻型燃气轮机为航空发动机的转型，其优势在于装机快、体积小、启动快、简单循环效率高，主要用于电力调峰、船
舶动力。重型燃气轮机为工业型燃机，其优势为运行可靠、排烟温度高、联合循环组合效率高，主要用于联合循环发电、热电联产。 埕岛电厂采用的MS9001E燃气轮发电机组是50Hz，3000转/分，直接传动的发电机。该型燃气轮发电机组最早于1987年投入商业运行，基本负荷燃用天然气时的功率为123.4MW，热效率为33.79%，排气温度539℃，排气量1476×103公斤/小时，压比为12.3，燃气初温为1124℃，机组为全自动化及遥控，从启动到满载正常时间为约20分钟，机组使用MARKⅤ控制和保护系统. MS9001E型机组为户外快装机组，因此不需要专用的厂房建筑，而是用多块吸声板构成的长方形箱体，机组即放置在其内，箱体既起隔声作用，又能代替厂房使机组在各种气候条件下都能正常工作，每台机组连同发电机及控制室等均分别放置在长方体状的箱体内，在其周围还有空气进气系统，燃料供应单元和机组的冲洗装置等附属设备，组成整套燃气轮机动力装置。1.2辅机部分 主要有主润滑油泵,辅助润滑油泵,事故油泵.,油雾抽取装置 燃气轮机在正常运行时，透平功率的三分之二用来拖动压气机，其余三分之一功率为输出功率。显然，在燃机起动过程中，必须由外部动力来
第二章 1、热力参数：压缩比π=p2*/p1*，温度比τ=T3*/T1*; 性能指标：比功ωn=ωt-ωc ； 燃气机循环热效率ηgt=ωn/（f*Hu ） 2、燃气轮机的比功大，说明在同样工质流量和同样的装置尺寸下，燃气轮机的功率大；在 同样的功率下，工质的流量下，燃气轮机的尺寸小。 3、1*11111k k n p k k c T ωτππ--???????? ?=--- ??? ??? ??????? 4、 1 11st k k ηπ-=- 5、 膨胀比πt=p3*/p4* 6、在一定的压比下，温比越高，比功越大；在一定的温比下，存在一个特定的压比πωmax ，使比功ωn 取得最大值；在一定的压比下，温比越高，效率越高，在一定的温比下，存在一 个特定的压比πηmax ，使效率ηgt 取得最大值。通常，πηmax>πωmax 。 7、联合循环中最佳压比都比简单循环要降低。简单循环燃气轮机的效率对燃气初温不很敏 感，而对压比较敏感；联合循环的效率对燃气初温较敏感而对压比不很敏感。 8 、 简单循环的效率只与压比有关，压比越大，效率越高。 联合循环时效率对压比不敏感。 9、如上图：简单循环的效率只与压比有关。联合循环效率随温度变化很大。 10、采用再热循环时，燃气轮机的最佳压比都将有所提高。 计算题 1.
* 1*31 1.3861 * * 1.38621**21288,10, 1.386, 1.315,0.8,0.85 1.03/, 1.20/,125028810546.9546.9288258.9258.9323.60.8 1.03323.6a a a g c t pa pg k k s cs s cs c c c pa c K k k C KJ Kg C KJ Kg T K T T K T T T K T T K w c T T πηηπη--===========?==-=-======?** 34 1.3151 1 1.315**34333.3/10 1250 7201012507205300.85530450.51.20450.5540.6/540.6333.3207.3/g g t s k k t ts s t t ts t pg t n t c KJ Kg T T K T T T K T T K w c T KJ Kg w w w KJ Kg πππη--=======-=-===?===?==-=-= 2. ***134**34**43 1.315*1 1.31513*4288,1600,860,0.85,0.881.386, 1.315 1600860740740840.90.881600840.9759.1160022.48759.1g g c t a g t t ts t s ts k k t s t T K T K T K k k T T T K T T K T T T K T T ηηηππ--========-=-=== ==-=-=????=== ? ????? =1 1.3861** 1.38621**21**2122.48 28822.48685.3685.3288397.3 397.3467.40.85 288467.4755.4a a k k s cs s cs c c c T T K T T T T T K T T T K ππη--===?==-=-=====+=+=