燃气轮机联合循环发电技术75页PPT

第六章 燃气轮机联合循环 的运行与控制
➢运行 启动、加载、减载、停机
设备组成 / 所处状态 / 运行方式
➢操作原则 在不超温、不超速、不超振、安全
可靠前提下快速、高效
➢控制 燃气轮机、余热锅炉、汽轮机、各种辅
助设备的控制、整机的协调控制
➢控制系统
第一节 燃气轮机的启动
一、启动过程
四个阶段 （1）冷拖、清吹 （2）点火、暖机 （3）升速、脱扣 （4）自升速、/ 加载
注意几个转速：清吹、点火、自持、脱扣
二、启动方式
正常启动、快速启动、紧急启动
三、实例分析
第二节 联合循环的启动
➢影响启动的因素
余热锅炉有无旁通？ 单轴/多轴？有无3S离合器？ 启动状态：热态？冷态？温态？
一、多轴合循环的启动
➢有旁通
燃机、余热锅炉、汽机按次序启动
某100MW二拖一联合循环的冷态启动 （有旁通烟道、单压）
➢无旁通烟道
某120MW一拖一双轴机组的热态启动 （无旁通烟道、双压）
S109FA型单轴联合循环机组的冷态启动 （CSG方案、三压锅炉）
GUD1S.94.3A型单轴机组的冷态启动 （CGS方案，带3S离合器）
冷 热 态 启 动 的
比 较

✓ 3）防治措施
中间放气，旋转导叶，分轴压气
燃气轮机与联合循环
能源与动力学院
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第三章 燃气轮机各部件的工作原理
燃气轮机与联合循环
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第三章 燃气轮机各部件的工作原理
3-2 燃烧室原理与特性
一、燃烧室的作用、结构及特点 1、燃烧室的作用
利用一部分高压空气使燃料燃烧，燃烧产物 与其它高压空气混合后，送至燃气轮机。
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第三章 燃气轮机各部件的工作原理
3-3 透平原理与特性
一、透平的类型、结构及特点 4、透平的结构
燃气轮机与联合循环
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第三章 燃气轮机各部件的工作原理
3-3 透平原理与特性
一、透平的类型、结构及特点 4、透平的结构
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第三章 燃气轮机各部件的工作原理
一、透平的类型、结构及特点 3、两种透平比较
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第三章 燃气轮机各部件的工作原理
3-3 透平原理与特性
一、透平的类型、结构及特点 4、透平的结构 转子：转轴、动叶片
静子：气缸及装在气缸上的静叶片
级：由一列静叶片和其后的一列动叶片构 成的一组工作单元。
工作过程： 燃气轮机与联合循环
3-3 透平原理与特性
一、透平的类型、结构及特点 1、透平的作用
将来自燃烧室的燃气中的热能转化为机械功， 带动压气机并向外界输送净功。 2、压气机的分类
轴流式：燃气在总体上沿轴向流动。 向心式：燃气在总体上沿径向流动。
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第三章 燃气轮机各部件的工作原理

中国首台V94．3A燃气轮机2005年安装于 上海石洞口电厂。
V94.3A燃机结构
V94.3A燃机结构
天然气管道 排气管道 冷却空气管道
V94．3A燃气轮机主要设计特点
V94．3A燃气轮机
V94．3A燃气轮机--质量流量
V94．3A燃气轮机主要设计特点
与发电机连接方式： 采用冷端驱动 通过3S离合器与蒸汽轮机连接
联合循环机组的特点——可靠性 高
燃气发电实现： 自动、保护投入率100% 启停速度快 系统相对简单、辅机相对较少，整机可
靠性高 可真正实现AGC控制
联合循环机组的特点——出力 和环境温度关系
联合循环机组的特点——出力和 环境温度关系
环境温度升高时，空气密度减小，燃气 轮机的吸气容积流量基本恒定，所以， 环境温度升高，必然导致燃气轮机质量 流量减小，出力下降。
左右。
2×S109FA
2套9FA组成的联合循环 ，每套1台燃机 一般1套9F组成的联合循环机组出力约400MW
左右。
燃机和联合循环机组型号
德国SIEMENS/上海电气
燃机型号
SGT5-2000E、SGT5-4000F SGT表示Siemens Gas Turbine 2000E、4000F相当于GE的9E、9F系列
西门子公司SGT--8000H 燃气轮机
2007 年冬季第一次点火， 并准备于 2008 年开始进行简单循环运行鉴定。它 是完全用空气冷却的机组， 也是世界上 最大的完全空气冷却的燃气轮机。
13 级轴流式压气机， 压比19， 进口导 叶和前3 级静叶可调，确保机组部分负 荷运行时具有高的效率，易于启动。
燃气轮机中压气机的耗功是随环境温度 的升高而增大的，而透平的膨胀功并不 随环境温度升高而增大，所以，环境温 度升高时，燃气轮机的效率必然下降。

燃气轮机相关热力循环
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46、寓形宇内复几时，曷不委心任去 留。
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47、采菊东篱下，悠然见南山。
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48、啸傲东轩下，聊复得此生。
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49、勤学如春起之蔽风日；短褐穿结 ，箪瓢 屡空， 晏如也 。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左

• 现在世界上已有廿多个国家，一百多个企业生产 近千种型号的燃气轮机，国内主要引进通用（GE ）、西门子、三菱技术。
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二、燃气轮机组成及原理
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燃气轮机组成
• 1－压气机 2－燃烧室 3－透平 4－轴承 5－发电机
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燃机组成
• 燃气轮机由压气机、燃烧室和燃气透平组成。压气机有轴 流式和离心式两种，轴流式压气机效率较高，适用于大流 量的场合。在小流量时，轴流式压气机因后面几级叶片很 短，效率低于离心式。功率为数兆瓦的燃气轮机中，有些 压气机采用轴流式加一个离心式作末级，在达到较高效率 的同时又缩短了轴向长度。
• 附属系统和设备，包括：启动装置、燃料系统、润滑油系 统、进气系统、排气系统等。
• 燃气轮机的主要优点是小而轻。单位功率的质量，重型燃 气轮机一般为2～5千克/千瓦，而航机一般低于0.2千克/千 瓦。
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燃气轮机的结构
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燃气轮机转子结构
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燃气轮机整体结构
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燃气轮机主要辅助模块 • 启动装置，指启动电机； • 压气机清洗装置； • 燃料前置模块，指天然气前置模块或燃油
基准值 15 60
3000 26.67 88.9 127 1014 100%CH4
出力 √ √
√ √ √ √ √ √ -
热耗率 √ √
√ √ √ √ √ √ √
排气流量 √ √
√ √ √ √ √
排气温度 √ √
√ √ √ √ √ √
热耗 √ √
√ √ √ √ √ √ -
注：“√”表示有相应的修正曲线，“-”表示不适用，该表及以下性能曲 线均是以GE 9171E型燃机为例。
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燃气轮机发展状况
• 燃气轮机的应用发展现已提高到降低总能耗的高 度，它是当前世界节能技术的主要发展方向之一 。能量的分级利用与综合利用的全能量系统工程 的概念被普遍重视，以热电联产及热动联供为核 心的总能系统同样有广阔的前景，今后在能量转 换过程的系统中，燃气轮机将占更重要的位置， 并将大量采用燃气轮机总能系统。

凝汽器通常采用表面式凝汽器，由冷却水在管内流动，将管外的蒸汽冷凝成水珠。
凝汽器的性能和效率直接影响到联合循环发电厂的效率和输出功率。
控制系统
控制系统是联合循环发电厂中的 重要组成部分，它负责监控和控
制整个发电厂的运行。
控制系统通过各种传感器和执行 器来监测和控制燃气轮机、余热 锅炉、蒸汽轮机、凝汽器等设备
蒸汽轮机工作
燃气轮机排出的高温排气进入余热锅 炉中，加热锅炉中的水产生蒸汽，蒸 汽驱动蒸汽轮机转动，从而带动发电 机发电。
历史与发展
起源
燃气蒸汽联合循环发电技术起源 于20世纪50年代，经过多年的研
究和发展，技术逐渐成熟。
应用
目前，燃气蒸汽联合循环发电厂已 经在全球范围内得到广泛应用，成 为许多国家的主力发电方式之一。
的运行状态和参数。
控制系统的稳定性和可靠性对于 保证联合循环发电厂的稳定运行
和安全具有重要意义。
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燃气蒸汽联合循环发电厂 优势
效率高
燃气蒸汽联合循环发电厂采用高效的 燃气轮机，能够将燃料中的能量转化 为高品位的电能，同时利用余热产生 蒸汽，进一步提高能源利用效率。
与传统的燃煤电厂相比，燃气蒸汽联 合循环发电厂的能源转换效率更高， 能够达到50%以上，而燃煤电厂的气蒸汽联合循环发电厂使用的 燃料主要是天然气，燃烧过程中 产生的污染物较少，如硫氧化物 、氮氧化物和颗粒物等。
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与传统的燃煤电厂相比，燃气蒸 汽联合循环发电厂能够显著降低 对环境的污染，符合绿色能源的 发展趋势。
启动快
燃气蒸汽联合循环发电厂的启动时间较短，一般在几分钟到十几分钟之间，能够 快速响应电力需求的变化。
与传统的燃煤电厂相比，燃气蒸汽联合循环发电厂的启动速度更快，能够更好地 适应电力系统的调度需求。

• 燃气-蒸汽联合循环的采用，在西方已有40多年历史。早起联合循环是 以蒸汽为主，燃气轮机不过是作蒸汽锅炉的炉膛增压之用。第一台实 用的联合循环机组，是用燃气轮机来扩建汽轮机电站形成的发电机组， 于1949年投入运行，不仅提高了原有电站的发电量，同时也提高了电 站效率。 • 60年代，整个概念被颠倒过来，燃气轮机在循环中作主要的动力设备， 而它的排气则被用来产生蒸汽，在汽轮机中作功。由于燃气-蒸汽联合 循环在不增加燃料的情况下可以增加出力三分之一甚至更高，并可燃 烧各种燃料，现在已作为一种成熟的动力系统被全世界所接受。
燃气-蒸汽联合循环原理
• 燃气透平 • 静子
• （1）汽缸 • 转子
（2）静叶
• 在大型燃气轮机中，广泛采用盘鼓式转子，有焊接式、螺栓连接两种 方式。
燃气-蒸汽联合循环原理
• 燃气透平结构特点和要求 • 1.承受高的温度。 • 首先零件在其工作温度下有足够的强度，主要是所用材料在高温下的 持久强度和蠕变强度，应符合所需工作寿命的要求。对目前的耐热合 金来说，一般只能在900℃以下长期工作，故需要用空气冷却高温零 部件，使其工作温度低于材料允许的最高温度。
燃气-蒸汽联合循环原理
• 2.排气补燃型联合循环 • 排气补燃型联合循环包括在余热锅炉前增加烟道补燃器以及在锅炉中 加入燃料燃烧这两种方案。 • 由于补燃，锅炉的蒸发量增大，汽轮机的功率明显增加。排气助燃型 的汽轮机的功率可5~6倍于燃气轮机的功率；蒸汽的初参数不受燃气 轮机排气温度的牵制，可达到535~550℃的高温，以提高蒸汽部分的 循环效率；在部分负荷下，可在较大或很大的输出功率变化范围内， 不改变燃气轮机的工况而只改变补燃燃料，即只改变汽轮机的功率来 改变联合循环的输出功率，使部分负荷下的效率较高。 • 由于补燃燃料的能量仅在蒸汽部分的循环中被利用，未实现能源的梯 级利用，致使联合循环的效率一般低于余热锅炉型。鉴于采用联合循 环的主要目的是提高效率，因而排气补燃型远不如余热锅炉型应用广 泛。

轴燃气轮机，取决于系统中负载的变化情况，当系
统负载变化不大时，一般选用单轴燃气轮机，如大
型火力发电厂用于拖动发电机的燃气轮机；当系统
负荷变化较大时，可视其具体情况选用双轴或多轴
燃气轮机，如石油化工工业上用于机械驱动的燃气
轮机。
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目录 简述二
燃气轮机简述二
燃气轮机装置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。
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燃气轮机用于发电的主要形式
9. 燃料电池——燃气轮机联合循环： 美国能源部近日宣布开发出了世界第一个 将燃料电池和燃气涡轮机结合在一起的发电设备，这种设备能更有效地产生电 力并大大减少环境污染。据了解，这一设备的燃料电池由1152个陶瓷管构成， 每个陶瓷管就像一块电池。电池以天然气为燃料，能放出高温高压的废气流， 燃气涡轮机则用燃料电池产生的热废气流制第二轮电力。由于燃料电池中没有 燃烧过程，只是通过化学分解天然气燃料来产生电力，因此可以大幅度减少污 染。 设备不会产生二氧化硫，其反应产物中的氮氧化物含量不及目前天然气发 电设备的2％，二氧化碳排放量则减少了15％。而且，只要有天然气和空气存在， 燃料电池就能工作。新型发电设备的发电功率为220千瓦，能为200户人家提供 电力。其发电效率达到55％，这意味着来自天然气燃料的能量中有55％转化成 了电能，远远高于燃煤发电设备的35％发电效率，也高于燃气涡轮燃气轮机的概述 2. 燃气轮机的分类 重型/轻型 3. 燃气轮机用于发电的主要型式 4. 单轴燃气—蒸汽联合循环发电机的布置型式 5. 单轴燃气—蒸汽联合循环发电机组电厂布置示意图 6. 余热锅炉示意图 7. 京丰现场机组布置型式 8. 燃气轮机的技术发展过程 9. M701F燃气轮机技术结构特点 10. 结束语

第二部分 燃气-蒸汽联合循环发电机组余热锅炉
燃气轮机经点火加热推动燃机透平转动， 被加热的空气排放冷却就产生大量的余热。 为更高提升热效率联合循环机组都配套一台 余热锅炉。
采用优化的标准设计，对流换热形式而 不是辐射换热，无燃料系统，无传统风机 （烟气的流动是靠燃机的排气压力完成的）， 模块化设计结构，布置合理紧凑，高效节能， 自动化程度高。
余热锅炉施工 相对于大型火电厂锅炉，余热锅炉的安
装过程较为简单，其主要工作即为大规模的 模块吊装。从总体上来讲模块越大对起吊设 备的要求越高，吊装方案也要求更严细，但 是工厂化完成的工作也更多，减少了施工现 场的安装工作量。模块的大小取决于合同的 约定和工厂的生产水平，对于电建队伍来讲 吊装不是大的难题，应在订货合同中尽量要 求较大的模块。
❖一拖一 即配置一台燃机、（一台燃机发电机）、一台余 热锅炉和一台蒸汽轮发电机机组。单轴或多轴。
❖二拖一 即配置二台燃机、二台燃机发电机、二台余热锅 炉和一台蒸汽轮发电机机组。
❖单循环 燃机做功，带动燃机发电机发电，无余热锅炉。
❖联合循环 燃机及发电机、余热锅炉、蒸汽轮发电机组。
影响T3的关键因素：高温材料、冷却技术。 目前以欧美、日本为主要生产国家，在我国有装机的基本是三大厂家的产品：德国—西门子（上海电气）、美国—GE（哈尔滨）、日 本—三菱（哈气）。 由于锅炉参数低，对于汽水管路和本体焊接而言压力相对减少； IGCC（Integrated Gasification Combined Cycle）整体煤气化联合循环发电系统，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。 1、首先要细致做好施工组织设计。 1、联合循环机组电气安装的特点 设备的布置有单轴、多轴等不同的方式，但都是燃气轮机点火后的余热加热余热锅炉，通过换热蒸发产生蒸汽推动蒸汽轮机转子分别 驱动发电机发电。 影响T3的关键因素：高温材料、冷却技术。 载满负荷模式下，发电效率超过61%，热电联供下，效率超过91%。 1、燃机安装调试是制约工程的关键和主线。 NOX小于25ppm； 燃气-蒸汽联合循环发电机组是当前技术成熟的洁净型商业发电装置，目前最先进机组的发电效率已达60%。 2、厂供的热工元件增加，配套的减少。 1、首先要细致做好施工组织设计。 燃气蒸汽联合循环发电机组知识 所谓单轴，是指燃气轮机、蒸汽轮机和发电机同在一根轴上。 燃气-蒸汽联合循环发电机组燃机 相对应的发电机附属设备和消防设施等都是双倍的，安装工作量远大于同样容量的常规火电机组。 燃气-蒸汽联合循环发电机组是当前技术成熟的洁净型商业发电装置，目前最先进机组的发电效率已达60%。 燃气-蒸汽联合循环发电机组安装特点 其结构占地面积小，便于安装，一般从模块吊装开始至锅炉水压试验完成大约需要90天左右工期。