燃气-蒸汽联合循环原理简介

燃气-蒸汽联合循环介绍V94.3A技术特点主要内容联合循环机组的特点燃气轮机型号燃气电厂的分类和分布西门子燃气轮机的技术特点燃气轮机余热锅炉蒸汽轮机燃料空气给水蒸汽燃气蒸汽联合循环生产流程凝汽器燃机发电机汽机发电机联合循环机组的特点效率高排放少出力受环境温度影响大可靠性高占地少耗水量少自动化程度高，运行人员少联合循环机组的特点——效率高350MW级联合循环机组效率可达到58%，比常规机组高出15-18%，折合标煤212g/kwh，比常规1000MW发电煤耗（290~300g/kwh左右）低很多。联合循环机组的特点——排放少最低的环境污染排放。天然气发电，二氧化碳排放量约为燃煤电厂的42%，氮氧化物排放量则不到燃煤电厂的20%，二氧化硫排放几乎为零。可明显减轻日益严重的环保压力。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。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。联合循环机组的特点——占地少与同容量火电厂相比，联合循环电厂占地面积只有火电厂的30-40%，建筑面积也只有火电厂的20%。联合循环机组的特点——耗水量少燃气轮机不需要大量冷却水，单循环机组只需火电厂2%~10%，联合循环机组只需同容量火电厂的1/3左右。联合循环机组的特点——自动程度高，运行人员少联合循环电厂采用先进的集散式控制系统，控制人员可以大大减少，一般只有同容量火电厂人员的20%~25%。燃机和联合循环机组型号主要燃机厂家美国GE/哈尔滨电气日本三菱/东方电气德国SIEMENS/上海电气法国ALSTOM（无转让）通过以市场换技术，国外燃机厂家已经将制造技术分别转让给国内三大动力集团关键部件在国内的合资厂生产燃机和联合循环机组型号燃机种类重型：工业用、大型，一般出力在4万kW以上。轻型：航空改型、小型，一般出力在4万kW以下。频率：50HZ、60HZ燃机和联合循环机组型号美国GE燃机型号：LM6000（轻型）、PG9171FA（重型）PG6541B——6BPG6101FA——6FAPG7111EA——7E（60HZ）PG9171E——9EPG9351FA——9FA，9FB9H燃机和联合循环机组型号1=PG—箱装式发电设备(PackageGeneration)；2=系列号，3、5、6、7、93=输出功率，以英制马力为单位的近似值4=轴的数量，单轴或双轴5=型号，B、E、F、G、H等541335291FAPG燃机和联合循环机组型号联合循环机组型号（GE）S109FAS：STAG-STeamAndGas字首1—燃气轮机的台数0—没有意义9—燃气轮机系列号FA—燃气轮机型号燃机和联合循环机组型号S209E2台9E燃机组成的联合循环一般1套9E组成的联合循环机组出力约180MW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SiemensGasTurbine2000E、4000F相当于GE的9E、9F系列联合循环机组型号SCC5-4000FCC表示联合循环表示1套9F系列燃机组成的联合循环机组燃机和联合循环机组型号燃机和联合循环机组型号日本三菱（MHI）/东方燃机型号D、F、G、HM501D、M701F、M701H联合循环机组2×M701F2台燃机9F系列燃机及联合循环出力生产厂家燃机型号ISO工况燃机出力联合循环机组出力GE/哈尔滨PG9351FA255.6MW395MWPG9371FB284MW426MW三菱/东方M701F3270.3MW406MWM701F4312MW455MW西门子/上海SGT5-4000F（2）271MW406MWSGT5-4000F（4）287MW430MW燃机和联合循环机组型号常规燃机（第二代）单循环出力为150MW等级、燃烧温度低于1205℃，也即“E”级及以下燃机先进的燃机（第二代）单循环出力为250MW等级、燃烧温度约1315℃，也即“F”级燃机最新型燃机（第三代）单循环出力为300MW等级、燃烧温度约1425℃，也即“G”或“H”级燃机燃机和联合循环机组型号最新型燃机GE公司的9001H型（有定货）西门子公司的SGT5-8000H型（开发成功）三菱公司的M701G型（10几台运行）没有转让国内最新型燃机介绍公司机组型号投入年份输出功率/MW效率/%燃烧温度/℃排放水平/ppmGEMS9001H2001292.00039.5142725西门子SGT-8000H2008340.00039.51427＜25三菱M701G2005334.00039.5150025GE公司MS9001H燃气轮机第1台MS9001H燃气轮机与1台汽轮机组成的S109H联合循环电站额定功率为480MW,热效率60%，NOx排放浓度25ppm，于2003年9月正式投入商业运行。H型燃气轮机的压气机压比为23，空气流量为685kg/s.压气机的进口导叶(IGV)和前4级静叶(VSV)均可调，以控制空气流量，适应环境温度的变化和不同运行工况的要求。GE公司MS9001H燃气轮机4级轴流透平气缸采用蒸汽冷却，前2级采用闭式循环蒸汽冷却，第3级为空气冷却，第4级无冷却。闭式蒸汽冷却替代了叶片燃气通道侧的气膜冷却，加大了叶片壁中的温度梯度。这种冷却方法使叶片材料中产生更高的热应力，所以第1级透平叶片使用单晶超级合金材料，并涂以陶瓷隔热涂层。GE公司MS9001H燃气轮机常规的燃气轮机中，用压气机排气冷却第1级喷嘴。经过第1级喷嘴后，燃气温度将下降155K；而H级机组中，经过第1级喷嘴后，燃气的温降小于4K，从而使转子进口燃气温度达到1400℃等级，比F级机组提高100K，但燃烧室中的燃烧温度并未提高，保证机组的NOx排放水平不提高。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。西门子公司SGT--8000H燃气轮机4级轴流透平，前3级均采用空气冷却，第4级无冷却，转子前燃气温度1427℃。第1级动静叶采用单晶超合金材料并涂以耐热涂层，已具有承受近1500℃高温的能力；第2级叶片上涂敷了热障涂层。由SGT--8000H机组组成的联合循环的额定净输出功率超过530MW，效率超过60%。三菱重工--G系列燃气轮机三菱重工(MHI)的G系列燃气轮机用于60Hz的是501G机型,用于50Hz的是701G机型。MHI的G型机相对于F型机来说，透平进口温度从1400℃级提高到了1500℃级。701G2（燃机输出功率334MW）效率39.5％，联合循环功率489.MW，效率58.7％。三菱重工--G系列燃气轮机701G2型压气机分别为14级，压比21,空气流量738kg/s，保持原来25x10-6的NOx排放水平。4级透平，第1级和第2级动叶采用定向凝固浇铸法制造。透平采用空气冷却。燃气电厂的分类简单循环只有燃机和旁路烟囱联合循环包括燃气轮机、蒸汽轮机、余热锅炉、发电机等燃机电厂的布置方式布置方式单轴：燃机、汽机、发电机在同一根轴上多轴：燃机、汽机和发电机不在同一根轴上一拖一：1台燃机拖动1台汽机二拖一：2台燃机拖动1台汽机GTGHRSGGGTHRSGSTG二拖一多轴联合循环机组二拖一多轴联合循环机组效果图GTHRSGSTGHRSGGTGST一拖一单轴联合循环机组GE,三菱SIMENS，ALSTOM一拖一联合循环电厂示意图造价及成本情况机组越大，单位投资越小对9E系列，3600元/千瓦左右对9F系列，3400元/千瓦左右对9E系列，每立方米天然气发4度对9F系列，每立方米天然气发5度西气东输天然气管线及电厂分布公司气源管道燃气电厂的分布--GE燃气电厂的分布--三菱燃气电厂的分布--西门子燃气轮机主要辅助设备及系统燃气轮机压气机燃烧器（室）、透平燃机进气系统冷却和密封系统燃机罩壳消防系统燃料模块燃机控制系统润滑油、顶轴油系统燃机液压油系统V94．3A燃气轮机概况V94.3A燃气轮机的设计基于西门子可靠的V94.2机型，V94．2坚固耐用的特性已通过200多台机的7万次启动和400多万运行小时得到验证。V94．3A燃气轮机从1997年英格兰的首台机组开始，已安装（72）200多台，总运行小时数为1546000当量运行小时.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HRSGGTGSTSIMENSV94.3A西门子单轴方案西门子采用SSS离合器的单轴方案--优点:当汽轮机发生故障或检修时，燃气轮机可以作单循环运行，增加了运行灵活性。启动快,启动机耗功少；不需要大容量的辅助锅在启动时为汽机提供冷却蒸气。冷凝器在运转层，减少土建工期与费用。V94.3A--轴系布置示意图SSS离合器A：爪B：离合器齿C：滑动部件D：花键E：输入轴F：输出环G：棘轮齿SSS离合器---工作原理当输入轴E转动起来，滑块C会随着它转动直到一个棘轮齿G会接触到输出离合器环（F）上面的爪（A）的一端来阻止滑块的转动超过输出离合器环。SSS离合器---工作原理当输入轴连续地转动，滑块会沿着输入轴的花键轴向移动。当棘轮齿与爪端接触，离合器啮合齿会精确地对中准备内啮合并且将沿直线光滑地滑动。随着滑块与输入轴啮合，爪会和棘轮齿脱离连接来允许棘轮齿进入侧面连接。SSS离合器---工作原理当滑块通过连接输入轴的终端来完成其移动，此时，离合器齿完全啮合而爪不承受任何负载，来自输入轴的驱动力矩才被传输。V94.3A燃气轮机---转子V94.3A燃气轮机---转子转子将压气机和透平段连接在单个轴上，并支撑在两端的轴承上。转子由前后轴头、一个中空段以及19组轮盘以及起联接作用的中心螺栓组成。空心轴和轮盘用一个中心拉杆拉紧在一起。轮盘与轮盘之间通过端面齿对中，在机组正常工作时通过端面齿来传递扭矩.V94.3A燃气轮机---转子V94．3A机组轮盘通过端面齿可以单个轮盘自由膨胀，同时通过中心拉杆可以保证转子的中心度相同，从而有效地避免了各级轮盘胀差对转子变形的影响。各级叶片可以轴向拆卸安装，由于气缸均为中分面结构，所以在进行叶片检修时可以不必将转子吊出，而直接开缸对叶片进行检查与调换。V94.3A燃气轮机---转子特点(1)叶轮之间通过端面齿啮合(2)叶轮之间通过中心拉杆轴向固紧(3)轮盘通过端面齿可以单个轮盘自由膨胀(4)各级叶片轴向拆卸安装比较方便V94.3A燃气轮机---转子设计优势：转动平稳：重量轻、高刚度的设计特点使转子可以满足快速启动的要求在任何运行条件下各级轮盘均可以单独自由膨胀在第一次完成动平衡后在检修期间拆装轮盘后不用再做动平衡V94.3A燃气轮机---转子最佳的透平冷却