燃气轮机及燃气蒸汽联合循环概述.ppt

燃气轮机及燃气蒸汽联合循环装置,目 录,一、燃气蒸汽联合循环概述二、燃气轮机联合循环及分布式能源介绍三、燃气轮机的基本结构、工作原理四、燃气轮机防火防爆技术五、燃气轮机撬体的防火防爆技术,对项目经理的基本要求,1、主要是组织协调工作。2、项目前期工作（1）项目建设基本流程、主要工作内容（2）地方政府及相关部门工作（3）相关技术合同、协议的谈判（4）外部、内部沟通、交流,对项目经理的基本要求,3、熟悉分布式能源电厂设备、外围设备及相关企业的情况：电厂主要设备：燃气轮机（内燃机）、余热锅炉、汽轮机及发电机、变压器及电器设备、压缩机（泵）、水处理设备等 外围设备：电机及热网泵、热交换设备、制冷设备等 外围企业的情况：主要设备和负荷性质、上网变电站,对项目经理的基本要求,4、参与设备招、投标规定，并参与各类招标5、设计审查、图纸会审，EPC商务谈判及技术协议谈判。6、施工阶段（1）组织（协调）项目施工、调试（2）对质量、进度、投资和安全进行有效控制（3）了解各专业的基本规范要求，及时解决出现的各类问题（4）验收组织,对项目经理的基本要求,7、协调施工与生产准备的关系8、熟悉国家相关的法律法规、技术规范,个人体会：,1、宏观把握、注意细节2、多学习，多沟通，有礼有节 注册监理工程师 注册建造师 项目管理师3、注意来往信函、文件的保存、使用4、发挥专业技术人员、监理的作用，发挥工程例会的作用；5、安全管理和协调质量和进度的关系是重点,目 录,一、燃气蒸汽联合循环概述二、燃气轮机联合循环及分布式能源介绍三、燃气轮机的基本结构、工作原理四、燃气轮机防火防爆技术五、燃气轮机撬体的防火防爆技术,一、概述,1、燃气轮机发展 20世纪50年代进入发电领域 1960年左右，提出点网中配备一定容量的燃气轮机 1980年后携带基本负荷和中间负荷,2、典型燃气轮机发电机组性能参数,3、联合循环发电机组性能参数,4、燃气蒸汽联合循环优势,1、供电效率远高于燃煤的蒸汽轮机电站2、国外交钥匙工程投资500600美元/kW3、建设周期短4、用地、用水比较少5、运行高度自动化，每天都能启停6、可用率高达85%95%7、便于快速无外电源启动8、采用天然气或液体燃料，环保性能好,5、IGCC介绍,燃气蒸汽联合循环受制于天然气或液体燃料。IGCC整体煤气化燃气蒸汽联合循环 把煤在高压、高强度、高效率的气化炉中气化成中热值（低热值）煤气，进而通过洗涤和脱硫处理，把煤气中的微尘、硫化物、碱金属等杂质清除干净，最后把洁净的人造煤气输送到燃气蒸汽联合循环中去燃烧做工。1、供电效率比天然气低，预计热效率50%52%2、厂用电大,6、燃气轮机及联合循环的现实条件,1、近期或稍长时间内能提供多少天然气资源供发电工业用 2、如何确定天然气价格，使其发电成本能够与廉价的、污染严重的煤电竞争？3、从长远观点看，能否提供自制的、优质而廉价的燃气轮机及其联合循环的硬件和消耗性热备件？,天然气资源问题,1、天然气资源2、国家政策,天然气价格问题,1、设备折旧成本发电成本：2、机组运行维护成本 3、燃料成本 天然气价格对于燃气轮机及其联合循环的发电成本有决定性的影响,国外几种类型发电站发电成本比较,上表数据说明,*目前联合循环供电效率已达56.5%*把液化天然气的设备都考虑到燃料费中*1995年美国管道输送的天然气实价,1、天气热价格比较低廉时，燃用天然气的联合循环机组的发电成本要比同等功率燃煤带FGD的机组低2、我国天然气价格较高 美国气煤价格比2:1 我国则为4:1,燃气轮机国产化的问题,1、2001年10月国家计委颁布燃气轮机产业发展和技术引进工作实施意见2、2004年428号文 以市场换技术，引进PG9351FA、M701F、V94.3A等机组，17个燃气轮机电站40多台燃气轮机及其联合循环机组 3、三大公司哈尔滨动力、东方东方电气、上海电气分别与GE动力、三菱重工、siemens合作组装、生产燃气轮机,7、电力系统配备燃气轮机类型特点,1、大型燃气轮机2、中型燃气轮机3、轻型燃气轮机4、微型燃气轮机,大型燃气轮机,特点：1、在电力系统中承担中间符合和基本负荷 2、功率大、效率高 3、能够长期稳定运行 4、力求减少启停次数 5、启动加载性能较差 在热态下从启动到加载至满负荷耗时一般不少于25min。,中型燃气轮机,特点：1、满足快速启动和加载要求 能在310min内完成启动、加载至满负荷的全过程 2、适应调峰负荷或处理电网紧急事故的需要 3、功率等级比较小，2050MW,适用于分布式电站的燃气轮机,1、燃机选型与使用场所密切相关 较大小区单机功率可以达到2030MW 大型机场单机功率一般在45MW 大型医院、商场仅需数十千瓦 银行、宾馆适宜选用微型燃机 2、要注重能源高效利用 热电联供效率75%以上 热电冷联供效率80%以上,8、燃气轮机名词和概念的说明,1、基本负荷、中间负荷、尖峰负荷等概念,1、上表根据ISO3997“燃气轮机采购”的定义编制而成2、机组采用何种模式运行，与燃料价格、机组性能、电价、热价、电力结构和负荷需求有关。,1、简单循环的燃气轮机主要适用于承担尖峰负荷，联合循环机组适用于承担中间负荷和基本负荷 2、基本负荷燃气轮机：（1）要求额定负荷率高（2）要能长期燃用低级燃料，如重油、煤气、天然气（3）寿命要长50000100000h。（4）运行可靠，便于维护,8、名词和概念的说明,3、尖峰负荷 电网中负荷变动的部分通常有若干台尖峰复合机组担任，尖峰机组也兼做备用机组，需要紧急启动。一般情况下，按照最大负荷设计机组，则经常利用的负荷可能只有1/4，很不经济。它们占电厂容量的15%左右，每天只运行812h，一年只运行数百小时。（1）设备要求成本低、尺寸小，质量小。以降低厂房及基础造价。（2）不单纯追求效率（3）要求启动次数多，能迅速启动，每次启动时燃料消耗要少。（4）寿命不需很长，1000020000h。,8、燃气轮机名词和概念的说明,4、中间负荷 特点和要求介于基本负荷和尖峰负荷机组之间。,8、燃气轮机名词和概念的说明,2、“F”技术 GE公司首先提出 通过冷却技术的改进使透平进口初温t3在原E级基础上提高了150160，相应的压气机的压比也有所提高，从而使简单燃气轮机效率提高到35%以上，联合循环效率接近60%。这些技术在20世纪90年代初由最先推出的的GE公司称为“F”技术。,“F”技术：1、提高单级压气机压比，以适应透平进口初温提高的要求，同时也提高压气机流量；2、高温部件的冷却：叶片冷却、机组转子与静子冷却系统的设计技术；3、燃烧室壁面冷却和降低排放的问题；4、耐高温材料和涂层的应用。,8、燃气轮机名词和概念的说明,3、透平进气温度T3*（1）T3a:透平进气温度（Turbine Inlet Temperature，TIT）即燃烧室出口燃气的平均总温（滞止温度）（2）T2b:燃烧温度（Firing Temperature，TRIT）紧接第一级透平导叶尾缘处的燃气质量平均总温，即通过第一级导叶后的燃气与第一级导叶冷却后的冷却空气掺混形成的混合燃气的总温。（3）t3C：利用现场实验条件取的数据，是机组热平衡计算模型,8、燃气轮机名词和概念的说明,4、ISO条件（1）总压为101325Pa（760mmHg，近似于1013bar，1,0332kgf/cm2）绝压，相当于海平面高度（2）总温为15（3）相对湿度为60%（4）如果对工质进行冷却，冷却水进口温度为15 GB/T1400992004燃气轮机采购增加的条件,8、燃气轮机名词和概念的说明,1、机组输出参数与进口空气参数有很大关系，应有一个的规定标准 2、尽量不采用NEMA（美国电气制造商协会）条件 3、机组设计点数据取电厂当地的年平均大气参数,某型号燃气轮机功率、热耗与大气温度修正曲线,在设备采购合同明确的内容,二、燃气蒸汽联合循环及分布式能源介绍,本节主要是了解天然气分布式能源的一些常见设计运行方式，各运行方式的优劣有一个初步了解。简单循环 联合循环 热电联产 热电冷联产 分布式能源供应,简单循环燃气轮机,联合循环系统图（1-1-1）,联合循环系统图（2-2-1）,单轴联合循环机组3压联合循环,V94.3A联合循环标准模块图,109FA联合循环单轴布置模块图,Siemens V94.3A联合循与环GE公司109FA联合循环均是单轴布置二者有何不同？发电机布置位置不同,对运行方式有何影响？,1、当汽轮机发生故障或检修时，燃气轮机可以做简单循环运行，增加了运行灵活性 2、启动快，不需要大容量的辅助锅炉在启动时为汽机提供蒸汽,多轴联合循环机组全厂布置图,热电冷联供（燃机+余热锅炉）,联合循环（燃机+余热锅炉+背压式汽轮机）,联合循环（燃机+余热锅炉+冷凝抽气式汽轮机）,日立H25燃气轮机冷热电三联供,天然气分布能源站系统示意图,天然气分布能源站系统示意图,三、燃气轮机的结构及工作原理,1、燃气轮机的基本结构（Saturn 20）,驱动附件,Saturn 20燃气轮机效果图,Trent 60 燃气轮机效果图,V94.2燃气轮机,压气机转子,1、可拆卸 焊接转子 红套打销子转子2、不可拆卸 长拉杆转子（中心拉杆、分布拉杆）短拉杆转子,燃气轮机转子,压气机转子装配,中心拉杆转子优点,分布式长拉杆,分布式长拉杆装配,PG9171E燃气轮机分布式拉杆,压气机叶轮,压气机,压气机的喘振,进口导叶或前几级静叶可调中间放气（放气阀）双转子或多转子压气机,进口导叶或前几级静叶可调,V94.2燃气轮机燃烧室,V94.2燃气轮机燃烧室外观,V94.2A环形燃烧室,透平,V94.2燃气轮机叶片冷却空气供气,2、燃气轮机的工作原理,Saturn 20燃气轮机,燃气轮机的工作原理,启动装置,混合（预混合）,压气机,高压压缩空气,高温、高压燃气,推动涡轮旋转做功,燃烧室燃烧,输出功率（发电机）,附件工作,3、燃气轮机运行中遇到的问题,1、进气过滤器堵塞与反吹的问题 2、夏季润滑油温度过高的问题3、流量调节阀卡滞的问题,四、燃气轮机的防火防爆,问题的提出：,燃烧室及涡轮高温部件+天然气,1、点火瞬间2、运行中意外熄火,1燃烧室及高温部件的防火防爆,燃气轮机的吹除带转燃气轮机天然气管线进入燃烧室前设置主副截止阀独立的快速截止阀燃气轮机熄火保护系统,燃气轮机的吹除带转,在燃气轮机点火前将进气道直至排气系统(包括烟囱、余热锅炉)中的可燃气体予以充分排除 当使用气体燃料时，起动前冷吹有时间、次数要求。起动控制系统必须具有足够的冷吹时间(或次数),进入燃烧室前设置主副截止阀,主副截断阀，两阀间设检查阀,主副截止阀工作原理,压力传感器,主阀,副阀,天然气来气,去燃气轮机,独立的快速截止阀,燃料控制系统还要有独立的快速截止阀。它在任何一种停机指令下都能切断所有流向燃气轮机的燃料，并且在允许点火的所有条件都满足之后才能打开,燃气轮机熄火保护系统,熄火保护的功用：点火不成功、熄火起到切断天然气的保护 一旦发现燃烧室火焰有熄火的情况，熄火保护系统立即发出信号，切断燃气管路,五、燃气轮机撬体的防火防爆技术,1、燃气轮机撬体外观,2、燃气轮机撬体的防火防爆技术,1.燃气轮机撬体的通风2.可燃气体、温度、火焰（烟雾）探测器3.燃机本体的气体灭火系统4.防爆电器、分区,3燃气轮机撬体内的通风,增加通风可以有效地减少可燃气体的聚集，减少爆炸的危险性 撬体的常见通风方式-撬体正压通风-撬体负压通风,4可燃气体、温度、火焰(烟雾）探测器,可燃气体探测器温度探测器火焰探测器,5.燃机本体的气体灭火系统,燃机机组本体的CO2气体灭火系统是通过降低燃机罩壳内隔间空气中的氧气含量达到灭火的目的 1、灭火系统与各类探测器联动 2、灭火系统与燃机控制系统联动 3、灭火系统与撬体通风联动,Polytropic Efficiencies(Turbines),x,T,S,p3,p0 x,03,3,0 x,px,(n,0n),p03,p0n=p4=pa,(n*,0n*),相同类似的分析请同学们考虑：,结 论,物理解释：压气机级数增加，压比增加，涡轮膨胀做功能力增加，就涡轮效率而言是增加的。,Polytropic Efficiencies,两者之间的关系,Polytropic Efficiencies,两者之间的关系,多变指数n,这就是多变效率的由来，是非等熵,同理可得到涡轮的多变指数,压气机等熵效率和透平等熵效率与压比变化趋势的分析,Pressure Losses,在能量转化工质输送过程中均有沿程阻力损失，在各部件中均有总压损失（进气道、压气机、燃烧室、透平、换热器、排气道）,12:Compressor,25:Air-side of exchanger,53:Combustion,pa,34:Turbine,46:Gas-side of exchanger,61:Exhaust ducting,T,s,Pressure Losses,The Pressure losses have the effect of decreasing the p relative to c and thus reduce the net work output from the plant,so that pressure losses have a significant effect on the cycle performance.,The Frictional pressure losses,For a large industrial unit,Heat-exchanger Effectiveness,Mass Conservation,Energy Conservation,Mechanical Losses,Bearing Friction,Windage,and so on,Compressor,Other Components including:,Gearing equipments;Fuel pumps;Oil pumps;Other ancillary devices;,Variation of Specific Heat,Important for Estimation of cycle performance,&cp,Fuel/Air ratio,Combustion Efficiency and Cycle Efficiency,inlet of combustion,Fuel/Air Ratio,Fuel/Air ratio,Combustion Efficiency and Cycle Efficiency,WN is in kW per kg/s of air flow,Specific Fuel Consumption(SFC),Fuel/Air ratio,Combustion Efficiency and Cycle Efficiency,Enthalpy of reaction is H2-5,Cycle Efficiency,Bleed Flows,Sfor cooling stator,Rfor cooling Rotor,Dfor prevent the hot gases down the face of turbine,it passes through the rotor,Inlet of combustion,Inlet of compressor,Inlet of Rotor of Turbine,