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燃气-蒸汽联合循环机组,东方汽轮机有限公司 陈建,目 录,1/联合循环基本概念2/联合循环机组轴系和布置3/东方电气燃机主要特点4/联合循环汽机及供热方案,1/燃气-蒸汽联合循环基本概念,4,燃气轮机的历史,6,7,8,目前A380客机采用的罗罗公司遄达900发动机：推力：70,000-76,500磅（最大认证推力：80,000磅）涵道比：8.5-8.7压比：40,9,联合循环基本概念,1,2,3,4,燃机效率:G=(QG1-QG2)/QG1蒸汽轮机效率:S=(QS1-QS2)/QS1联合循环效率:C=G+(1-G),布雷顿循环,朗肯循环,联合循环就是将燃气轮机排出的“废气引入余热锅炉，加热水产生高温高压的蒸汽，再推动汽轮机做功。相当于将燃气轮机的布雷顿循环和汽轮机的朗肯循环联合起来，形成能源梯级利用的总能系统，达到极高的热效率。,现代燃气轮机大多数采用简单循环：1、简单循环最能体现燃机体积小、重量轻、结构简单、辅助机械少、运行可靠、用水少；2、简单循环的主要缺点是热效率低，但由于目前燃机的压比和初温都大幅度提高，这个缺点以有所改善。目前简单循环燃机的效率已达到40%以上；3、发电用燃机的应用趋势是与汽轮机组成联合循环机组，选择高燃气初温和适当压比的简单循环，恰好与联合循环总的最佳热效率比较吻合。,燃气轮机与汽轮机区别的三大特征：1、工质：燃气轮机采用空气和燃气；2、燃机为内燃方式，免除了庞大的传热与冷凝设备，因而燃机设备简单，启动和加载时间短，电站的厂房占地面积与安装周期都减少；3、燃机为高温加热高温放热，因此有更大的提高系统效率的潜力，但这也使在简单循环时热效率较低。,1工质：燃气轮机：高温高压的燃气；汽轮机：高温高压的蒸汽2 参数 汽轮机超超临界参数：600、26.3MPa燃气轮机燃气参数是：1400、1.7MPa3输入汽轮机：高温高压的蒸汽，热量来自煤燃气轮机：气（CH4、油）+空气,4 部件功能燃气轮机：压气机耗功将空气增压，消耗掉透平2/3功燃烧室将高压空气加热透平将将热能转化为功汽轮机：汽轮机将蒸汽的热能转化为功（给水泵将水的压力升高）（锅炉将水变为一定温度的水蒸气）5 输出结果燃气轮机：机械功+580-600燃气汽轮机：机械功+超低压蒸汽,HRSG余热锅炉,ST,Comp,GT,天然气,空气,给水,凝汽器,燃气轮机,蒸汽轮机,联合循环电厂系统基本组成,联合循环机组蒸汽热力循环方案（F级燃机）,2/联合循环机组轴系和布置,联合循环轴系布置时考虑的主要因素,燃气轮机轴系示意（分轴）,发电机,燃气轮机,盘车装置,汽轮机低压模块,汽轮机高中压模块,燃气轮机,发电机,燃气轮机轴系示意（单轴CSG）,联合循环典型布置,M701F4 1拖1 单轴布置,约 115m,约 80m,约 160m,约 105m,M701F4 1拖1 分轴布置,M701F4，2拖1 多轴布置,燃机低位布置,燃机轴线标高 4.8m,行车轨顶标高 22m,燃机房剖面,燃机高位布置,燃机高位布置运行方便、检修方便,3/东方电气燃机主要特点,2009,2016,东方燃气轮机发展历程,2003技术许可证协议签字,2004广州合资公司成立,2005国产三菱燃机发运,2015首台M701F5订单签约,2016F5及J型燃机技术转让协议,2011首台M701F4机组成功投运,东方汽轮机有限公司,三菱重工,合资公司JV（生产高温部件、维修）,投资（49),投资（51),G/T技术转让,用户,维修,部品销售,三菱重工东方燃机(广州）有限公司2004年成立,东方燃气轮机发展历程,DEC燃气轮机业绩,燃机型号：M701 F4电厂规模：1951MW机组配置：分轴 2 GT+1 ST+2 HRSG投运时间：2015年,国内智能化程度最高APS一键启动范围最大,神华国华北京燃气电厂,华能北京高碑店热电厂,燃机型号：M701 F4电厂规模：1923MW机组配置：分轴 2 GT+1 ST+2 HRSG投运时间：2011年,国家优质工程金质奖2012-2013年度,华电江苏戚墅堰电厂,2015.08.15#1机组一次点火成功2015.09.25#1机组投入商业运行2015.11.16#2机组投入商业运行 联合循环机组性能试验结果：热耗 6050kJ/kWh 效率 59.5%,燃机型号：M701 F4电厂规模：2474MW机组配置：2套单轴 1 GT+1 ST+1 HRSG投运时间：2015年,深圳前湾燃机电厂 单轴1ON 1 X 3,广东惠州LNG电厂 单轴1ON 1 X 3,深能源集团东部电厂 单轴1ON 1 X 3,福建莆田燃气电厂 单轴1ON 1 X 4,白俄明5燃机电厂 单轴1ON 1 X 1,戚墅堰E级燃机电厂 分轴 1ON 1 X 2,北京第三热电厂 单轴1ON 1 X 1,四川达州燃机电厂 单轴1ON 1 X 2,北京高碑店燃机电厂 多轴 2 ON 1 X 1,大唐浙江绍兴电厂 单轴 1ON 1 X 2,中海油中山嘉明电厂 分轴 1ON 1 X 3,中海油珠海电厂 分轴 1ON 1 X 2,浙能浙江常山电厂 单轴 1ON 1 X 1,华能重庆两江电厂 单轴 1ON 1 X 2,山西嘉节燃机电厂 多轴 2ON 1 X 1,北京高安屯燃机电厂 多轴 2 ON 1 X 1,戚墅堰F级燃机电厂 单轴 1 ON 1 X 2,东莞燃机电厂 分轴 1 ON 1 X 2,天津陈塘庄燃机电厂 分轴 2 ON 1 X 2,太原东山燃机电厂 分轴 2 ON 1 X 1,浙江江东燃机电厂 单轴 1 ON 1 X 2,M701F4 联合循环机组优异性能得到多个项目验证热耗平均低于合同保证值0.7%出力平均高于合同保证值1.6%,东方电气对机组性能数据进行无容差保证！,东方联合循环性能优异-振动水平低,实测燃机轴振全部50m,实测汽机轴振全部50m,注：以上数据基于ISO工况（15.0、101.325kPa、60%）,东方燃气轮机产品系列,F级燃气轮机结构特点,压气机进气,压气机,燃烧器,透平排气,透平,转子,进气缸,压气机气缸,燃兼压缸,透平缸,排气缸,排气扩压段,F级燃气轮机结构特点,低NOX燃烧器（DLN）设计技术,燃烧天然气的联合循环电厂1 高效率：提高透平入口温度T1T2 低NOX排放,透平入口温度T1T,扩散燃烧器 DLN燃烧器 多喷嘴+DLN燃烧器 蒸汽冷却+多喷嘴+DLN燃烧器,DLN：Dry Low NOx,三菱重工是世界第一个生产预混燃烧器的厂家。,3.2 F4机组燃烧器结构：,火焰检测器,水平中分面,火焰检测器,点火器,点火器,Cross Flame tube(19pc),联焰管,F4机组燃烧器结构：环管式，20个；,DLN燃烧器,燃烧室兼压气机缸,TOPHAT喷嘴,燃烧筒,透平缸,主喷嘴,旁路阀,过渡段,值班喷嘴,值班喷嘴,主喷嘴,TOPHAT喷嘴,燃烧喷嘴由围成一圆圈的8个干式预混燃烧主喷嘴和位于圆心的扩散燃烧值班喷嘴组成。采用多喷嘴预混式的目的是为了使空气与燃料混合均匀，增加火焰面积，降低燃烧温度，特别是减少局部高温区，以最终减少NOx的生成。旋流器：给流动的空气以扰动，形成湍流区加强混合,内筒：为火焰筒的双层壁面。冷却空气从外壁的小孔进入，并在夹层中沿壁面的沟槽流动形成对流换热，然后从沿圆周方向的缝隙中流出，对燃气的下游形成膜式冷却；是燃烧的主要区域过流段的壁面结构，冷却空气通过外壁的多个圆形孔进入夹层，同样沿壁面的沟槽运动，并从下游的出口进入燃气的主流。,尾筒，也称为过渡段，是将高温燃气引向透平做功的关键部件，它和火焰筒也是燃气轮机中承受温度最高的部件，因此对内壁的材料防护及冷却技术也是至关重要的。火焰筒和过渡段的内壁面采用隔热涂层，以防止金属升温，并防止有害介质对金属的腐蚀。,完善的燃烧调节硬件系统,燃气热值计、燃气流量计；燃料供应调节阀组：燃料关断阀/排放阀、燃料A/B压力控制阀、燃料A/B量控制阀、值班（PILOT）燃料流量控制阀、顶环（TOPHAT）燃料流量控制阀;燃烧空气旁路系统（BY-PASS);压气机入口导叶(IGV);先进的环管式燃烧器结构。,先进的燃烧测控系统,火焰检测器；燃烧器压力波动传感器、加速度传感器；燃机透平叶片通道温度检测；先进的燃烧压力波动检测系统（A-CPFM)；先进的燃机控制系统(GTC)。,透平静叶冷却,透平动叶和转子冷却,透平热通道部件冷却,压气机第6、11、14级的放气,经过冷却后的压气机出口空气,透平叶片热障（TBC）涂层,透平叶片涂层,燃气温度和叶片金属温度的分布,压气机段,透平段,扭矩管,3.4 F4机组转子结构：,技术研发,主燃料,值班燃料,高水平设计/分析技术,燃烧室,冷却,空气动力,材料,定向结晶 材料,精密铸造 叶片,结晶分析,核心部件验证,高压燃烧试验,透平动静叶验证试验,压缩机模块试验,蠕变实验,反馈到研发,MHI Takasago Machinery Works,整机设计制造,验证,高砂制作所内联合循环示范电站(T-地点),精密测量技术,透平叶片振动应力遥感测量,Low,High,Velocity,反馈到设计制造,先进性和稳定性的完美结合,先进的技术和高可靠性紧密结合！,经过长期验证、先进而成熟的设计特点！,先进性和稳定性的完美结合,D 型,F 型,J 型,透平转子冷却空气流道示意图,交换的热量可以被有效利用来加热锅炉给水，提高联合循环机组效率。,先进的冷却技术,透平第一级静叶1st Turbine Vane,透平第一级动叶1st Turbine Blade,热通道表面陶瓷热障涂层,冷却空气,鳍片冷却,头部喷淋冷却,空气流道,冷却空气,表面薄膜冷却,表面薄膜冷却,销片冷却,头部喷淋冷却,空气流道,热通道表面陶瓷热障涂层,头部喷淋冷却,销片冷却,鳍片冷却,表面薄膜冷却,表面薄膜冷却,头部喷淋冷却,冷却空气,先进的冷却技术,燃料适应性好华白指数15%范围内可用。,燃烧调整灵活/自动化在热值仪在线监测燃料的情况下，通过燃气阀组、IGV及旁路阀等硬件和A-CPFM软件相结合进行实时燃烧调整。,燃烧稳定/高效环管式燃烧器，扩散/预混燃烧比例平稳过度，始终保持最佳燃空比。,排放低实际机组运行时NOx排放大幅优于国家标准/保证值。,先进的燃烧技术,MHPS是世界第一个生产预混燃烧器的厂家！,F级燃气轮机结构特点,轮盘式转子,环管式燃烧器,四级高温透平,冷端输出/2个支持轴承,转子冷却系统,切向支撑,优良的结构特点,F级燃气轮机结构特点,轮盘式转子,环管式燃烧器,采用空气冷却的透平叶片,冷端输出/2个支持轴承,压气机段采用扭矩销,切向支撑,透平段采用曲面齿,优良的结构特点,燃机部分的辅助系统主要有以下10个：1 润滑油系统 2 天然气系统 3 空气和烟气系统 4 压气机叶片清洗及疏水系统 5 保护系统 6 闭式循环冷却水系统 7 仪用空气系统 8 控制油系统 9 壳体冷却空气系统 10 燃气加热及冷却空气冷却系统,润滑油系统主要设备有(单台燃机)：1台润滑油主油箱，燃机和燃机发电机共用。2台100容量的电动主油泵，一运一备。1台直流事故油泵。蓄能器组 2台冷油器（板式）（一用一备）1台双联过滤器。1台润滑油油烟分离器 1台润滑油净化装置 润滑油温度控制阀和压力调节阀 等。,燃气系统的作用是接收和调节来自业主提供的天然气，并用作燃气轮机的燃料，并控制燃气压力和流量，以适应在干式低NOx燃烧器（DLN）中燃烧。系统主要设备有(单台燃机)：燃气热值计1台燃气流量计（涡轮式）燃气加热器FGH（水热式,2台）2套燃气终端过滤器（Y型）燃气紧急关断阀、紧急排放阀、温度控制阀燃气关断阀、排放阀、以及流量和压力控制阀集成在燃机FG管架内,空气及烟气系统：冷却空气系统是燃气轮机可靠运行必需的基本的功能。系统的功能在于引导冷却空气进入热通道部件，对热部件进行冷却。燃气轮机部分的冷却回路包括转子、动叶片冷却回路和静叶片冷却回路。转子及叶片冷却空气是由从燃气轮机燃烧器外壳抽出的压气机排出空气经过外部的冷却器降温过滤后供给。,叶片清洗系统功能：在燃气轮机正常运行期间，在轴流式压气机动叶和静叶上因各种原因形成污垢。这些污垢降低了压气机的效率，因此也降低了机组的最大输出功率。压气机叶片清洗系统可对压气机进行两种模式的清洗：在机组停机时离线清洗；在机组运行时在线清洗。系统将水(含/不含洗涤剂)喷入IGV 前的进气口，压气机的运行产生的负压将水吸入压气机。系统运行：离线清洗：在燃机没有点火、高盘模式下保持高盘转速(约700 rpm)时进行。在线清洗：机组以75-90%额定负荷运行时进行。清洗频率：（典型）离线清洗：每月一次在线清洗：每周一次,F级燃气轮机的新技术,M701F3,M701F4,M701F5,1998,2010,2015,通过试验验证和根据电厂的运行经验进行持续不断的改进,400MW57%,478MW59.5%,525MW 61%,增加进气量将可靠的G 型燃机技术 应用到F3 燃机上。,经过验证的F4压气机（部分叶型优化）经过验证的空气冷却燃烧器 经过验证J级透平,1992,M701F,在三菱日立金泽工厂得到 了验证,F级燃气轮机的改进,与F4相同的进气流量与F4相同的流道中间到末级叶型改进(NACA65C=CDA),技术特征,M701F5 压气机技术,F级燃机简单循环特性,F级1 拖 1，单轴,F级2 拖 1，分轴,M701J 设计理念,经过验证的空气冷却技术 22个环管式燃烧器，优化改进燃烧器喷嘴 极低的NOx燃烧技术,经过验证的G型机（1500）和日本国家项目（1700）的透平技术 结合先进的陶瓷热障涂层，冷却技术和气动设计,在H型机（1500）上已经过验证15级，压比 23:1 进口导叶IGV和可变静叶VV从第6、9、12级放气,压气机,燃烧器,透平和排气,J 型燃气轮机,MHI最新燃气轮机：M501J T3*温度：1600压比：23：1功率：327MW联合循环功率：470MW总效率：61.5%,4/联合循环汽机及供热方案,78,2020,2030,J 级,预期35MPa/615/630/630机组诞生,预期35MPa/650/650机组诞生,预期40MPa/700/720机组诞生,机组参数16.5MPa/600/600自主设计,2006,2011,2017,2018,东汽自成立以来一直致力于汽轮机创新研制，对高效的追求从未停止,最新优化型F4配套汽轮机（13.5 MPa/566/566）自主设计,联合循环汽轮机技术发展,79,1、提高高压蒸汽压力和温度,3、优化余热锅炉换热温差,4、优化高中低压产汽量分配,2、优化再热蒸汽压力和温度,东方研制的新一代联合循环汽机已与燃机、余热锅炉等系统深度匹配优化,东方电气拥有联合循环项目完整的系统优化、工程设计的统筹能力；东方电气具备各型燃机的联合循环热平衡计算能力，配合业主/设计院优化方案;,1拖1分轴配置的蒸汽轮机（东方自主研发设计）,1拖1单轴机组供热,抽汽参数：；300；Max120t/h,汽机高压缸排汽管道上进行抽汽,抽汽参数：0.44MPa；270；Max300t/h,汽机中低压缸连通管/汽机中压缸排汽进行抽汽,1拖1单轴机组供热,1拖1分轴机组供热,抽汽参数：；310；Max270t/h,2拖1分轴机组供热-背压机，供热最大化,抽汽参数：0.6MPa；310；Max800t/h,联合循环机组供热业绩,联合循环机组供热业绩,谢谢观赏！,Thanks!,