燃气轮机及其联合循环发电技术介绍资料课件.ppt
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- 燃气轮机 及其 联合 循环 发电 技术 介绍 资料 课件
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1、燃气轮机及其联合循环发电技术介绍发电事业部机务室2014.7.11一、燃气轮机发展状况一、燃气轮机发展状况 燃气轮机(GasTurbine)是20世纪40年代兴起的一种新型动力机械,具有功率大、重量轻、尺寸小、起动快等优点。它先广泛应用于航空和宇航领域,随后迅速向能源(发电)、石化、冶金以及海陆交通等诸多领域发展。 先进的燃气轮机已普遍应用模块化结构。运输、安装、维修和更换都比较方便,而且广泛地应用了孔探仪,振动和温度监控、焰火保护等措施,其可靠性和可用率大为提高,指标已超过了蒸汽轮机电站的相应指标。 9E、9F级重型燃气轮机已在发电领域得到广泛地应用。GE和西门子公司都已研发了H级燃气轮机。
2、其中GE公司基于空气冷却透平技术的9H级燃气轮机其联合循环效率约61%,联合循环出力可达到592MW。西门子公司全内空冷H级燃机单机出力约400MW,联合循环出力约600MW ,效率也在60%以上,自2011年以来全球已投产9台,首台投产于德国巴伐利亚州。燃气轮机发展状况燃气轮机发展状况燃气轮机发展状况 在环保方面,由于燃气轮机的燃烧效率很高,排气干净,未燃烧的碳氢化合物,CO、S0 x,等排放物一般的都能够达到严格的环保标准,再结合应用注水或注蒸汽抑制燃烧、干式低NOX燃烧室,或者在排气管路中安装选择性催化还原装置(SCR)等技术措施,可使NOx的排放低至9ppm,满足最严格的环保要求。因此
3、,燃气轮机发电机组,特别是燃气-蒸汽联合循环机组已作为基本负荷机组或备用机组得到了迅速的应用。 燃气轮机发展状况燃气轮机发展状况 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。 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。二、燃气轮机组成及原理二、燃气轮机组成及原理燃气轮机组成燃气轮机组成 1压气机
4、压气机 2燃烧室燃烧室 3透平透平 4轴承轴承 5发发电机电机 燃机组成燃机组成 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25千克/千瓦,而航机一般低于0.2千克/千瓦。 燃气轮机的结构燃气轮机的结构燃气轮机转子结构燃气轮机
5、转子结构燃气轮机整体结构燃气轮机整体结构燃气轮机主要辅助模块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前置模块; DLN模块; 润滑油辅助模块; 燃气轮机控制模块; 二氧化碳消防模块。燃气轮机简单循环原理(布雷登循环)燃气轮机简单循环原理(布雷登循环) 温比:涡轮前进口燃气温度与压气机进口涡轮前进口燃气温度与压气机进口气流温度的比值。气流温度的比值。 压比:压气机出口的气流压力与其进口的压气机出口的气流压力与其进口的气流压力的比值。气流压力的比值。温度、压力对燃机出力及效率的影响温度、压力对燃机出力及效率的影响温度、压力对燃机出力及效率
6、的影响温度、压力对燃机出力及效率的影响温度、压力对燃机出力及效率的影响温度、压力对燃机出力及效率的影响 效率随温比升高而升高;对应温比有一个最佳压比;在提高燃气温度的同时,必须提高压比; 燃气轮机会在燃气轮机会在16501700 而终止而终止燃气初温的增燃气初温的增长。长。 在转速、压比、燃气初温等条件均保持不变的情况下,大气压力对燃气轮机效率没有影响,但是影响到燃气轮机的功率。因为燃气轮机的功率与空气流量成正比,在温度不变的条件下,空气密度与大气压力成正比,因此燃气轮机功率与大气压力成正比。 燃气轮机标准工况定义(燃气轮机标准工况定义(ISO11086:1996) 燃气轮机的标准额定出力指燃
7、气轮机在透平温度、转速、燃料、进气温度、压力和相对湿度、排气压力为标准参考条件,且处于新的和清洁状态下运行时的标准或保证的出力。 ISO工况定义:压气机进口压力为101.3kPa,温度15,相对湿度60%;用来冷却工质的冷却水或空气温度为15;标准气体燃料的H/C重量比为0.333,净比能为50000kJ/kg;标准燃料油的H/C重量比为0.1417,净比能为42000kJ/kg。燃机订货四工况燃机订货四工况 1.ISO工况:标况 2.性能考核工况(年均工况) 3.夏季工况:考核最小出力 4.冬季工况:选电机。 简单循环:依次由压缩、燃烧、膨胀过程组成的热力循环; 联合循环:燃气轮机循环与蒸汽
8、或其他流体的朗肯循环相联合的热力循环; 燃料比能(热值) :总比能是单位质量的燃料燃烧时所释放的总热量,用kJ/kg表示,净比能是总比能减去燃烧过程中水分蒸发所吸收的热量,也用kJ/kg表示; 热耗率:每单位时间消耗的净燃料能量与输出的净功率的比值,单位是kJ/kWh; 热效率:净输出功率与基于燃料净比能的热消耗量之比。名词定义名词定义燃气轮机性能影响参数一览表燃气轮机性能影响参数一览表单位单位基准值基准值出力出力热耗率热耗率排气流量排气流量排气温度排气温度热耗热耗压气机进口温度15压气机进口相对湿度%60转速rpm3000燃料温度26.67-进口压损mmH2O88.9排气压损mmH2O127
9、-大气压mbar1014燃料成分-100%CH4负荷比例-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。主要性能修正曲线(环境温度-出力)主要性能修正曲线(环境温度-热耗率)主要性能修正曲线(环境湿度-出力)主要性能修正曲线(环境湿度-热耗率)主要性能修正曲线(进气压损-出力)主要性能修正曲线(进气压损-热耗率)主要性能修正曲线(排气压损-出力)主要性能修正曲线(排气压损-热耗率)主要性能修正曲线(大气压-出力)主要性能修正曲线(大气压-热耗率)三、燃气轮机主要制造厂商、型三、燃气轮机主要制造厂商、型 号及参数号及参数燃机主要生产厂商及型号
10、燃机主要生产厂商及型号 世界上能生产大容量、高效率并体现当今工业燃气轮机制造水平的厂家主要有GE公司、西门子公司、三菱公司和阿尔斯通。 当前国内主要有三种E级燃气轮机可生产,分别是南京汽轮电机有限公司引进GE技术生产的GEPG9171E型,上海电气集团引进西门子技术生产的SGT5-2000E型燃机和东方电气集团引进三菱技术生产的M701DA型燃机。 当前国内主要有三种F级燃气轮机可生产,分别是东方电气集团引进三菱公司的M701F3,F4机型;哈尔滨电气集团引进GE公司的PG9351FA机型;上海电气集团引进西门子公司的SGT5-4000F机型。燃机命名规则燃机命名规则 GE公司可提供重型和航机
11、改型燃气轮机以作发电和工业应用。重型燃气轮机有简单循环和回热循环,由五个系列组成:MS3002,MS5000,MS6001,MS7001和MS9000。有单轴和双轴结构,用于带动发电机发电或机械驱动。 机组中各代号的含义如下: M5322 - (1)(2)(3)(4) (1)用途:M-机械驱动;GD-发电设备;PG-箱装式发电设备 (2)系列号:3,5,6,7,9等相应表MS3002,MS5000,MS6001等的系列号 (3)输出功率:大致为几百、几千、或几万马力 (4)轴数:是单轴还是双轴(即1或2)燃机命名规则燃机命名规则 西门子燃气轮机主要有3种系列:V64、V84、V94。 1)V表
12、示燃气轮机; 2)V后的第一个数字表示转速,其中:6表示后带齿轮箱,可以拖动3000r/min或3600r/min的发电机;8表示直接拖动3600r/min的发电机;9表示直接拖动3000r/min的发电机。 3)V后的第二个数字代表压气机型号; 4)小数点之后数为产品改进的代数,其中:1表示 第一代改进产品;2表示第二代改进产品;3表示第三代改进产品。 5)A表示环形燃烧室。燃机命名规则燃机命名规则 三菱生产M501D,M701F系 M50160HZ;M701,50HZ D,F为E型,F型代号燃机命名规则燃机命名规则 燃气-蒸汽联合循环产品系列的设备配置中,各种代号的含义规定如下。 以S2O
13、9E为例: S:联合循环,蒸汽与燃气的缩写 2: 燃气轮机的台数 0: 没有意义 9: 燃气轮机系列号 E: 燃气轮机型号 因此,S2O9E就表示配备2台9000系列E型燃气轮机的燃气-蒸汽联合循环电站;S109E就表示配备1台9000系列E型燃气轮机的燃气-蒸汽联合循环电站 9E级燃气轮机主要技术条件级燃气轮机主要技术条件GE PG9171E西门子SGT5-2000E三菱M701DA燃机标准热耗,kJ/kWh106411031411314燃机标准出力,MW126.75166.7140.3压气机级数及压比17级压比12.7516级压比约11.719级压比14透平级数344单循环发电效率,%31
14、.1732.7929.89ISO工况排气流量,kg/s417.8525.5473.8排烟温度,543545542排气方向侧向排气轴向排气轴向排气SGT5-2000E剖面图GEPG9171E三菱三菱M701DA9F级燃气轮机主要技术条件级燃气轮机主要技术条件GE PG9351FA9FB.03西门子SGT5-4000F三菱M701F4燃机标准热耗,kJ/kWh9651934291149065燃机标准出力,MW261299MW300MW318.30压气机级数及压比18级16.518级18.515级压比18.917级压比18透平级数3344透平入口温度13271370132013501400ISO工况
15、排气流量,kg/s641667719727.1排烟温度,602634571597排气方向轴向排气轴向排气轴向排气轴向排气GE PG9351FAGE PG9371FB西门子 SGT5-4000F四、联合循环发电技术四、联合循环发电技术联合循环发电技术联合循环发电技术联合循环发电技术的优点联合循环发电技术的优点 较低的单位千瓦造价,金陵2882元/KW 建设周期短; 低排放,NOx2。“一拖一一拖一”单轴联合循环布置方式(发电机尾置)单轴联合循环布置方式(发电机尾置)“一拖一一拖一”单轴联合循环布置方式(发电机中置)单轴联合循环布置方式(发电机中置)“一拖一一拖一”单轴联合循环布置方式(发电机中置
16、)单轴联合循环布置方式(发电机中置)“一拖一一拖一”多轴联合循环布置方式多轴联合循环布置方式“二拖一二拖一”多轴联合循环机组布置方式多轴联合循环机组布置方式不同机组配置型式的对比不同机组配置型式的对比一拖一单轴一拖一单轴一拖一多轴一拖一多轴二拖一多轴二拖一多轴优点设备少、系统简单,设备初投资较少;布置更紧凑,汽水管道较短,占地面积小、厂房较小;启动方式灵活多样。系统相对独立,运行控制方便;燃机、余热锅炉可以独立运行,供热可靠性高;燃机和汽机可分开控制,控制系统相对简单。带基本负荷时机组效率比一拖一略高;燃机和汽机可分开控制,控制系统相对简单;比两套一拖一多轴少一台发电机。缺点动力岛纵向部分占地
17、较大,主厂房跨度大;轴系长,检修场地大;燃机和余热锅炉不能独立运行;控制系统复杂。需要配置2台发电机及其配电系统,电气和控制系统复杂;占地面积较大。当一台燃机停运,汽轮机组运行经济性略差;余热锅炉需并汽运行,带负荷时燃机之间需协调运行,运行操作相对复杂。燃气轮机燃气轮机余热锅炉余热锅炉汽轮机汽轮机燃气-蒸汽联合循环电厂设计规定对燃气轮机及其辅助设备布置、余热锅炉及其辅助设备布置、汽轮机布置的相关设计规定。“燃气轮机可采用室内或室外布置。对环境条件差、严寒地区或对设备噪声有特殊要求的燃机电厂,其燃气轮机宜采用室内布置;燃气轮机采用外置式燃烧器,则也宜采用室内布置”;“单轴配置的大容量联合循环发电
18、机组,宜室内布置”;“当燃气轮机室外布置时,辅助设备应根据环境条件和设备本身的要求设置防雨、伴热或加热设施”。规程规定“余热锅炉宜采用露天布置,当燃机电厂地处严寒地区时,余热锅炉可室内布置或采用紧身封闭。余热锅炉的辅助设备、附属机械及余热锅炉本体的仪表、阀门等附件露天布置时,应根据环境条件和设备本身的要求考虑采取防雨、防冻、防腐等措施。”对于汽轮机的布置型式,燃气-蒸汽联合循环电厂设计规定中明确指出:“汽轮机应室内布置”。规程对三大主机布置型式的规定规程对三大主机布置型式的规定 以下为联合循环主厂房方案汇总,机型包括GE、西门子、三菱公司的9E和9F级燃气轮机,主机配置型式包含“一拖一”单轴,
19、“一拖一”多轴和“二拖一”多轴; 9E级燃气轮机没有“一拖一”单轴的布置型式; 三菱M701DA暂未搜集到“二拖一”多轴布置方案。联合循环主厂房方案汇总联合循环主厂房方案汇总GE PG9171E “ 一拖一一拖一”多轴(金陵二期,燃机露天)多轴(金陵二期,燃机露天)GE PG9171E “ 二拖一二拖一”多轴(波黑)多轴(波黑)GE PG 9351FA “ 一拖一一拖一”单轴(金陵一期)单轴(金陵一期)GE PG 9351FA “ 一拖一一拖一”多轴(九期可研)多轴(九期可研)GE PG 9351FA “ 二拖一二拖一”多轴(南疆投标)多轴(南疆投标)西门子西门子 SGT5-2000E “一拖
20、一一拖一”多轴的主厂房布置(北京郑常庄电厂)多轴的主厂房布置(北京郑常庄电厂)西门子西门子 SGT5-2000E “二拖一二拖一”多轴的主厂房布置(伊朗)多轴的主厂房布置(伊朗)西门子西门子 SGT5-4000F“一拖一一拖一”单轴(扬州投标,方案三)单轴(扬州投标,方案三)西门子西门子 SGT5-4000F“一拖一一拖一”多轴(九期投标,方案三)多轴(九期投标,方案三)西门子西门子 SGT5-4000F“二拖一二拖一”多轴(南疆投标)多轴(南疆投标)三菱三菱M701DA“一拖一一拖一”多轴的主厂房布置(苏州投标方案四)多轴的主厂房布置(苏州投标方案四)三菱三菱M701F4“一拖一一拖一”单轴
21、的主厂房布置(重庆)单轴的主厂房布置(重庆)三菱三菱M701F4“一拖一一拖一”多轴的主厂房布置(北郊)多轴的主厂房布置(北郊)三菱三菱M701F4“二拖一二拖一”多轴的主厂房布置(南疆投标)多轴的主厂房布置(南疆投标)六、华能金陵燃机热电联产华能金陵燃机热电联产项目方案介绍项目方案介绍项目概况项目概况 装机规模2x200MW级,主机配置型式为两套一拖一多轴; 燃气轮机为南汽引进的美国GE公司PG9171E机型,配套发电机为箱式结构,旋转无刷励磁,采用强制循环空气冷却; 汽轮机为高压、冲动、单排汽、单轴、可调整单抽凝汽式;配套发电机为南汽产品,采用强迫空气循环冷却,无刷励磁; 余热锅炉为703
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