燃气-蒸汽联合循环发电机组简介

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1、燃气燃气-蒸汽联合循环发电机组蒸汽联合循环发电机组 周晓宇 生产技术部 杭州华电半山发电有限公司 周晓宇 生产技术部 杭州华电半山发电有限公司 提高联合循环电站热效率的途径：提高联合循环电站热效率的途径： 1.提高燃气轮机燃气初温提高燃气轮机燃气初温。从GE公司燃气轮机的发展可以十分明显的看出这一点。 机组型号PG6551B PG9171E PG9351FA 9001H 额定功率39160kW 126100kW 255600kW 292000kW 燃气初温1104120413181426.7 机组发电效率 30.14% 33.89% 37.0% 39.5% 以PG9351FA燃气轮机组成的单轴

2、S109FA联合循环为例，燃用天然气时 PG9351FA简单循环运行，国际标准条件（ISO条件）下输出功率为255600kW，联 合循环运行时，在ISO条件下输出功率为254100kW。蒸汽轮机输出功率为141800kW。 则简单循环运行热耗为9250Btu/kWh，热效率sc=37.0%，联合循环运行热耗率为 6020Btu/kWh,热效率cc=56.68% 。 2.降低余热锅炉排烟温度，完善蒸汽循环，采用多压级余热锅炉和汽轮机中间再 热等措施 降低余热锅炉排烟温度，完善蒸汽循环，采用多压级余热锅炉和汽轮机中间再 热等措施， 3.优化热力系统3.优化热力系统。综合考虑能量转换中功和热梯度利用

3、，不同品位和形式能的 合理安排和各系统组成优化匹配。总体合理利用各能级，以获的最好的总效果。如 发展联合循环，功热并供，三联供，注蒸汽双工质循环等先进技术。 单轴和多轴的联合循环电站单轴和多轴的联合循环电站 各公司制造的联合循环设备，有两种基本的结构：单轴的及多轴的。 单轴联合循环系统包括一台燃气轮机，一台蒸汽轮机，一台发电机和一台余热锅炉， 其中燃气轮机、蒸汽轮机与发电机同轴串联排列。 多轴联合循环系统有一台或多台燃气轮机发电机通过各自的余热锅炉向分开的单独的 汽轮机发电机组供汽，共同组成的联合循环系统。 两种结构各自有特定的功能: 1.多轴联合循环系统在分期建设的项目中采用得最多。单轴联合

4、循环系统是在燃气轮 机和汽轮机的安装及商业同步运行的条件下，作为优先采用的结构而出现的，尤其是在尤其是在 带基本负荷及中等运行（带基本负荷及中等运行（4000小时小时/年）的用途中，单轴的布置方式更为优越年）的用途中，单轴的布置方式更为优越。 2.单轴联合循环没有排气旁路烟囱和挡板；燃气轮机和蒸汽轮机公用一台发电机；操 作简单和独立的机组运行和维护,具有高可靠性、高可用率和低维护费用的特点。 单轴联合循环设备可以有两种常用的设备排列方式。 在GE公司制造的S106B、S106FA、S107EA和S109E系统中，发电机位于燃气轮机 和汽轮机之间。燃气轮机和汽轮机都有推力轴承，单独控制它们的轴向

5、位置。汽轮机和 发电机之间安置有挠性联轴器，补偿发电机和汽轮机间转子的相对运动。燃气轮机热端 输出功率，侧向排气。发电机检修时抽芯，必须起吊汽轮机。 另一种用于大型单轴联合循环设备。此时，汽轮机处于燃气轮机和发电机之间，只有 在燃气轮机中有一个单独的推力轴承，控制转子的轴向位置。汽轮机无需通过挠性联轴 器与发电机连接。此时发电机检修时抽芯也无需移动复杂的汽轮机系统。但这种排列， 燃气轮机冷端输出功率，燃气轮机压气机转盘轴的强度尤其会受到考验。 机组保证性能机组保证性能 1) 净输出功率净输出功率发电机端功率减去励磁功率 388840kW 2) 燃料燃料燃料类型Kela 2#天然气 燃料规范GE

6、I 41040G 燃烧系统干式低NOX燃烧室DLN2.0+ 低热值48686.3kJ/kg 3) 热耗（低热值）热耗（低热值） 热耗率：2437.4*106kJ/h 净设备热耗率（低热值）6268.3kJ/kWh 热效率57.43% 4) 运行条件运行条件大气温度干泡 17.4， 湿15.1 大气相对湿度78.89% 大气压力101.10kPa 压气机进气温度干泡17.4 压气机进气相对湿度78.21% 蒸汽轮机排汽压力5.96kPaA 机组的立体布置图机组的立体布置图 燃气轮机性能数据 (在国际标准条件 燃气轮机性能数据 (在国际标准条件ISO下)下) 制造商美国GE公司 型号PG9351F

7、A 燃料天然气 循环方式联合循环 运行方式基本负荷/预选负荷 压气机入口温度15 输出功率255.6MW 热效率36.9% 进气流量623.7kg/s 压比15.4 透平进气温度1318 透平排气温度609 燃气轮机循环燃气轮机循环 燃机排气 中间驱动轴 透平 压气机辅机 燃烧室 空气进 气室 进气 压缩耗功 燃烧 输出有用功 膨胀作功排气 燃料气 燃气轮机结构数据 压气机： 燃气轮机结构数据 压气机： 级数18级，头两级为跨音速级，带一级可转导叶 形式轴流水平布置，重负荷 IGV控制方式连续可调 转速3000r/m 透平：透平： 级数单轴3级 喷嘴形式固定 转速3000r/m 燃烧室：燃烧室

8、： 数量18个 形式并联式单级燃烧，干式低NOx燃烧室 布置形式分管回流式呈圆周顺气流方向逆时针分布 燃料喷嘴DLN 2.0+ 火花塞#1、#2燃烧室各一个，弹簧推入 ,自动退出 火焰探测器#15、#16、#17、#18燃烧室上各一个 MS9001FA机组的纵剖面图机组的纵剖面图 1 1 负载联轴器接出处 2 轴向/径向进气机匣 3 轴颈轴承 4 压气机叶片 5 压气机 6 压气机转子 7 拉杆结构 8 燃料喷嘴 9 燃烧室火焰管 10 逆流式燃烧室 11 燃烧室过渡段 12 透平喷嘴组件 13 第一级静叶环 14 透平动叶片 15 排气扩压器16 排气热电偶17 水平中分面 18 燃烧室的安

9、装面 19 前支撑 20 进气口定位（未示出） 吊装中的燃气轮机吊装中的燃气轮机 燃烧室端盖 压气机气缸 压气机 排气缸 透平缸 排气扩压段 排气框架 燃料喷嘴按装处 机组起吊吊耳 机组重心 PG9351FA燃气轮机外形图燃气轮机外形图 压气机进气缸 机组起吊吊耳 燃机转子燃机转子 吊装中的转子燃机转子吊装中的转子燃机转子 压气机压气机 PG9351FA机组的压气机是一台18级轴流式，压缩比15.4:1，空气质量流量为623.7kg/s 的多级轴流式压气机，头两级为跨音速级，带一级可转导叶。 轴流式压气机部分由压气机转子和封闭的气缸组成。装在压气机气缸内的有：进口 可转导叶、十八级转子、静叶和

10、两排出口导叶栅。 每相邻的动叶和静叶列组成一级。在每一个级内，动叶片吸收外界作功转换成提 供压缩空气所需的力，而静叶片则引导空气使它以合适的气流角度进入下一级。压缩 空气从压气机排气缸出来进入燃烧室。从压气机级间抽出的空气用作透平喷嘴、轮间 或轴承的冷却和密封空气用，在启动过程中抽气作为喘振控制用。 压气机转子是一个由16个叶轮、2个端轴和叶轮组件、贯穿螺栓和转子动叶组成的 组件。前端轴装有零级动叶片，后端轴装有第17级动叶片，16个叶轮各自装有从第1至 第16级动叶片。 每个叶轮和前、后端轴的叶轮部分都有斜向拉槽，动叶片插入这些槽中，在槽的每 个端面将叶片冲铆在轮缘上。为了控制同心度，各叶轮

11、或端轴之间用止口配合定位， 并用贯穿螺栓固定。依靠拉紧螺栓在叶轮端面间形成的摩擦力来传递扭矩。 装配后，转子经动平衡，要达到很高的动平衡精度。当压气机转子和透平转子装配 在一起后，需再次进行动平衡。 前端轴被加工成具有1号轴承所要求的正向和反向推力面和轴颈，以及1号轴承油封 。 压气机零级动叶及其叶根压气机零级动叶及其叶根 压气机转子分解图压气机转子分解图 第16级压气机叶轮 导向风扇。在第16 级压气机叶轮和压 气机转子后半轴之 间有间隙允许导向 风扇汲取压气机空 气流去冷却透平叶 轮。 推力盘 速度测量齿环 前联轴器 1轴承轴颈 前端轴（零级） 转子拉杆（16根） 前平衡块槽 第1级叶轮

12、第16 级叶轮后 视图 后联轴器的 15个冷却孔 后平衡块槽 加工面（2轴颈） 叶轮和它的 16个通孔 第16级叶轮 15个孔的冷却通道 后联轴器（与透平前端轴相联） 后端轴 转子拉杆 转子螺帽 12角头螺帽 锁帽 A放大视图 环形持销 零级静叶 可转导叶 零级静叶 压气机前段压气机前段 压气机气缸压气机气缸 气缸 进气缸 排气缸 压气机排气缸压气机排气缸 进口可转导叶安装进口可转导叶安装 进口可转导叶传动机构进口可转导叶传动机构 油动机 燃机前支承 ACV-1-1 AH2-1 压气机进气缸 回转机构 压气机气缸 燃烧室燃烧室 使燃料与由压气机送来的一部分压缩空气在其中 进行有效的燃烧； 使由

13、压气机送来的另一部分压缩空气与燃烧后形 成的燃烧产物均匀地掺混，使其温度降低到燃气透平 进口的初温水平，以便送到燃气透平中去作功； 控制NOx的生成，使透平的排气符合环保标准的 要求。 由于这三个功能的作用，燃烧室可以在近乎等压的 条件下，把燃料中的化学能有效地释放出来，使之转 化成为高温燃气的热能，为其在燃气透平中的膨胀作 功准备好条件。由此可见，燃烧室是燃气轮机中一个 不可缺少的重要部件。 DLN-2.0+ 燃烧室总成图燃烧室总成图 燃料喷嘴外缸 燃料喷嘴和燃 烧端端盖组件 . 火焰筒 顶盖 . 后缸 . 压气机排气缸 . 导流衬套 . 过渡段 . 压气机排气缸的内缸 . 透平缸 . 气流

14、方向 DLN2.0+ 燃烧室燃料喷嘴佈置图 预混通道PM1 燃料喷嘴冷却空气 扩散通道D5 燃料喷嘴外缸 PM4 PM1 燃烧端端盖 预混通道PM4 D5 吊装中的燃料喷嘴吊装中的燃料喷嘴 就位后的燃料喷嘴就位后的燃料喷嘴 安装在外缸内的安装在外缸内的顶盖顶盖 DLN2.0燃烧室的火焰筒燃烧室的火焰筒 冷却孔扰流片 冷却孔 联焰管开口 气流方向 下支撑 弹性片（呼拉裙） 过渡段结构过渡段结构 外密封 过渡段 冲击冷却衬套 后牛腿托架 内密封 前支承 气流流向 前支承环 安装在机组上的过渡段安装在机组上的过渡段 后牛腿托架 燃烧室导流衬套燃烧室导流衬套 联焰管中心线 安装法兰 (与后缸嵌接) 火

15、焰筒止动圈 弹性片（呼拉裙） 密封用 浮动密封环 (与过渡段嵌接) 燃烧室布置图燃烧室布置图 火花塞点火器 在#5#13每只燃烧 室下部，每只安装 有排放管 火焰探测器 燃烧模式与燃烧基准温度的关系燃烧模式与燃烧基准温度的关系 代号为TTRF1称为燃烧基准温度，它由DLN 2.0+ 控制软件计算获得。其计算方程是平 均燃机排气温度TTXM、压气机排气压力CPD和压气机进口喇叭处温度CTIM的函数。 这样计算求得的燃烧基准温度并不是表示实际机组的进气火焰平均温度，而仅仅是燃 烧配气模式和燃料分流程序控制的一个基准参考温度。 燃烧模式燃烧模式逻辑名逻辑名燃料系统燃料系统TTRF1及工况（加载时）T

16、TRF1及工况（加载时）TTRF1及工况（卸载时）TTRF1及工况（卸载时） 扩散燃烧扩散燃烧L83FXPL83FXPD5D5 TTRF1800 点火到L14HS=1 TTRF1800 点火到L14HS=1 TTRF1750 L14HS=1到熄火 TTRF1750 L14HS=1到熄火 亚先导预混燃烧亚先导预混燃烧L83FXLL83FXLD5+PM1D5+PM1 800TTRF12000 全速到约25%负荷 800TTRF12000 全速到约25%负荷 800TTRF11950 约25%负荷到全速 800TTRF11950 约25%负荷到全速 先导预混燃烧先导预混燃烧L83FXHL83FXHD5+PM1+PM4D5+PM1+PM4 2000TTRF12270 约25%负荷到约50%负荷 2000TTRF12270 约25%负荷到约50%负荷 1950TTRF12220 约50%负荷到约25%负荷 19