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1、燃气-蒸汽联合循环发电机组知识张春友目 录燃气-蒸汽联合循环发电机组安装特点燃气-蒸汽联合循环发电机组余热锅炉燃气-蒸汽联合循环发电机组燃机燃机发展及燃机系统燃气-蒸汽联合循环发电机组在安装调试阶段注意事项燃气-蒸汽联合循环发电机组电气热控第一部分 燃机发展及燃机系统某燃气电厂布置 工业燃气轮机是在飞机发动机的基础上发展起来的（燃气轮机由英国人首先发明，飞机发动机上世纪30年代在德国诞生），从上世纪50年代开始用于工业领域（重型燃气轮机最早来自瑞士），60年代以后逐步研制出用于发电的联合循环发电机组。 目前以欧美、日本为主要生产国家，在我国有装机的基本是三大厂家的产品：德国西门子（上海电气）、
2、美国GE（哈尔滨）、日本三菱（哈气）。当代级的“9F”产品联合循环机组单机总功率大致在280-400MW左右。 燃气（天然气、煤气）-蒸汽联合循环机组，以燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机为主力发电设备。设备的布置有单轴、多轴等不同的方式，但都是燃气轮机点火后的余热加热余热锅炉，通过换热蒸发产生蒸汽推动蒸汽轮机转子分别驱动发电机发电。 GT-燃机发电机；ST-蒸汽轮发电机 HRSG-余热锅炉； 燃气-蒸汽联合循环发电机组是当前技术成熟的洁净型商业发电装置，目前最先进机组的发电效率已达60%。所谓单轴，是指燃气轮机、蒸汽轮机和发电机同在一根轴上。其中，西门子和阿尔斯通（被GE收购）的单轴机组中蒸汽轮机
3、和燃气轮机及发电机之间设有连轴器，当汽轮机转速小于发电机转速时连轴器将自动脱开;通用电气和三菱的单轴机组则是刚性连接的。v一拖一 即配置一台燃机、（一台燃机发电机）、一台余热锅炉和一台蒸汽轮发电机机组。单轴或多轴。v二拖一 即配置二台燃机、二台燃机发电机、二台余热锅炉和一台蒸汽轮发电机机组。v单循环 燃机做功，带动燃机发电机发电，无余热锅炉。v联合循环 燃机及发电机、余热锅炉、蒸汽轮发电机组。 目前，国内最常用的大型单轴燃气-蒸汽联合循环机组为F级。所谓“F”级，是美国通用电气公司200MW级燃气轮机的系列名称，但习惯将国际上各制造商的200MW级燃气轮机统称为“F”级，其最大的单机容量为27
4、0.3MW，燃烧室出口燃气温度最高为1320，效率为3538.5%，组成联合循环后的功率为350MW级而效率为5558%。国内最大单轴燃机功率470MW. 白俄别列佐夫项目为西门子9F燃机(427MW)，双轴方案，一拖一配置。vGE 7HA.02 燃机是世界上最大、最高效率的燃气轮机。载满负荷模式下，发电效率超过61%，热电联供下，效率超过91%。第三部分 燃气-蒸汽联合循环发电机组燃机1、压气机 压气机的作用，是连续不断的向燃气轮机的燃烧室供应高压空气。2、燃烧室 利用压气机送来的一部分空气使燃料（天然气、煤气和油）燃烧，并将燃烧产物送往燃气透平 。3、燃气透平（Gas Turbin) 将来
5、自燃烧室的燃气中的热能转化为机械能，带动压气机并向外部输出功，带动燃机发电机.1、燃气轮机燃气轮机热力循环：压缩-加热-膨胀-冷却燃气轮机三大部件：压气机、燃烧室、透平压气机一般为多级轴流式；燃烧室多为筒形、多管、环形；透平一般为多级轴流式。其它：控制系统、辅机（空气过滤、冷却系统、润滑系统、电气设备等）。燃机有一个关键的指标：T3-燃气的初温。它代表着燃机的技术档次。影响T3的关键因素：高温材料、冷却技术。50年来年均上升12，目前可达1450。2、当代级重型燃气轮机技术的主要特征多级轴流压气机：设计技术先进（3D）；高效率；高稳定性。燃烧室：以天然气和轻油为主要燃料；环保的低NOX燃烧技术
6、；NOX小于25ppm；空气冷却。透平：多级轴流透平；综合空气冷却技术（气膜、冲击、蛇形通道、带肋、绕流柱、尾缘喷射等）；镍钴基超级合金；表面热障涂层等。3、燃机目前的应用现状 燃机与火电机组相比较具有以下特点和优点：1、平均热效率高，单循环效率38-40%，联合循环58-60%。2、对环境造成的负面形象小，环保效益突出。（环保体现在：无尘、少二氧化硫排放、低NOX燃烧等）。3、启动速度快，便于调峰。（配置相当可实现黑岛启动）。燃机及燃机发电机吊装方案由于燃机整体到货，重量较大（重达300t),根据现场情况可以采用如下方案：1、450t履带吊直接吊装就位。2、液压提升装置。第二部分 燃气-蒸汽
7、联合循环发电机组余热锅炉 燃气轮机经点火加热推动燃机透平转动，被加热的空气排放冷却就产生大量的余热。为更高提升热效率联合循环机组都配套一台余热锅炉。 采用优化的标准设计，对流换热形式而不是辐射换热，无燃料系统，无传统风机（烟气的流动是靠燃机的排气压力完成的），模块化设计结构，布置合理紧凑，高效节能，自动化程度高。 且具有运行操作简洁，便于调峰启动的优点。其结构占地面积小，便于安装，一般从模块吊装开始至锅炉水压试验完成大约需要90天左右工期。因为燃机排气温度（550-610）所限制，余热锅炉的蒸汽参数不太高。目前国内杭州锅炉厂、武汉锅炉厂等都生产与9E9F配套的余热锅炉。根据机组的不同功能要求可
8、设计为：多压、双压，再热或无再热等各种形式的自然循环锅炉，并可配备脱硝风机以减少NOX排放。余热锅炉有汽包炉和直流炉各种形式。余热锅炉施工 相对于大型火电厂锅炉，余热锅炉的安装过程较为简单，其主要工作即为大规模的模块吊装。从总体上来讲模块越大对起吊设备的要求越高，吊装方案也要求更严细，但是工厂化完成的工作也更多，减少了施工现场的安装工作量。模块的大小取决于合同的约定和工厂的生产水平，对于电建队伍来讲吊装不是大的难题，应在订货合同中尽量要求较大的模块。 辅机如给水泵、热水循环泵、脱硝风机、定排连排容器等与火电锅炉辅机安装相近；由于锅炉参数低，对于汽水管路和本体焊接而言压力相对减少；锅炉本体和汽包
9、上的热工测点也与火电锅炉相近。就锅炉侧而言基本没有其它辅机了，同时没有了燃料和燃烧系统，工作量大大的减轻了。 锅炉吊装、就位、找正、密封完成后，仍要进行水压试验和化学清洗及蒸汽吹管，这些与火电锅炉无异。余热锅炉模块的吊装 模块最重件 一般120-150 t，一般针对 9F型燃机配套的余热锅炉模块， 配置 450 t 级的主力吊机就能满足吊装需要。同时配置150t或250t吊车配合。 小 结 通过以上学习，我们对燃机和余热锅炉有了基本了解。大家知道，燃煤机组锅炉安装是施工主线，但是燃气-蒸汽联合循环机组却不同，燃机是施工的主线。第四部分 联合循环发电机组电气热控 第一节 电气设备及装置1、联合循
10、环机组电气安装的特点 若联合循环机组采用多轴布置，则燃机和汽轮机分别配置一台发电机。也就是说在一套联合循环机组中要进行两套发电机/变压器的安装、两套PT/CT的安装、两套出线和封闭母线安装、两套发变组保护的安装和调试。相对应的发电机附属设备和消防设施等都是双倍的，安装工作量远大于同样容量的常规火电机组。 SFC启动方式。联合循环电厂的起动是从燃气轮机开始，燃气轮机是将发电机用作电动机起动的，电网的供电经变频器转变成变频电源，用来驱动发电机。在起动程序开始之前，循环水系统、冷却塔、闭路冷却水系统和压缩空气系统等辅机系统先投入运行。当燃气轮机达到10%额定转速时(此时称为点火转速)，供入燃料气并开
11、始点火，使燃气轮机加速直到燃机可以维持的转速（此时称为自持转速）。 这时，关断供向发电机的变频电源，燃气轮机继续加速，直至额定转速。燃气轮机起动后不久，透平的排气便开始加热余热锅炉。余热锅炉没有燃气轮机的排气旁通烟囱，也不供应辅助蒸汽，所以，整个系统必须同时起动。这就是燃机的SFC启动，也就是利用发电机作为启动马达，为此，电气在励磁系统中需要配备一套大功率的变频装置。（在启动和发电过程要完成恒流/恒压转换）联合循环机组电气安装应注意的事项 鉴于发变组和封闭母线安装工作量相对大，在施工组织阶段要预先考虑加强这方面的人员、机具的配置。做好封闭母线检漏，保证微正压正常投入。 做好接地网的施工和管理，
12、燃机的接地要求很严格，天然气输送管道很长，设备阀门较多，都要求良好接地。管理好电缆施工，高、低压动力电缆和控制电缆必须按设计要求严格分层敷设，电缆牌标识要清楚清晰。 第二节 热控设备及装置 燃机联合循环机组热工控制一般是以DCS为主要控制手段，结合燃机厂家的燃机专用控制系统和辅机配套的PLC来实现对全厂热力系统的全方位控制。燃机供应商将会提供一套燃机专门的控制装置（包括硬件和软件），用以实现对燃机本体进行操作控制。余热锅炉、汽轮机、电气装置、附属系统由DCS完成控制。部分辅机由供应商提供的PLC控制并与DCS实施通讯。DCS是全厂控制管理的核心。燃机联合循环机组热控安装的特点1、DAS测点相对
13、减少，电磁阀数量增加（也就是模拟量减少，开关量增加）2、厂供的热工元件增加，配套的减少。3、热工控制和信号电缆，根数增加，单根长度减少。 热控安装和单体调试应注意事项1、做好屏蔽和接地，这一点和重要，直接影响启动试运。2、厂供已经安装在设备上的热工元件，要逐一及时拆回校验。3、施工组织设计阶段，提前考虑对机本体和电磁阀安装调试比较有经验的施工、调试人员配备到燃机项目。第五部分 燃气-蒸汽联合循环发电机组安装特点 作为燃机联合循环机组与常规火电机组安装相比较，存在一些特点和特殊性。1、燃机安装调试是制约工程的关键和主线。而不同于火电施工锅炉常常是主线。2、施工现场比较紧凑，现场组合件较少，组合场
14、地要合理安排。3、全厂力能布置要考虑场地条件和大件吊装（燃机本体大约300吨、燃机发电机和汽轮机发电机、余热锅炉汽包等）。4、化学水处理、冷却水塔、燃气增压站等附属系统要统一安排，不要影响总工期。5、空气进气过滤装置工作量较大应引起重视。6、燃气输送管道要逐段进行超压试验，最后整体打压，以保证安全可靠。7、封闭铝母线焊接量较大，考虑焊工配备。接地和屏蔽要严格按设计和规范做好，否则会影响启动试运。8、厂用带电、水压、酸洗、吹管的作业指导书要认真编制实事求是的去落实，尤其是吹管场地比较拥挤切实选好排放口位置确保安全。9、厂房A列外将布置多台变压器和出线，要安排好施工顺序和衔接。 10、及时安排厂供
15、热工元件的拆回校验。 11、现场确保洁净化施工。第六部分 联合循环机组安装调试阶段注意事项1、首先要细致做好施工组织设计。燃机供货商提供的技术手册要认真仔细了解掌握，不折不扣的按照手册的要求实施。手册中的表格和签证要按照要求按时认真全面填写。2、做好与供应商现场代表的交流、沟通，争取最大限度的支持，寻求更加全面的现场合作。这样能争取主动。3、在合同范围内，搞好与业主、监理（咨询公司）、调试单位等的关系。按合同要求及时认真完成各类验收、签证、监检等工作。4、做好设备和物资的管理，设备的底数要清楚，开箱、检验、保管、出库、回收各个环节都要清楚清晰可追溯。5、注意掌握和搜集各类技术信息，主动参与参加各种考察、调研、专题会议。认真学习理解掌握调试单位的调试大纲、调试方案、技术措施。根据调试措施制定安装切实可行的作业指导书。6、根据工程特点和现场具体情况及时修订管理程序，以适应现场需要。 IGCC及其他 IGCC（Integrated Gasification Combined Cycle）整体煤气化联合循环发电系统，是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。2015.11.10