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1、 燃气蒸汽联合循环发电厂介绍燃气蒸汽联合循环发电厂介绍 北京太阳宫燃气热电有限公司北京太阳宫燃气热电有限公司北京太阳宫燃气热电有限公司北京太阳宫燃气热电有限公司发电部发电部发电部发电部 第一章：燃气蒸汽联合循环发电简介 第一节第一节 天然气是绿色能源天然气是绿色能源n n天然气的主要成分是甲烷（天然气的主要成分是甲烷（CH4CH4），其分子由一个碳原子），其分子由一个碳原子（C C）与四个氢原子（）与四个氢原子（H H）组成。天然气无色、无味、无腐蚀）组成。天然气无色、无味、无腐蚀性，天然气燃烧生成水（性，天然气燃烧生成水（H2OH2O）与二氧化碳（）与二氧化碳（CO2CO2），不产生），不产
2、生灰、渣、二氧化硫等有害物质，天然气是世界公认的清洁能源。灰、渣、二氧化硫等有害物质，天然气是世界公认的清洁能源。LNGLNG就是液化天然气，液化后的天然气体积是气体形态的六百就是液化天然气，液化后的天然气体积是气体形态的六百份之一，方便大量储存和远距离运输。采用份之一，方便大量储存和远距离运输。采用 LNGLNG为原料，采用为原料，采用“燃气燃气蒸汽联合循环蒸汽联合循环”技术来发电的电厂称为燃气技术来发电的电厂称为燃气蒸汽联蒸汽联合循环发电厂。采用天然气发电可大大减少对环境的污染，采合循环发电厂。采用天然气发电可大大减少对环境的污染，采用用“燃气燃气蒸汽联合循环蒸汽联合循环”技术发电，发电效
3、率高达技术发电，发电效率高达57%57%，燃，燃煤电厂为煤电厂为40%40%左右，发同样的电能左右，发同样的电能CO2CO2排放量仅为燃煤电厂排放量仅为燃煤电厂的的40%40%左右。左右。第二节第二节第二节第二节 液化天然气液化天然气液化天然气液化天然气 （LNGLNG）燃机发电厂与燃煤发电厂性能比较示意图）燃机发电厂与燃煤发电厂性能比较示意图）燃机发电厂与燃煤发电厂性能比较示意图）燃机发电厂与燃煤发电厂性能比较示意图第三节第三节第三节第三节 燃气轮机发展史燃气轮机发展史燃气轮机发展史燃气轮机发展史n n中国在公元十二世纪的南宋高宗年间就已有走马中国在公元十二世纪的南宋高宗年间就已有走马灯的记
4、载，它是涡轮机灯的记载，它是涡轮机(透平透平)的雏形。的雏形。n n1515世纪末，意大利人列奥纳多世纪末，意大利人列奥纳多 达芬奇设计出烟气达芬奇设计出烟气转动装置，其原理与走马灯相同。转动装置，其原理与走马灯相同。n n至至1717世纪中叶，透平原理在欧洲得到了较多应用。世纪中叶，透平原理在欧洲得到了较多应用。n n17911791年，英国人巴伯首次描述了燃气轮机的工作年，英国人巴伯首次描述了燃气轮机的工作过程。过程。n n19201920年，德国人霍尔茨瓦特制成第一台实用的燃年，德国人霍尔茨瓦特制成第一台实用的燃气轮机，其效率为气轮机，其效率为1313、功率为、功率为370370千瓦，按
5、等千瓦，按等容加热循环工作，但因等容加热循环以断续爆燃容加热循环工作，但因等容加热循环以断续爆燃的方式加热，存在许多重大缺点而被人们放弃。的方式加热，存在许多重大缺点而被人们放弃。燃气轮机发展史燃气轮机发展史燃气轮机发展史燃气轮机发展史n n随着空气动力学的发展，人们掌握了压气机叶片随着空气动力学的发展，人们掌握了压气机叶片中气体扩压流动的特点，解决了设计高效率轴流中气体扩压流动的特点，解决了设计高效率轴流式压气机的问题，因而在式压气机的问题，因而在3030年代中期出现了效率年代中期出现了效率达达8585的轴流式压气机。与此同时，透平效率也的轴流式压气机。与此同时，透平效率也有了提高。在高温材
6、料方面，出现了能承受有了提高。在高温材料方面，出现了能承受600600以上高温的铬镍合金钢等耐热钢，因而能以上高温的铬镍合金钢等耐热钢，因而能采用较高的燃气初温，于是等压加热循环的燃气采用较高的燃气初温，于是等压加热循环的燃气轮机终于得到成功的应用。轮机终于得到成功的应用。19391939年，在瑞士制成了四兆瓦发电用燃气轮机，年，在瑞士制成了四兆瓦发电用燃气轮机，效率达效率达18%18%。同年，在德国制造的喷气式飞机试。同年，在德国制造的喷气式飞机试飞成功，从此燃气轮机进入了实用阶段，并开始飞成功，从此燃气轮机进入了实用阶段，并开始迅速发展。迅速发展。燃气轮机发展史燃气轮机发展史燃气轮机发展史
7、燃气轮机发展史n n随着高温材料的不断进展，以及透平采用冷却叶随着高温材料的不断进展，以及透平采用冷却叶片并不断提高冷却效果，燃气初温逐步提高，使片并不断提高冷却效果，燃气初温逐步提高，使燃气轮机效率不断提高，单机功率也不断增大。燃气轮机效率不断提高，单机功率也不断增大。n n在在7070年代中期出现了数种年代中期出现了数种100100兆瓦级的燃气轮机，兆瓦级的燃气轮机，最高能达到最高能达到130130兆瓦。兆瓦。n n1968-19951968-1995年世界范围内供销售发电用燃气轮机年世界范围内供销售发电用燃气轮机1337313373台，总容量达台，总容量达377517MW377517MW
8、，美国早在，美国早在19871987年燃气轮机发电装置总量就已超过了汽轮机年燃气轮机发电装置总量就已超过了汽轮机生产总量。生产总量。我国燃气轮机及联合循环发电业的发展我国燃气轮机及联合循环发电业的发展我国燃气轮机及联合循环发电业的发展我国燃气轮机及联合循环发电业的发展n n我国燃气轮机制造业始于我国燃气轮机制造业始于2020世纪世纪5050年代末期（引进机组）；年代末期（引进机组）；6060年代，我国燃气轮机发电站的建设及其设备的制造生产年代，我国燃气轮机发电站的建设及其设备的制造生产已初具规模。已初具规模。7070年代自行设计了年代自行设计了3MW3MW、6MW6MW发电用燃气发电用燃气轮机
9、轮机n n8080年代后期，南京汽轮电机厂与美国年代后期，南京汽轮电机厂与美国GEGE公司合作生产公司合作生产36MW36MW的的MS6001BMS6001B燃气轮机，但处于国外燃气轮机，但处于国外8080年代水平，年代水平，且产量远不能满足国内市场需要且产量远不能满足国内市场需要n n近近5050年来，我国在燃气轮机的研究、设计、制造方面取得年来，我国在燃气轮机的研究、设计、制造方面取得了较大成绩，积累了许多经验，不过与国外先进水平的差了较大成绩，积累了许多经验，不过与国外先进水平的差距明显，至今不具备设计制造大型高性能燃机轮机的能力距明显，至今不具备设计制造大型高性能燃机轮机的能力n n截
10、至截至20132013年初，全国燃气发电企业共有年初，全国燃气发电企业共有150150余家，燃气余家，燃气发电机组发电机组600600多台（套），总装机容量多台（套），总装机容量4027.84027.8万千瓦，万千瓦，约占全国发电机组总装机容量的约占全国发电机组总装机容量的3.52%3.52%。第二章：燃气第二章：燃气第二章：燃气第二章：燃气蒸汽联合循环发电系统的流程蒸汽联合循环发电系统的流程蒸汽联合循环发电系统的流程蒸汽联合循环发电系统的流程 下图是燃气下图是燃气下图是燃气下图是燃气蒸汽联合循环发电系统设备与生产流程图，显示了天然气发电的主要流程蒸汽联合循环发电系统设备与生产流程图，显示了天
11、然气发电的主要流程蒸汽联合循环发电系统设备与生产流程图，显示了天然气发电的主要流程蒸汽联合循环发电系统设备与生产流程图，显示了天然气发电的主要流程 在经过加热后的天然气进入燃气轮机的燃烧室，与压气机压入在经过加热后的天然气进入燃气轮机的燃烧室，与压气机压入的高压空气混合燃烧，产生高温高压气流推动燃气轮机旋转做的高压空气混合燃烧，产生高温高压气流推动燃气轮机旋转做功。功。从燃气轮机排出的气体温度高达摄氏从燃气轮机排出的气体温度高达摄氏600600度，仍然具备很高的度，仍然具备很高的能量，把这些高温气体送到锅炉，把水加热成蒸汽去推动蒸汽能量，把这些高温气体送到锅炉，把水加热成蒸汽去推动蒸汽轮机，带
12、动发电机发电。轮机，带动发电机发电。第 三章、燃气轮机工作原理及工作过程n n1 1、燃气轮机的工作原理燃气轮机的工作原理燃气轮机的工作原理燃气轮机的工作原理n n燃气轮机的原理与中国的走马灯相同，据传走马灯在唐宋时期甚是流行。燃气轮机的原理与中国的走马灯相同，据传走马灯在唐宋时期甚是流行。走马灯的上方有一个叶轮，就像风车一样，当灯点燃时，灯内空气被加热，走马灯的上方有一个叶轮，就像风车一样，当灯点燃时，灯内空气被加热，热气流上升推动灯上面的叶轮旋转，带动下面的小马一同旋转。燃气轮机热气流上升推动灯上面的叶轮旋转，带动下面的小马一同旋转。燃气轮机是靠燃烧产生的高温高压气体推动燃气叶轮旋转是靠燃
13、烧产生的高温高压气体推动燃气叶轮旋转 如下图：如下图：燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。械，是一种旋转叶轮式热力发动机。n n燃气轮机的基本原理与蒸汽轮机很相似，不同处在燃气轮机的基本原理与蒸汽轮机很相似，不同处在于工质不是蒸汽而是燃料燃烧后的烟气。燃气轮机于工质不是蒸汽而是燃料燃烧后的烟气。燃气轮机属于内燃机，所以也叫内燃气轮机。属于内燃机，所以也叫内燃气轮机。n n燃气轮机是利用气体作为工质在燃烧室里燃烧，将燃气轮机是
14、利用气体作为工质在燃烧室里燃烧，将燃料的化学能转变为气体的内能。在喷嘴里，气体燃料的化学能转变为气体的内能。在喷嘴里，气体的内能转变为气体的动能，燃气高速喷出，冲击叶的内能转变为气体的动能，燃气高速喷出，冲击叶轮转动轮转动2 2、燃气轮机的工作过程、燃气轮机的工作过程n n压气机压气机(即压缩机即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其连续地从大气中吸入空气并将其压缩。压缩。n n压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气透平中膨胀燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气透平中膨胀作功，推动透平叶轮带着压气机叶轮一起旋转作功，推动透
15、平叶轮带着压气机叶轮一起旋转n n加热后的高温燃气的作功能力显著提高，因而燃加热后的高温燃气的作功能力显著提高，因而燃气透平在带动压气机的同时，尚有余功作为燃气气透平在带动压气机的同时，尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。轮机的输出机械功。n n燃气轮机由静止起动时，需用启动设备，待加速燃气轮机由静止起动时，需用启动设备，待加速到能独立运行后，起动机才脱开。到能独立运行后，起动机才脱开。3、燃气轮机工作过程的分类n n燃气轮机的工作过程是最简单的，称为简单循环；此外，还有回热循环和复杂循环。n n燃气轮机的工质来自大气，最后又排至大气，是开式循环；此外，还有工质被封闭循环使用的闭式循环。例如：燃
16、气蒸汽混合循环电厂。n n燃气轮机与其他热机相结合的称为复合循环装置。4、影响效率的主要因素n n燃气初温和压气机的压缩比，是影响燃气轮机效率的两个主要因素。提高燃气初温，并相应提高压缩比，可使燃气轮机效率显著提高。下面是一台燃气轮机模型，通过它来了解燃气轮机的工作过程下面是一台燃气轮机模型，通过它来了解燃气轮机的工作过程下面是一台燃气轮机模型，通过它来了解燃气轮机的工作过程下面是一台燃气轮机模型，通过它来了解燃气轮机的工作过程。模型的前端是空气进入口；环绕燃气轮机安装的是燃烧室；在燃烧室端面有模型的前端是空气进入口；环绕燃气轮机安装的是燃烧室；在燃烧室端面有天燃气的入口；燃气轮机的后面是燃烧
17、后的高温气体排出口。天燃气的入口；燃气轮机的后面是燃烧后的高温气体排出口。把燃气轮机剖去把燃气轮机剖去1/41/4，可以看到内部的结构。，可以看到内部的结构。燃气轮机由三大部分组成，左边部分是压气机，有进气口，内部一排排燃气轮机由三大部分组成，左边部分是压气机，有进气口，内部一排排叶片是压气机叶片；中间部分是燃烧器段，围绕一圈的是燃烧室；叶片是压气机叶片；中间部分是燃烧器段，围绕一圈的是燃烧室；右边部分是燃机透平，其中有透平叶片，右侧是燃气排出口。右边部分是燃机透平，其中有透平叶片，右侧是燃气排出口。第四章、燃气轮机的设备结构第四章、燃气轮机的设备结构 燃气轮机构造有三大部分：空气压缩机，燃烧
18、室，燃气轮机构造有三大部分：空气压缩机，燃烧室，燃气透平系统。燃气透平系统。1 1、空气压缩机。、空气压缩机。、空气压缩机。、空气压缩机。压气机负责从周围大气中吸入空气，增压后供给压气机负责从周围大气中吸入空气，增压后供给燃烧室。为了生成高压空气，压气机装有多级叶燃烧室。为了生成高压空气，压气机装有多级叶轮，若干叶轮固定在压气机的转轴上构成压气机轮，若干叶轮固定在压气机的转轴上构成压气机转子转子,转子上的叶片称为动叶。如下图所示：转子上的叶片称为动叶。如下图所示：在每两级动叶之间有一组静止的叶片（简称静叶），一组动在每两级动叶之间有一组静止的叶片（简称静叶），一组动叶与后面相邻的静叶，称为压气
19、机的一个级。多数燃气轮机叶与后面相邻的静叶，称为压气机的一个级。多数燃气轮机的压气机有十几级，高速旋转的动叶把空气从进气口吸入压的压气机有十几级，高速旋转的动叶把空气从进气口吸入压气机，经过一级又一级的压缩，变成高压空气。由于压气机气机，经过一级又一级的压缩，变成高压空气。由于压气机内气体流动方向与旋转轴平行，称为轴流式压气机。如下图内气体流动方向与旋转轴平行，称为轴流式压气机。如下图所示所示。燃气轮机启动时，先把发电机当作电动机带动压气燃气轮机启动时，先把发电机当作电动机带动压气机旋转，把空气压入燃烧区。燃机点火后，则逐渐转变至由机旋转，把空气压入燃烧区。燃机点火后，则逐渐转变至由透平带动压
20、气机旋转压气透平带动压气机旋转压气 n n压气机有轴流式和离心式两种，轴流式压气机效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，因而在达到较高用轴流式加一个离心式作末级，因而在达到较高效率的同时又缩短了轴向长度。效率的同时又缩短了轴向长度。2、燃烧室、燃烧室n n燃气轮机一般有十几个燃烧室，安装在燃机外围。如下图所示：n
21、 n下面是一个燃烧室的剖面模型。燃烧室由外壳与下面是一个燃烧室的剖面模型。燃烧室由外壳与火焰筒组成，在外壳端部有天然气入口，在火焰火焰筒组成，在外壳端部有天然气入口，在火焰筒尾部联接过渡段，在燃烧室内装有燃料喷嘴。筒尾部联接过渡段，在燃烧室内装有燃料喷嘴。An n天然气通过燃烧室端部燃气入口进入燃烧室，喷天然气通过燃烧室端部燃气入口进入燃烧室，喷入的天然气与压气机压入的空气在燃烧室火焰筒入的天然气与压气机压入的空气在燃烧室火焰筒里混合燃烧。燃烧使气体体积剧烈膨胀，生成高里混合燃烧。燃烧使气体体积剧烈膨胀，生成高温高压燃气从燃烧室过渡段喷出，进入透平做功。温高压燃气从燃烧室过渡段喷出，进入透平做
22、功。3、透平系统、透平系统n n燃气透平也称为燃气轮，从燃烧室喷出的高压燃气推动透平叶轮旋转，把燃气的内能转化为透平的机械能 n n燃气推动旋转的叶轮上的叶片称为动叶，在每级动叶的前方还安装一组静止的叶片（静叶），静叶起着喷嘴的作用，使气流以最佳方向喷向动叶。一组静叶加一组动叶为透平的一级。为了充分利用燃气的热能，透平一般为3级或4级。如下图所示：n n透平叶轮安装在透平转轴上构成透平转子。（如透平叶轮安装在透平转轴上构成透平转子。（如下图所示）压气机转子与透平转子是安装在同一下图所示）压气机转子与透平转子是安装在同一根转轴上，称为燃气轮机转子，透平旋转时也就根转轴上，称为燃气轮机转子，透平旋
23、转时也就带动压气机旋转工作。透平转子带动发电机发电，带动压气机旋转工作。透平转子带动发电机发电，额定转速是每分钟额定转速是每分钟30003000转。转。n n下面是一个燃气轮机整体剖面图n n燃烧室和透平不仅工作温度高，而且还承受燃气燃烧室和透平不仅工作温度高，而且还承受燃气轮机在起动和停机时，因温度剧烈变化引起的热轮机在起动和停机时，因温度剧烈变化引起的热冲击，工作条件恶劣，故它们是决定燃气轮机寿冲击，工作条件恶劣，故它们是决定燃气轮机寿命的关键部件。命的关键部件。n n为确保有足够的寿命，这两大部件中工作条件最为确保有足够的寿命，这两大部件中工作条件最差的零件如火焰筒和叶片等，须用镍基和钴
24、基合差的零件如火焰筒和叶片等，须用镍基和钴基合金等高温材料制造，同时还须用空气冷却来降低金等高温材料制造，同时还须用空气冷却来降低工作温度。工作温度。对于一台燃气轮机来说，除了主要部件外还必须对于一台燃气轮机来说，除了主要部件外还必须有完善的调节保安系统，此外还需要配备良好的有完善的调节保安系统，此外还需要配备良好的附属系统和设备，包括：起动装置、燃料系统、附属系统和设备，包括：起动装置、燃料系统、润滑系统、空气滤清器、进气和排气消声器等。润滑系统、空气滤清器、进气和排气消声器等。第五章：余热锅炉的基本原理第五章：余热锅炉的基本原理n n余热锅炉包括上升管、汽包、下降管主要部件。上升管是余热锅
25、炉包括上升管、汽包、下降管主要部件。上升管是由密集的管道排成的管簇，由上联箱、下联箱连成一体；由密集的管道排成的管簇，由上联箱、下联箱连成一体；上联箱通过汽水引入管连通汽包，汽包再通过下降管连到上联箱通过汽水引入管连通汽包，汽包再通过下降管连到下联箱；上升管管簇、汽包、下降管构成了一个环路。上下联箱；上升管管簇、汽包、下降管构成了一个环路。上升管管簇在炉膛内，汽包与下降管在炉体外面。升管管簇在炉膛内，汽包与下降管在炉体外面。n n把水注入汽包，水便灌满上升管管簇与下降管，把水位控把水注入汽包，水便灌满上升管管簇与下降管，把水位控制在靠近汽包中部的位置。当高温燃气通过管簇外部时，制在靠近汽包中部
26、的位置。当高温燃气通过管簇外部时，管簇内的水被加热成汽水混合物。由于下降管中的水未受管簇内的水被加热成汽水混合物。由于下降管中的水未受到加热，管簇内的汽水混合物密度比下降管中的水小，在到加热，管簇内的汽水混合物密度比下降管中的水小，在下联箱形成压力差，推动上升管内的汽水混合物进入汽包，下联箱形成压力差，推动上升管内的汽水混合物进入汽包，下降管中的水进入上升管，形成自然循环。如下图所示下降管中的水进入上升管，形成自然循环。如下图所示 余热锅炉基本原理图余热锅炉基本原理图 上图是汽包（也称锅筒）结构示意图上图是汽包（也称锅筒）结构示意图,汽包是水受热、蒸发、过热的重要枢纽，汽包是水受热、蒸发、过热
27、的重要枢纽，保证锅炉正常的水循环。上升管内的汽水混合物进入汽包后，通过汽水分离保证锅炉正常的水循环。上升管内的汽水混合物进入汽包后，通过汽水分离器分离成饱和蒸汽与水，饱和蒸汽通过汽包上方蒸汽出口输出；分离出的水器分离成饱和蒸汽与水，饱和蒸汽通过汽包上方蒸汽出口输出；分离出的水与给水管注入的水再进入下降管。（给水与给水管注入的水再进入下降管。（给水汽包汽包下降管下降管蒸发器蒸发器上升管上升管汽包汽包经分离经分离-蒸汽去过热器蒸汽去过热器 -水经下降管继续循环）水经下降管继续循环）n n用来产生饱和蒸汽的上升管管簇称为蒸发器，电厂锅炉还用来产生饱和蒸汽的上升管管簇称为蒸发器，电厂锅炉还有省煤器与过
28、热器，它们都由管簇组成。进汽包的水先在有省煤器与过热器，它们都由管簇组成。进汽包的水先在省煤器加热，再通过汽包、下降管进入蒸发器，可以提高省煤器加热，再通过汽包、下降管进入蒸发器，可以提高蒸发器的效率与锅炉的效率。蒸发器生成的饱和蒸汽经汽蒸发器的效率与锅炉的效率。蒸发器生成的饱和蒸汽经汽包输出，再进入过热器加热成过热蒸汽，用过热蒸汽推动包输出，再进入过热器加热成过热蒸汽，用过热蒸汽推动蒸汽轮机运转能保证系统的高效与安全。蒸汽轮机运转能保证系统的高效与安全。第一节、余热锅炉的结构第一节、余热锅炉的结构 n n从燃气轮机排出的气体温度高达摄氏从燃气轮机排出的气体温度高达摄氏600600度，仍然具备
29、很度，仍然具备很高的能量，把这些高温气体送到锅炉，把水加热成蒸汽去高的能量，把这些高温气体送到锅炉，把水加热成蒸汽去推动蒸汽轮机，带动发电机发电，可使发电容量与联合循推动蒸汽轮机，带动发电机发电，可使发电容量与联合循环机组的热效率相对增高环机组的热效率相对增高50%50%左右。这个靠燃气轮机排左右。这个靠燃气轮机排出气体的余热来产生蒸汽的锅炉称为余热锅炉。出气体的余热来产生蒸汽的锅炉称为余热锅炉。n n余热锅炉主要有进口烟道、炉体、汽包、烟囱组成。在炉余热锅炉主要有进口烟道、炉体、汽包、烟囱组成。在炉体内有密集的管道，给水泵将要加热的水压进这些管道，体内有密集的管道，给水泵将要加热的水压进这些
30、管道，燃气轮机排出的高温气体将管道内的水加热成高压蒸汽。燃气轮机排出的高温气体将管道内的水加热成高压蒸汽。大型余热锅炉有低压、中压、高压三部分，可同时产生低大型余热锅炉有低压、中压、高压三部分，可同时产生低压过热蒸汽、中压过热蒸汽、高压过热蒸汽，分别驱动低压过热蒸汽、中压过热蒸汽、高压过热蒸汽，分别驱动低压汽轮机、中压汽轮机、高压汽轮机，一起带动发电机发压汽轮机、中压汽轮机、高压汽轮机，一起带动发电机发电，可大大增加燃气轮机发电厂的发电量。电，可大大增加燃气轮机发电厂的发电量。n n大型余热锅炉与燃煤电厂锅炉原理与组成基本相同，主要大型余热锅炉与燃煤电厂锅炉原理与组成基本相同，主要少了燃料运输
31、粉碎与燃烧系统。少了燃料运输粉碎与燃烧系统。余 热 锅 炉 的 外 观 结构图。n n余热锅炉本体采用模块化结构，以方便运输、安装。模块余热锅炉本体采用模块化结构，以方便运输、安装。模块由管簇组成由管簇组成,是几十根管子组成的蛇形管组件是几十根管子组成的蛇形管组件,模块两端有模块两端有上联箱与下联箱，是锅炉的受热部件，水在模块内被外部上联箱与下联箱，是锅炉的受热部件，水在模块内被外部的高温气体加热。的高温气体加热。n n为了更好的传递热量，在管道外表焊上鳍为了更好的传递热量，在管道外表焊上鳍(qi)(qi)片（也称肋片（也称肋（leilei）片）来增大管道的传热面积，下图展示的是一小段）片）来
32、增大管道的传热面积，下图展示的是一小段焊有鳍片的管道。焊有鳍片的管道。n n打开锅炉的侧壁，可看到内部装有多个模块，实际锅炉有打开锅炉的侧壁，可看到内部装有多个模块，实际锅炉有近近2020个模块，其中多数是蒸发器、省煤器、过热器三类模个模块，其中多数是蒸发器、省煤器、过热器三类模块，除此还有再热器模块。块，除此还有再热器模块。第二节、余热锅炉汽水流程第二节、余热锅炉汽水流程 n n大型燃机电厂采用三压再热循环余热锅炉，汽水系统主要大型燃机电厂采用三压再热循环余热锅炉，汽水系统主要由低压、中压、高压三部分组成，可同时产生低压过热蒸由低压、中压、高压三部分组成，可同时产生低压过热蒸汽、中压过热蒸汽
33、、高压过热蒸汽，分别驱动低压汽轮机、汽、中压过热蒸汽、高压过热蒸汽，分别驱动低压汽轮机、中压汽轮机、高压汽轮机，可最充分的把燃气的热能转换中压汽轮机、高压汽轮机，可最充分的把燃气的热能转换成机械功。成机械功。n n低压部分由低压省煤器、低压汽包、低压蒸发器、低压过低压部分由低压省煤器、低压汽包、低压蒸发器、低压过热器组成。从凝结水泵来的冷水，通过低压省煤器预热后热器组成。从凝结水泵来的冷水，通过低压省煤器预热后输入低压汽包，汽包下面连接着蒸发器，水在低压蒸发器输入低压汽包，汽包下面连接着蒸发器，水在低压蒸发器内加热成饱和蒸汽上升到低压汽包。饱和蒸汽从低压汽包内加热成饱和蒸汽上升到低压汽包。饱和
34、蒸汽从低压汽包输出再通过低压过热器加热，产生低压过热蒸汽，用来驱输出再通过低压过热器加热，产生低压过热蒸汽，用来驱动低压蒸汽轮机旋转做功。动低压蒸汽轮机旋转做功。大型余热锅炉汽水流程图大型余热锅炉汽水流程图n n中压部分由中压省煤器、中压汽包、中压蒸发器、中压过中压部分由中压省煤器、中压汽包、中压蒸发器、中压过热器、再热器组成。通过低压汽包出来的水由中压给水泵热器、再热器组成。通过低压汽包出来的水由中压给水泵注入中压省煤器继续加热，然后进入中压汽包，在中压蒸注入中压省煤器继续加热，然后进入中压汽包，在中压蒸发器内加热成饱和蒸汽上升到中压汽包。从中压汽包输出发器内加热成饱和蒸汽上升到中压汽包。从
35、中压汽包输出的饱和蒸汽通过中压过热器加热，然后再与高压汽轮机排的饱和蒸汽通过中压过热器加热，然后再与高压汽轮机排出来的蒸汽混合，一同经过再热器加热，产生中压再热蒸出来的蒸汽混合，一同经过再热器加热，产生中压再热蒸汽，用来驱动中压蒸汽轮机旋转做功。汽，用来驱动中压蒸汽轮机旋转做功。n n高压部分由高压省煤器、高压汽包、高压蒸发器、高压过高压部分由高压省煤器、高压汽包、高压蒸发器、高压过热器组成。通过低压汽包出来的水由高压给水泵注入高压热器组成。通过低压汽包出来的水由高压给水泵注入高压省煤器加热，然后进入高压汽包，在高压蒸发器内加热成省煤器加热，然后进入高压汽包，在高压蒸发器内加热成饱和蒸汽上升到
36、高压汽包。从高压汽包输出的饱和蒸汽通饱和蒸汽上升到高压汽包。从高压汽包输出的饱和蒸汽通过高压过热器加热，产生高压过热蒸汽，用来驱动高压蒸过高压过热器加热，产生高压过热蒸汽，用来驱动高压蒸汽轮机旋转做功。汽轮机旋转做功。第六章：燃气电站系统布置第六章：燃气电站系统布置 燃气轮机、蒸汽轮机、发电机、余热锅炉四种主要设燃气轮机、蒸汽轮机、发电机、余热锅炉四种主要设备组成了燃气备组成了燃气蒸汽联合循环发电系统，实际上这四种设蒸汽联合循环发电系统，实际上这四种设备的组合布置有多种方式，但主要的分类方式是按轴系布备的组合布置有多种方式，但主要的分类方式是按轴系布置来分，一种是多轴布置方案，一种是单轴布置方
37、案。置来分，一种是多轴布置方案，一种是单轴布置方案。第一节、多轴布置第一节、多轴布置 所谓多轴即燃气轮机带动一台发电机，蒸汽轮机带动所谓多轴即燃气轮机带动一台发电机，蒸汽轮机带动一台发电机，各自一个轴系。在电厂建设时，只要燃气轮一台发电机，各自一个轴系。在电厂建设时，只要燃气轮机机组安装完毕即可发电（不必等到锅炉与蒸汽轮机安装机机组安装完毕即可发电（不必等到锅炉与蒸汽轮机安装完毕）；蒸汽轮机检修时燃气轮机仍可发电。系统启动快，完毕）；蒸汽轮机检修时燃气轮机仍可发电。系统启动快，燃气轮机可先启动发电（不必等到锅炉里的水加热成蒸汽）燃气轮机可先启动发电（不必等到锅炉里的水加热成蒸汽）。在我国。在我
38、国2020万千瓦以下的燃气万千瓦以下的燃气蒸汽联合循环发电机组多蒸汽联合循环发电机组多数采用多轴布置。数采用多轴布置。下面是一套多轴布置系统流程示意图 第二节：单轴布置 n n单轴布置系统为燃气轮机、蒸汽轮机、发电机串联在一根轴上，共用一台发电机发电。n n由于一套单轴系统只有一台发电机与相关电气设备，可节省设备费用，减少厂房面积，系统调控相对简单。目前30万千瓦以上的燃气蒸汽联合循环发电机组多数采用单轴布置。单轴布置系统流程示意图 一单轴布置系统流程示意图 二第七章：厂房布置第七章：厂房布置 下面是典型的单轴布置燃气下面是典型的单轴布置燃气蒸汽联合循环发电机组示蒸汽联合循环发电机组示意图。意
39、图。燃气轮机、高中压蒸汽轮机、低压蒸汽轮机、发燃气轮机、高中压蒸汽轮机、低压蒸汽轮机、发电机的安装位置，它们是安装在同一轴线上，同轴运转。电机的安装位置，它们是安装在同一轴线上，同轴运转。n n燃气轮机工作需要空气参与燃烧，剖开燃气轮机下方平台，燃气轮机工作需要空气参与燃烧，剖开燃气轮机下方平台，可看到空气进入燃气轮机的通道。为了防止空气中的尘埃可看到空气进入燃气轮机的通道。为了防止空气中的尘埃侵蚀叶片，从入口进入的空气，要通过过滤器把尘埃滤掉，侵蚀叶片，从入口进入的空气，要通过过滤器把尘埃滤掉，才能进入燃气轮机。也有一些电厂把空气入口与过滤器安才能进入燃气轮机。也有一些电厂把空气入口与过滤器
40、安装在燃气轮机上方或侧面。装在燃气轮机上方或侧面。n n为了防护与吸收噪音，在燃气轮机与高中压蒸汽轮机外还为了防护与吸收噪音，在燃气轮机与高中压蒸汽轮机外还要罩上外壳。燃气轮机、蒸汽轮机、发电机安装在厂房平要罩上外壳。燃气轮机、蒸汽轮机、发电机安装在厂房平台，锅炉则安装在厂房外部。台，锅炉则安装在厂房外部。n n多台机组可并排布置，安装在同一个厂房内，下多台机组可并排布置，安装在同一个厂房内，下图是三个机组的电厂布置图图是三个机组的电厂布置图 下图是一副详细的单轴系统设备结构图。下图是一副详细的单轴系统设备结构图。第八章 燃机发电存在主要问题 n n1 燃气发电核心技术未完全掌握，制约燃气发电
41、产业发展n n2 燃气发电设备设计制造质量存在问题，影响机组运行可靠性 n n3 机组性能不能完全适应运行要求和环境条件，影响设备寿命。n n4燃气发电并网运行存在薄弱环节，影响安全生产n n5燃气发电无序发展问题较为突出，天然气供应与发电不协调 n n6相关配套政策和有关标准规范需要进一步完善 第一节 燃气发电核心技术未完全掌握，制约燃气发电产业发展n n目前，国内制造企业与国外企业合作中在关键技目前，国内制造企业与国外企业合作中在关键技术方面存在壁垒，对燃气发电核心技术还不完全术方面存在壁垒，对燃气发电核心技术还不完全掌握，主要表现在以下几个方面：掌握，主要表现在以下几个方面：n n1 1
42、、燃机设计制造中燃烧器、透平叶片等热部件完、燃机设计制造中燃烧器、透平叶片等热部件完全依靠进口，发展存在瓶颈。国内制造企业虽然全依靠进口，发展存在瓶颈。国内制造企业虽然能够制造、组装燃气发电机组，但在整机设计、能够制造、组装燃气发电机组，但在整机设计、热部件材料制造以及冷却和隔热涂层等关键技术热部件材料制造以及冷却和隔热涂层等关键技术方面尚未实现实质性突破，燃机燃烧器、透平叶方面尚未实现实质性突破，燃机燃烧器、透平叶片等热部件仍完全依靠进口。片等热部件仍完全依靠进口。n n2、整机检修维护依赖原厂商，维修费用昂贵。受设备设计制造核心技术不掌握的制约，国内对整机检修维护核心技术掌握不深、不透，机
43、组检修维护、改造升级、部件更换等都依赖原厂商，主要部件发生故障需返厂检修，检修维护费用昂贵。案例：检修维护依赖厂家n n 三菱M701F燃机每次检修轮换下来的热通道部件的可用状态（是否需要报废）、检修等级（重度、轻度）等均须由三菱公司判断。如需要检修维护，也只能送三菱授权的三菱东方燃气轮机（广州）有限公司。案例：检修维护费用昂贵n n燃机动叶、静叶、护环、燃烧器等主要部件必须燃机动叶、静叶、护环、燃烧器等主要部件必须送到燃机制造厂的修理厂检修，费用占总检修费送到燃机制造厂的修理厂检修，费用占总检修费用的用的90%90%。n n国内燃气电厂大部分依托制造厂家服务协议模式国内燃气电厂大部分依托制造
44、厂家服务协议模式来管理燃机设备，检修维护费用居高不下。例如，来管理燃机设备，检修维护费用居高不下。例如，国内国内F F级机组检修维护费用一般都超过级机组检修维护费用一般都超过30003000万元万元/台台.年，某年，某6F6F级燃气电厂机组设备生产厂商级燃气电厂机组设备生产厂商CSACSA（合约式服务协议）报价为（合约式服务协议）报价为2 2台燃机台燃机3.23.2亿元亿元/大大修周期。修周期。n n3、机组运行中燃烧参数不能自主调整，运行安全存在隐患。燃烧调整为原厂商的核心技术，必须由原厂商进行。燃机发电企业没有掌握整机燃烧调整的标准和参数，运行人员不能通过燃烧自动调整确保机组在燃烧脉动最小
45、和在排放最佳点运行，不利于有效控制安全状况和开展异常诊断、分析。案例：燃烧参数不能自主调整造成事故n n2013年12月4日，上海燃机电厂在设备供应商进行燃机燃烧调整试验时，3台机组先后发生跳闸，全厂对外停电第二节 燃气发电设备设计制造质量存在问题，影响机组运行可靠性 n n近年来，国内燃气发电机组存在设计制造质量问题，压气机、燃烧器及热通道部件、发电机、燃气系统等故障多发,尤以F级机组较为突出。n n1、压气机存在质量缺陷，运行中发生叶片断裂等事故。部分机型压气机由其原机型模化设计而成，缺少必要的试验校核等后续工作，不能适应频繁启停、变工况运行，出现压气机叶片断裂等事故；部分机型压气机转子由
46、于拉杆螺栓与轮盘结合面设计不合理导致三级轮盘出现裂纹。案例:F级燃气机组压气机故障n n珠江天然气发电有限公司（珠江电厂）珠江天然气发电有限公司（珠江电厂）20082008年年6 6月发生月发生#2#2机压气机机压气机R0R0叶片断裂；叶片断裂；20132013年年7 7月发月发生生#1#1机压气机机压气机S2S2叶片断裂。华电戚墅堰电厂叶片断裂。华电戚墅堰电厂20082008年年9 9月发生压气机月发生压气机S1S1、S5S5级静叶断裂，部级静叶断裂，部分其他叶片撞击损伤、多数叶片松动；分其他叶片撞击损伤、多数叶片松动；20112011年年1111月发生压气机月发生压气机R0R0叶片断裂，叶
47、片断裂，IGVIGV导叶损坏严重，导叶损坏严重，#1#1机压气机动、静叶及进口导叶全部损坏，压气机压气机动、静叶及进口导叶全部损坏，压气机缸体严重损坏。机缸体严重损坏。n n深圳东部电厂、广东惠州燃气发电公司引进的深圳东部电厂、广东惠州燃气发电公司引进的F F级级机组出现压气机转子三级轮盘裂纹，经返厂改造机组出现压气机转子三级轮盘裂纹，经返厂改造后隐患消除。后隐患消除。n n2、燃烧器及热通道部件存在质量缺陷，实际运行时间缩短。国内引进机组存在燃烧器及热通道部件质量缺陷，实际运行时间普遍达不到原厂家设计值，需提前修理或报废。案例:燃烧器及热通道部件质量缺陷n n珠江电厂珠江电厂9F9F机组机组
48、20112011年年#2#2燃机透平一、二、三燃机透平一、二、三级叶片在启停约级叶片在启停约700700次时发生大量提前报废情况，次时发生大量提前报废情况，进行了叶片更换处理，其中一级动叶报废率达进行了叶片更换处理，其中一级动叶报废率达85%85%，达不到启停，达不到启停900900次的设计值，经确认为设次的设计值，经确认为设备制造缺陷。备制造缺陷。n n东莞中电新能源热电有限公司东莞中电新能源热电有限公司9E9E燃机三级动叶存燃机三级动叶存在制造缺陷，需要更换处理。在制造缺陷，需要更换处理。n n3、发电机存在质量缺陷，多次返厂检修。部分E级燃机发电机和F级国产化燃机发电机存在制造、装配质量
49、问题，发电机返厂检修频繁。案例：E级燃机发电机典型故障 n n华电湖北武昌热电有限公司（机组型号PG9171E）于2010年、2011年发生燃机发电机转子接地和开路故障。第三节 机组性能不能完全适应运行要求和环境条件，影响设备寿命 n n我国燃气发电机组大部分引进国外技术，不能完全适应国内运行方式和运行环境，设备维修周期和使用寿命相应缩短。n n1、机组启停频繁，缩短设备检修周期。燃气发电因电网调峰需要以及部分地区“照付不议”的供气合同规定影响，机组启停频繁，热通道部件普遍存在涂层脱落、裂纹、烧损，使用寿命缩短。燃机频繁启停情况n n电网调峰需要启停。燃气发电厂基本采用日启停电网调峰需要启停。
50、燃气发电厂基本采用日启停运行方式。运行方式。20132013年年1-81-8月，上海月，上海1313台燃气机组共台燃气机组共启停启停684684次；浙江次；浙江3030台燃气机组共启停台燃气机组共启停28842884次；次；福建福建1010台燃气机组共启停台燃气机组共启停11881188次。次。n n供气方式影响启停。部分地区燃气发电企业由于供气方式影响启停。部分地区燃气发电企业由于日分配用气量少，机组被迫频繁启停。如日分配用气量少，机组被迫频繁启停。如20132013年，年，江苏供气量比江苏供气量比20122012年最好水平下降年最好水平下降40%40%，1-81-8月月份份6 6家燃气电厂