燃汽轮机课程

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,戚墅堰发电厂的历史,戚墅堰发电厂始建于,1921,年，原名震华电厂,1937,年，全厂发电容量达到,1.71,万千瓦，号称“沪宁铁路的动力心脏”。,七十年代，两次改造，采用高、中、低压叠置运行、电热联供成为全国独有的发电方式，取得十分明显的社会效益和经济效益。,90,年代扩建了两台,20,万千瓦机组。,2005,年投产两台,9F,级燃气,-,蒸汽联合循环机组。,2011,年投产两台,9E,级燃气,-,蒸汽联合循环机组。,燃气轮机的分类,燃气轮机有重型和轻型两类,重型的零件较为厚重，大修周期长，寿命可达,10,万小时以上，主要用于发电、大型军舰、航母 。发达国家近,20,年新增发电量基本上为高效燃气联合循环发电替代常规燃煤火力发电。,轻型的结构紧凑而轻，所用材料一般较好，,多用于航空发动机、舰船动力装置等。,其中以航机的结构为最紧凑、最轻，但寿命较短。,此外按燃气轮机的热力特性分为简单循环和联合循环,；,按燃机转子结构分为单轴和多轴燃气轮机。,四大公司的,“,F,”,级燃机联合循环机组参数表,公司,型号,出 力,（,MW,）,净效率,（）,热耗,（,kJ/kWh,）,燃机出力,（,kW,）,汽机出力,（,kW,）,GE,S109FA,390.8,56.7,6350,254.1,141.8,Siemens,V94.3A,392.2,57.4,6280,265.9,135.2,MHI,M701F,416.4,59.0,6120,273.8,142.6,Alstom,GT26,411.6,57.8,6225,277.8,140.9,我国燃气轮机工业现状,我国的燃气轮机产业始自上世纪,50,年代末,60,年代初，经历了初期的自主研发，,70,年代的小高潮，,80,年代后的休眠期，进入,21,世纪后随着天然气资源的供应改善又恢复发展，并成为我国能源结构调整的重要组成部分。,为了优化能源结构、改善环境污染，国家决定利用西气东输，东海油气和进口,LNG,（液化天然气）等清洁能源，建设一批大型联合循环电厂，中国燃汽轮机发电遇到了前所未有的机遇，据调研预测，未来,10,年我国对燃气轮机总需求量达,34000 MW,左右。,我国燃机发电装机主要分布在东南沿海地区和内陆边远地区，为我国油田开发和沿海经济特区的发展作出了很大贡献。,由于其核心技术被国外少数公司垄断，国内企业并不具备大功率燃气,蒸汽联合循环发电厂的设计能力，也并未完全掌握燃气轮机产品的设计和制造技术，因此，从,2001,年开始，我国组织了三次共,50,台机组、共计约,1800,万千瓦的市场换技术的燃气轮机“打捆招标”，引进,F,级、,E,级燃气轮机及联合循环技术。,我国燃气轮机工业现状,通过这种“打捆招标”，我国将引进,FA,型和,E,型燃气轮机的制造技术，机组制造的本地化率有望达到,70%,。也即说，我国电力系统中使用的燃气轮机类型主要定位于,FA,型和,E,型这类大型高效的燃气轮机及其联合循环机组。,哈尔滨汽轮机有限责任公司从美国,GE,公司引进,PG9351,（,FA,级容量,255.6,兆瓦）燃气轮机制造技术，上海汽轮机厂从德国西门子公司引进了,SGT5-4000F,（容量,272,兆瓦）燃气轮机制造技术，东方汽轮机有限责任公司从日本三菱重工业公司引进了,M701F,（容量,270,兆瓦）燃气轮机制造技术，南京汽轮电机有限责任公司从美国,GE,公司引进了,PG9171,（,E,级容量,126,兆瓦）燃气轮机制造技术，并为制造燃气轮机的高温热部件成立了合资厂。,燃气,-,蒸汽联合循环的的优点,1、,供电,效率远远超过燃煤的蒸汽轮机电站。,2,、,投资小（约为,3104 元/kW3356 元/kW，比带脱硫装置的300MW 燃煤蒸汽轮机电厂的造价低19.625.7%。,3,、,建设,周期短（单燃机3、6个月）,。,4,、运行高度自动化， 启停快,，,负荷可以大速率变化。 作为应急电源使用,。,5,、由于采用天然气或液体燃料，污染排放问题解决得很彻底,1）、硫化物排放少（天然气中硫含量少）；,2）、可实现低氮氧化物排放（达到25ppm）；,3）、二氧化碳排放少（与煤发电相比每年可减少数百万吨的排放）；,4）、 粉尘排放基本为0（清洁的空气+干净的天然气）,6,、 占地和用水量少,；,我公司所用燃机情况,2005,年投入运行的：,2,台,GE-9F,级单轴燃气,-,蒸汽联合循环发电机组；燃机型号：,PG9351FA,功率,255.6MW,汽轮机型号：,D10,功率：,141MW,，合计,396.6MW,；,2011,年投入运行的：,2,台三菱,-M701D,分轴燃气,-,蒸汽热电联供联合循环机组；燃机型号：,M701DA,，功率,144MW,；汽轮机型号：,D78B,，功率：,78MW,，合计,220MW.,热力生产过程,空气经压气机压缩升压后进入燃烧室，在燃烧室部分压缩空气与天然气混合燃烧产生高温、高压气体，高温、高压气体与部分压缩空气掺混后进入燃机透平涡轮作功，作完功后排出的具有一定温度的泛气,（,9E,为,538,，,9F,为,609,左右）,进入余热锅炉加热给水和蒸汽。给水通过给水泵加压送入省煤器，在省煤器加热后进入汽包、再从汽包经下降管流入蒸发器进一步加热，生成汽水混合物，再回到汽包，经汽包分离出的蒸汽进入过热器加热为高温、高压过热蒸汽送入汽轮机作功，作完功后的蒸汽进入凝汽器凝结为水，进行下一次循环。机组的整个转子在燃气轮机、蒸汽轮机的双重作用下高速旋转，使发电机发出电能。,燃汽轮机的设备结构,燃气轮机是以气体为工质、内燃连续旋转、叶轮式旋转机械。主要有压气机、燃烧室和燃气透平三大主要部件组成，还包括进气过滤系统、排气系统、润滑油系统、通风加热系统等辅助设备。,基本流程：,压 气 机,压气机由转子和气缸构成，动叶镶嵌在轮毂型转子上，,GE-F,级燃气轮机压气机转子,18,级。,E,级燃气轮机压气机转子,17,级。气缸分为上气缸和下气缸。,压气机静子由进气缸、压气缸和排气缸组成，进气缸和进气过滤装置连接（大气端），排气缸和燃烧室相连（透平端），为燃气的燃烧提供充足的空气量。,空气过滤装置采用特殊材质制造，对空气进行净化，空气较脏，需要定期对过滤装置清洗、更换，对压气机进行水洗。,进气缸内壁安装有压气机进口可转导叶,(IGV),，有效扩大压气机的运行区域，调整压气机的进气量。,轴流式压气机工作原理,轴流式压气机,分动叶和静叶，动叶装在转子上跟转子一起转动，静叶装在缸体上，不转动。,转子带动动力叶旋转作功，将空气吸入气缸内产生一定的动能；静叶形成一定的通道使气体流速下降，将空气的动能转化为压能，如此一级一级提高，最终生成所需的具有一定压力的空气。,轴流式压气机效率可达84%94%，且供气量大，稳定。,压气机入口导叶调节装置作用,防止压气机喘振,调整压气机流量，改善燃烧室燃烧环境，使燃烧室提前投入预混燃烧器,改变燃机排烟温度，加快并保护汽轮机安全启动,空气过滤装置作用,除去空气中的灰、杂物，保护压气机、燃机透平,燃烧室,燃烧室是燃气轮机能量转化的部件，使燃料的化学能转变为热能，然而进入透平空间膨胀做功，最终热能转变为机械能带动发电机转子旋转。,燃烧室和透平承担着,1000,以上的高温。,9F,燃机有,18,个燃烧室，燃烧室有燃料喷嘴、火焰筒、过渡段。,18,个燃烧室通过联焰管联结。,燃 机 透 平,透平是将燃烧室产生的高温高压燃气热能转变为机械能的设备。透平由转子和气缸组成。,GE,公司,9F,燃机透平转子,3,级。气缸分为上气缸和下气缸，气缸的内部圆周上安装静止叶片，气缸上的静叶片分别和转子的动叶组构成一级。三菱,9E,燃机透平转子,4,级。,燃气轮机的工作过程是：,压气机,(,即压缩机,),连续地从大气中吸入空气并将其压缩；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，随即流入燃机透平中膨胀作功，推动透平叶轮带着压气机叶轮一起旋转；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，尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。燃气轮机由静止起动时，需用起动机带着旋转，待加速到能独立运行后，起动机才脱开。,布雷顿循环,12 空气在压气机中压缩；,2,3 空气在燃烧室中加热升温；,34 热空气在透平中膨胀做功；,41 空气余热在外界环境中释放,燃气轮机的特点,燃气轮机的一个显著特点是其性能随周围空气温度的变化而改变。,余热锅炉的作用,吸收燃机排出的余热,加热给水,将水变成可利用的蒸汽,进一步降低烟气中的氮氧化物（个别余热锅炉中加装脱硝装置）,4NO+4NH,3,+O,2,- 4N,2,+6H,2,O,6NO,2,+8NH,3,+O,2,- 7N,2,+12H,2,O,9F,燃机余热锅炉的构成,给水输送系统（补给水、凝结水、高中压给水）,给水加热系统（低压省煤器、中压省煤器、高压省煤器）,蒸发系统（高、中、低蒸发器，高、中、低压汽包）,蒸汽过热及再加热系统（高、中、低压过热器、再热器）,防低温腐蚀系统（低省再循环泵及管道）,余热锅炉的工作过程,燃机透平排出的高温烟气经烟道输送至余热,锅炉,入口，再流经过热器、蒸发器和省煤器，最后经烟囱排入大气，排烟温度一般为,150,180,，烟气温度从高温降到排烟温度所释放出的热量用来使水变成蒸汽。,锅炉,给水首先进入省煤器，水在省煤器内吸收热量升温到略低于汽包压力下的饱和温度进入锅筒。进入锅筒的水与锅筒内的饱和水混合后，沿锅筒下方的下降管进入蒸发器吸收热量开始产汽，通常是只用一部分水变成汽，所以在蒸发器内流动的是汽水混合物。汽水混合物离开蒸发器进入上部锅筒通过汽水分离设备分离，水落到锅筒内水空间进入下降管继续吸热产汽，而蒸汽从锅筒上部进入过热器，吸收热量使饱和蒸汽变成过热蒸汽。,余热锅炉的产气过程,余热锅炉的分类,从烟气侧热源考虑，余热锅炉可分为,（,1,）无补燃的余热锅炉,（,2,）有补燃的余热锅炉,按蒸发器中循环方式，余热锅炉可分为,（,l,）强制循环余热锅炉,（,2,）自然循环余热锅炉,从余热锅炉产生的蒸汽压力等级来考虑，余热锅炉可分为：,（,l,）单压级余热锅炉,（,2,）双压或多压级余热锅炉,按受热面布置，余热锅炉通常有下列两种布置方式,（,1,）卧式布置,（,2,）立式布置,按余热锅炉所处的自然环境，有两种布置方式,（,1,）露天布置,（,2,）室内布置,按余热锅炉有无汽包，可以分成汽包炉和直流炉,利用余热锅炉所产的蒸汽做功，提高整个机组发电效率,汽轮机的作用,9F,级单轴燃气,-,蒸汽联合循环发电机组的汽轮机配制,本厂采用,GE,生产的,D10,型汽轮机,高、中、低三压,高、中压合缸，逆流布置,低压缸独立，双流程,凝汽器下部布置,高压有,12,个压力级，中压有,9,个压力级，低压有,6,个压力级（共,12,个压力级）。,汽轮机工作原理,高压蒸汽从汽轮机一段进入，逐级降低压力并扩大体积，逐级冲动汽轮机叶片，使得汽轮机转动，从而驱动汽轮机带动的机械设备。汽轮机低压终端设置凝汽器，通过水冷或者空冷将蒸汽冷凝成水，由于蒸汽冷凝成水时体积大大缩小，从而造成了汽轮机低压端的真空，使得从高压侧进入的蒸汽能够更好地做功,汽轮机主要部件,进汽装置（高、中、低压主汽阀、调阀）,高、中、低压透平（缸体、隔板套和静叶、轮鼓和动叶、转子、轴承）,排气后缸喷水,盘车机构,高中压抽空阀,控制仪表装置,凝汽器,朗肯循环,等熵压缩、等压冷凝、等熵膨胀、以及一个等压吸热过程,联合循环的热能利用,热力循环流程,发电机,通过切割磁力线，将机械能转化为电能；,由转子和定子构成；,在9F燃机启动阶段，由同步发电机变为同步电动机，拖动转子旋转；,当转速升至2950转时，再变回发电机；,GE9F发电机采用氢,-,氢冷却；,三菱701D发电机采用空,-,空冷却,发电机工作原理,在定子铁芯槽内放有,A,、,B,、,C,三相并且线圈匝数相等的线圈，转子铁芯槽上也有线圈（励磁绕组），转子上有磁极（,N,极和,S,极），当外面的直流电经电刷、滑环通入转子线圈后在转子线圈上会产生磁力线，这磁力线的方向从,N,极到,S,极，发电机转子被汽轮机转子带动以,n1(3000,转每分钟,),速旋转时，相当于该转子磁力线也以,n1,的速度在旋转，这过程被定子线圈所切割在定子线圈中产生感应电动势（感应电压），发电机和外面线路上的负载连接后输出发电 。,本厂,9F,燃气联合循环机组的发电机主变压器,将发电机输出电能升至电网所需电压，向电网供电；,在机组停运阶段，将电网电能降压后经高厂变送至各厂用电系统，供厂用设备使用；,