燃气蒸汽联合循环发电厂介绍.ppt
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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
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