燃气-蒸汽联合循环发电设备及运行第八章
CCPP(燃气-蒸汽联合循环发电)工程培训资料
燃气轮机发电机组型号、参数和主要技术规格 (1). 燃气轮机机组 · 型号：M251S型 · 型式：重型、轴向排气、室外布置 · 套数：1套 · 制造厂商：日本三菱重工高砂制作所制造 · 燃料：主燃料： BFG 值班燃料： COG 热值控制燃料： COG · 输出功率（发电机终端）： 28500kW · 额定状态：大气干球温度： 15oC 湿度： 70 % 大气压力： 1013hPa abs · BFG供给压力（主供给管）：＋800mmAq（g） · BFG供给温度（主供给管）： 25oC · BFG低热值： 3393kJ/Nm3-dry · COG低热值： 17189kJ/Nm3-dry · 进口总压力损失：≯150mmAq · 出口总压力损失： ≯350mmAq · 燃气透平负荷： 100%（基准燃烧） · 发电机终端功率因素： 0.85 · 冷却水温度： ≤40 oC · 排出口流量： 547000 kg/h · 排出口温度： 571 oC 排气组份：O2CO2H2ON2Ar10.7%19.7%1.6%67.1%0.9%（最贵的一 台设备，约9000万元）
本联合循环发电工程对公辅能源介质的一些要求 对高炉煤气质量的要求比较高: 对热值的要求: 设计点的热值为3141kj/Nm3-dry。对热值 的稳定性要求是很高的。热值高时加N2调节,热值低时加 焦炉煤气进行调整;当BFG的热值为3393 kj/Nm3-dry需加 N2量10000Nm3/h,当BFG的热值为3732 kj/Nm3-dry需加 N2量22400Nm3/h, 当BFG的热值为3053 kj/Nm3-dry时需 加焦炉煤气量1400 Nm3/h, 最大需要的焦炉煤气量为5000 Nm3/h, 对煤气压力的要求: 对BFG的压力要求:设计基准为8kpa, 最小值为5kpa, 考虑 到这个数不太符合实际, 在第三次设计联络会, 我们提出当 压力低到3kpa时, 燃机能稳定运行, 三菱认为是可以的。 （要注意）3.要求焦炉煤气质量达到下列标准： 焦油含量： ≤1.0mg/Nm3 油雾： ≤0.5ppm wt 萘含量： ≤1mg/Nm3 H2S含量： ≤1mg/Nm3 苯含量： ≤0.1ppm v
燃气轮机蒸汽轮机联合循环
目录
• 联合循环概述 • 燃气轮机部分 • 蒸汽轮机部分 • 联合循环的运行与控制 • 联合循环的应用与发展
01
联合循环概述
联合循环的定义
• 联合循环：是一种将燃气轮机和蒸汽轮机结合使用的发电方式， 通过将两种不同方式的能量转换过程结合在一起，实现更高的 能源利用效率和发电能力。
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背压式蒸汽轮机
将汽轮机的排汽压力高于大气压力，用于驱 动其他设备或供给热用户。
抽汽式蒸汽轮机
在汽轮机中间级上抽出部分蒸汽，用于供热 或驱动其他设备。
饱和蒸汽轮机
利用饱和蒸汽来推动汽轮机叶片转动。
蒸汽轮机的工作原理
高压过热蒸汽进入汽轮机，通过一系列的喷嘴和叶片，将热 能转换为机械能，推动汽轮机转动。蒸汽在汽轮机内膨胀降 温，释放出热能并推动叶片转动，最终以冷凝水的形式排出 。
停车
停车操作则相对简单。首先，需要逐渐降低燃气轮机的负荷，然后逐步关闭燃气轮机的进气口和排气口。在燃气 轮机完全停止运行后，需要关闭相关的辅助系统，如润滑油系统和冷却水系统等。最后，需要对整个系统进行全 面的检查，确保所有设备都处于安全的状态。
正常运行与控制
正常运行
在正常运行状态下，燃气轮机和蒸汽轮机都处于稳定的工作状态。此时，需要密切关注各种参数的变 化，如燃气轮机的排气温度、蒸汽轮机的蒸汽压力等，以确保系统的正常运行。同时，还需要对各种 设备的状态进行定期检查，及时发现并处理可能出现的问题。
控制策略
为了确保联合循环系统的稳定性和经济性，需要采取一系列的控制策略。例如，可以根据实际情况调 整燃气轮机和蒸汽轮机的负荷分配，以达到最优的运行效果。同时，还可以通过调节燃气轮机的进气 温度和压力等参数，实现对整个系统的优化控制。
燃气—蒸汽联合循环简介
燃气—蒸汽联合循环在世界范围内，使用化学燃料通过热力动力机械发电的火力发电量仍然占据最高的比例。
从节约资源和保护环境等各方面来说，作为一种重要的发电装置，火力发电机组首先要求有高的热效率。
在大型热力发电设备中，目前技术水平比较成熟的，能够经济地大规模应用的只有燃气轮机和蒸汽轮机。
但是它们的热效率都不高，一般都在38—42%左右，即使最先进的燃气轮机热效率也只能达到42—44%，最先进的超临界参数蒸汽轮机热效率也只能达到43—45%。
对这两种热力机械所使用的热力循环进行分析。
燃气轮机燃气初温很高，目前的技术水平一般能达到1350—1430℃，因此燃气轮机中的热力循环平均吸热温度高，但是它的排气温度也就是循环低温也高，一般要达到450—630℃，所以燃气轮机热力循环的卡诺效率不高。
蒸汽轮机虽然循环低温较低，也就是蒸汽的冷凝温度可以降低到30—33℃，但是由于受到材料上的限制，它的蒸汽初温不高，在目前的技术水平下一般难以达到600℃，即使采用再热之后，平均吸热温度也不会太高，所以蒸汽轮机热力循环的卡诺效率也不高。
进一步分析可以发现，蒸汽轮机蒸汽初温一般在535—565℃以下，所以实际上只要有570—610℃的热源就可以让蒸汽轮机工作，而燃气轮机的排气温度就很高，在排气中蕴含着大量的热能，能够给蒸汽轮机提供所需要的热能。
因此如果使用燃气轮机排气作为蒸汽轮机的热源，蒸汽轮机就可以不额外消耗燃料了。
也就是说，蒸汽轮机可以回收燃气轮机的排气热量，额外发出一些有用功，这样就相当于增加了燃气轮机的热效率。
如前所述，目前先进的燃气轮机和蒸汽轮机的热效率基本相当，都在38—42%左右，那么，此时这个相当于增加了燃气轮机热效率的系统，热效率必然比单纯的燃气轮机和蒸汽轮机都高。
实际上，如果把上述由燃气轮机和蒸汽轮机组成的系统看成一个整体，那么在它的热力循环中，循环高温就是燃气轮机的循环高温，而循环低温则是蒸汽轮机的冷凝温度。
燃气-蒸汽联合循环机组运行经验总结
燃气 -蒸汽联合循环机组运行经验总结燃气—蒸汽联合循环具有效率高、环保性能好、自动化程度高、运行可靠性高、运行方式灵活等特点，是当今世界最受青睐的发电技术之一。
近年来，国家大力发展燃气发电机组，以江苏为例，2020年全省已有大小燃气发电企业39家，燃机数量共计83台，因其启停迅速、负荷调节速度快的特点在电网调峰起到至关重要的作用，已在发电企业中牢牢占据一席之地。
本文以金坛热电公司燃气—蒸汽联合循环机组为例，简单总结一下机组启停操作及运行经验。
金坛热电公司燃气—蒸汽联合循环机组装机容量为436MW/套，燃机本体为GE公司提供的9FB机型，型号为PG9371FB，简单循环机组出力为294.16MW（设计工况）。
燃机由一台18级的轴流式压气机、一个由18个低NOX燃烧器组成的燃烧系统、一台3级透平和有关辅助系统组成。
汽轮机为国内首台引进GE公司A650型汽轮机进行优化设计的改进型，型号为LC110/N160-15.68/1.44/0.42，三压、再热、反动式、抽凝、轴向排汽汽轮机，汽轮机采用低位布置，分高压缸、中低压合缸，通流部分由高压27级、中压12级、低压6级压力级组成。
余热锅炉型号为MHDB- PG9371FB-Q1，由东方菱日锅炉有限公司生产。
燃机出口不设置旁通烟道，余热炉进口烟道膨胀节直接与燃机扩散段法兰相连。
露天布置，无补燃、自然循环，卧式炉型。
锅炉具有高、中、低三个压力系统，一次中间再热。
过热、再热汽温采用喷水调节。
燃气—蒸汽联合循环机组的主要工艺流程：天然气在燃气轮机内直接燃烧做功，使燃气轮机带动发电机发电，燃烧产生的高温尾气通过余热锅炉，加热锅炉给水，产生高温高压蒸汽后推动蒸汽轮机，带动发电机发电。
启动过程简述燃机GE的9FB燃气轮机在机组启停过程中已实现了完全的自动控制，当燃机满足启动条件Start Check完成后，从点击Auto Start发启动令、高盘清吹、降速点火、暖机、升速、起励建压，只需要30分钟左右，全程无需任何操作及干预，在此过程中需加强对程序进行的正确性及燃机振动、分散度、燃烧脉动的监视。
燃气-蒸汽联合循环动力装置
燃气-蒸汽联合循环动力装置运行过 程中会产生一定的噪声，可能对周 围居民产生一定影响。
能效分析
能源利用效率
燃气-蒸汽联合循环动力装置的能源利用效率较高，能够将燃料中 的化学能转化为机械能或电能，提高能源利用效率。
余热利用
联合循环动力装置能够充分利用余热，减少能源浪费，进一步提高 能源利用效率。
燃气-蒸汽联合循环动力装置采用天然气等 清洁燃料，燃烧后产生的污染物较少，相 比燃煤发电具有更好的环保性能。
灵活性
可靠性
燃气-蒸汽联合循环动力装置启停速度快， 能够快速响应电网负荷的变化，提高电力 系统的稳定性。
燃气-蒸汽联合循环动力装置结构紧凑，维 护方便，可靠性较高。
联合循环动力装置的应用领域
耗油量是衡量燃气轮机燃料消耗量的重 要参数，数值越小表示燃料消耗越少。
启动时间是衡量燃气轮机从静止状态到 正常工作所需时间的重要参数，数值越 小表示启动越快。
热效率是衡量燃气轮机能量转换效率的 重要参数，数值越高表示能量转换效率 越高。
功率密度是衡量燃气轮机功率与体积关 系的重要参数，数值越高表示单位体积 内输出的功率越大。
稳定性。
06
未来发展趋势与展望
技术进步与创新
高效能技术
随着科技的不断进步，燃气-蒸汽联合循环动力装置将进一步提高 能效，降低能耗，提升运行稳定性。
智能化控制
通过引入先进的智能化控制技术，实现对燃气-蒸汽联合循环动力 装置的远程监控和自动控制，提高设备的自动化水平。
环保技术
随着环保意识的增强，燃气-蒸汽联合循环动力装置将采用更环保的 技术和材料，降低排放，减少对环境的影响。
应用领域的拓展
新能源领域
随着新能源的快速发展，燃气-蒸汽联合循环动力装置将应用于 更多新能源领域，如风能、太阳能等。
燃气蒸汽联合循环发电设备的变工况运行
其次是空气流量G随着PGT的降 低略有增加。通常可将燃气 轮机的G视为不变来进行分析。
燃气蒸汽联合循环发电设备的变工 况运行
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二、燃气轮机带动发电机时的性能
燃机运行点沿等燃料线Gf0从设计点向右边移动时， 转速升高，压比增加而接近于最佳压比，尽管这时 透平入口温度有所下降，但燃机效率仍有所提高。
燃气蒸汽联合循环发电设备的变工
况运行
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二、燃气轮机带动发电机时的性能
电站燃气轮机负载的特点是 转速不随输出功率的大小而 变，始终在设计转速下运行， 即沿压气机的n＝n0线运行。
T3*随PGT降低而 下降较快，且大 体呈直线状。这 是由于机组的G 不变。
ηGT在部分负载 下，随T3*下降比 较快，对于机组 的经济性不利。
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Байду номын сангаас
对于简单循环单轴机组：
一般是
0 max0
下降慢 max 由于T 3*下降快而下降快 功率降低时先是 和 max相靠近，相等之后变为
max
适当减缓了燃机效率下降的速度。但低负载工况条 件下由于偏离最佳工况较远，经济性较差，反映在 空载条件下燃料流量很大。
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提高机组透平入口静温
T
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，不仅能提高机组效
率 0 ，而且能使部分负载下效率的下降适当变慢，
并改善低负载条件下的经济性。
燃气-蒸汽联合循环发电
燃气-蒸汽联合循环机组概况1.燃气轮机工作原理燃气轮机的工作过程是，压气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，随即进入燃机透平中膨胀做功，推动透平叶轮带着燃机发电机做功发电。
燃气轮机静止起动时，需要将发电机转换为电动机用带动燃机旋转，待加速到一定转速后，启动装置脱扣，就可以以发电机形式来做功发电。
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。
工业和船用燃气轮机的燃气透平初温最高达1200℃左右，航空燃气轮机的超过1350℃。
目前美国通用电气最先进的9H型燃气轮机压缩比23.2，燃气透平初温1430℃。
2.燃气-蒸汽联合循环发电燃气-蒸汽联合循环发电机组就是将燃气轮机的排气引入余热锅炉，产生的高温、高压蒸汽驱动汽轮机，带动汽轮发电机发电。
其常见形式有燃气轮机、蒸汽轮机同轴推动一台发电机的单轴联合循环，也有燃气轮机、蒸汽轮机各分别与发电机组合的多轴联合循环。
目前，联合循环的热效率接近60%，“二拖一”的机组配置方式，提高了机组供热能力，整套机组的热效率比常规“一拖一”配置机组热效率高出0.6%，在冬季供暖期热效率高达79%。
燃气-蒸汽联合循环机组主要用于发电和热电联产，其具有以下独特的优点：①发电效率高：由于燃气轮机利用了布朗和朗肯二个循环，原理和结构先进，热耗小，因此联合循环发电效率较高。
②环境保护好：燃煤电厂锅炉排放灰尘很多，二氧化硫多，氮氧化物为200PPM。
燃机电厂余热锅炉排放无灰尘，二氧化硫极少，氮氧化物为(10～25)PPM。
③运行方式灵活：燃机电厂其调峰特性好，启停速度快，不仅能作为基本负荷运行，还可以作为调峰电厂运行。
④消耗水量少：燃气一蒸汽联合循环电厂的蒸汽轮机仅占总容量的1／3，所以用水量一般为燃煤火电的1／3，由于凝汽负压部分的发电量在全系统中十分有限，国际上已广泛采用空气冷却方式，用水量近乎为零。
燃气-蒸汽联合循环机组技术发展及运行原理分析
燃气-蒸汽联合循环机组技术发展及运行原理分析摘要:在单机设备效率提高越来越困难的情况下,要提高热力系统的效率,就必须做到能源梯级利用,以充分利用各品位的热能,提高整个系统的效率。
在这种背景下就开始出现了各种联合循环方案。
本文在此背景下主要对燃气-蒸汽联合循环机组技术发展及运行原理进行分析。
关键词:燃气-蒸汽联合循环机组技术发展运行从世界电力工业发展的历程来看,以往人们主要依靠燃煤的蒸汽轮机电站来实现发电目标。
在这个领域内,工程师的研究主要集中于提高燃煤电站的单机容量和供电效率以及解决因燃煤而造成的污染问题。
改善供电效率的主要方向是:提高蒸汽的初参数并改进其热力循环系统的设计。
目前,效率高、污染低的燃气-蒸汽联合循环发电机组开始受到重视,并获得了巨大的发展。
联合循环由于做到了能量的梯级利用从而得到了更高的能源利用率,又因为使用干净的能源如石油和天然气,所以对环境造成的污染也很小。
1燃气-蒸汽联合循环机组技术发展就世界电力工业发展的历程来看,以往人们主要依靠燃煤的蒸汽轮机电站来实现发电目标的。
在解决因燃煤而带来的污染问题方面,人们首先致力于解决粉尘的排放问题,进而向解决NOx和SOx的方向发展。
目前,粉尘的排放问题基本上已获得比较满意的解决,NOx的问题已能在锅炉中改用低NOx燃烧器的方法得以控制。
但是无论是在燃烧前、燃烧中或燃烧后处理SOx的排放问题,都是很花钱的,许多方案都还在研究之中。
目前,世界上在解决SOx的排放问题上用得最普遍的方法是采用尾气脱硫装置(FGD)。
可是这种装置的费用很高,它大约要占全电站总投资费用的20%～25%,运行费用也很昂贵。
天然气是清洁环保的化石燃料,通过低NOx燃烧器的作用,NOx的排放量可以控制在10ppm以下,而CO2的排放量则可以比燃煤或燃油者降低50%左右。
目前,天然气储量丰富,价格便宜,这为燃气轮机及其联合循环的发展提供了有利的条件。
与传统的燃煤的蒸汽轮机电站相比,燃气轮机及其联合循环的优点是:(1)供电效率远远超过燃煤的蒸汽轮机电站。