01_03_常规余热锅炉型联合循环
燃机相关练习题—填空题
1.燃气透平进气温度是指（第一级喷嘴后缘平面处）的燃气平均滞止温度。
2.燃机进气滤网三个压差开关中有两个或两个以上动作时机组则（自动停机）。
3.燃机正常运行中透平静叶除了承受热应力之外，还承受（静叶前后烟气压力差引起的压力）。
4.燃气轮机整个机组及燃料控制阀组件布置在（燃机罩壳）内。
5.燃气轮机转子采用（中心拉杆）叠盘式，端面齿传扭。
6.燃气轮机燃料控制阀组件由（紧急关断阀）、扩散、预混和值班气调节阀组成，并通过分配歧管连接到燃烧器，在启动中接近额定转速时由（扩散）向预混切换，值班气作为预混燃烧的稳定气源使用。
7.燃气轮机在压气机上有抽气口，把抽取的空气通过管道引入（透平持环）与透平缸的腔室中，为透平静叶提供稳定的（冷却气源）。
8.燃气轮机的压气机的进口导叶、前几级静叶及前几级动叶表面均涂有涂层，以防止（叶片冲蚀、积垢）。
9.题目：由于工作环境的影响，环境中的（漂浮物）通过进气系统的过滤气进入通流通道中，在叶片的表面形成积垢，当积垢达到一定程度时，不但严重地影响叶片的寿命，还对（机组联合效率）产生不利的影响。
10.SIEMENS、GE、三菱的机组均配置了水洗设备，定期对（压气机叶片）进行清洗。
11.燃机压气机的清洗分为（在线水洗）与离线水洗两种方式。
12.燃机压气机清洗的时间间隔通常情况下根据机组的性能损失来判断。
在机组（满负荷）以及部分负荷运行时均可进行压气机清洗。
在（停机后的清洗）可取得更好的清洗效果。
13.调节燃气轮机进口（可调导叶）能保证机组的排气温度维持不变，且输出功率维持在较高的范围内。
14.大型燃气-蒸汽循环发电机组的燃气轮机燃烧器采用（低NOx技术）。
15.燃气轮机压气机通过（进口导叶角度）的调节,可以有效地保证机组在低负荷运行时排气温度没有明显变化,同时也保证了机组效率。
16.燃气轮机的透平叶片表面涂上陶瓷涂层,在前几级叶片上还通过激光穿孔技术在叶片表面通过特殊的工艺,使从压气机过来的气体通过叶片表面的孔,在叶片表面形成（气体保护膜）。
联合循环余热锅炉的性能优化与设计-2 联合循环与余热锅炉
至过热器 来自省煤器
下降管
至过热器 来自省煤器
下降管 热量
去过热器
热量
蒸发器
蒸发器
自然循环
循环泵
蒸发器
控制循环
来自省煤器 直流方式
图 2-6 余热锅炉的循环原理 Fig.2-6 Principle of heat recovery steam generator cycle.
10
上海交通大学工程硕士论文
(1) 工质循环方式 HRSG 按的水循环方式可分为自然循环 强制循环和直流锅炉 3 种方式 它们的循环原理 同常规锅炉一样 如图 2-6 所示 通常自然循环 HRSG 的烟气水平流过垂直的管束 下降管向蒸发器管束供水 部分水在蒸 发器管束中吸热转变为蒸汽 水与蒸汽的混合物经上升管进入锅筒 管束中的汽水混合物与下降 管中水的密度差所产生的压差动力维持着工质的流动或循环 其优点是结构简单 为了在所有的 运行工况下达到需要的循环 必须适当地选择管束 下降管 联箱和上升管
2 补燃型联合循环 它与余热回收型相似 不同的是在燃机排气中再投入燃料进行燃烧 因燃机燃烧室的过量 空气系数高 2.8~5 烟气中含有过剩氧量较多 使余热锅炉的入口烟气温度升高 从而增 减余热锅炉和蒸气轮机的出力 因其没有有效利用补燃燃料的理论火焰温度 所以其总体循环效 率没有设计完善的余热回收型循环高 但它适合于燃气轮机与蒸汽轮机难以匹配的场合和调峰负 荷幅度大的情况
2.3 HRSG 的主要结构特点
( 1 ) 受热面 与常规的电站锅炉相比 HRSG 的进口烟气温度比较低 为提高传热效能 在使用液化天 然气和精馏油 轻油 燃料时 因烟气比较清洁 其传热管可使用鳍片管 鳍片管是用高频焊接 将钢板鳍片焊接于钢管上而制成的 根据鳍片形状的不同 可分为整体鳍片 solid fin 和开口 鳍片(serrated fin,见图 2-9)
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。
余热锅炉的原理介绍及其类型
余热锅炉的原理介绍及其类型
余热锅炉的原理介绍及其类型如下：
原理介绍：
1. 余热锅炉是发生器、热交换器、冷凝器、蒸发器等设备的组合，主要工作原理是高温物料在余热锅炉中吸收热量，将物料状态由气态（或接近气态）转变，同时余热锅炉出口的蒸汽或热水被回收并进入汽包进行汽水分离，再循环使用。
2. 余热锅炉内的换热器有两个功能：一是对烟气进行冷却，将余热锅炉能够回收的热量传递给冷却剂；二是实现给水逐步加热、汽化的过程，在换热过程中起到扩容的作用。
类型：
1. 自然循环余热锅炉，这类锅炉依靠锅水密度差来形成循环。
2. 强制循环余热锅炉，这类锅炉以水泵为动力，形成锅水循环流动。
3. 光管式余热锅炉，其显著特点为受热面为光管，简单可靠，经济性好。
4. 翅片式余热锅炉，其显著特点为受热面管子外侧面有翅片，增大传热面积，增强传热效果。
5. 膜式余热锅炉，它由波纹板组成锅筒，烟气和工质流动方向垂直，具有结构紧凑、占地面积小和运行可靠等优点。
以上就是余热锅炉的基本原理和主要类型。
余热锅炉在工业生产和节能减排中发挥着重要作用。
第2章 联合循环的概念和典型方案
10
2.1.3 闭式循环电站（续）
两个热源？
热力学第二定律：只有1个热源不可能连续产 生机械功——开尔文1851，不可能从单一热源 取热，并使之完全变成有用功而不引起其他变 化
3个回路特点？ 只有热量交换，没有质量交换 特例：锅炉爆管，冷凝器漏管
11
2.1.3 闭式循环电站（续）
12
2.1.3 闭式循环电站（续）
蒸汽轮机回热器
13
2.1.3 闭式循环电站（续）
蒸汽轮机的朗肯循环：机组效率25~46%
蒸汽轮机循环技术成熟，单机功率大，效率较高；
存在燃煤的污染问题，如果加装尾气脱硫装置( FGD )， 则成本较高； 蒸汽轮机蒸汽初参数不高，是限制其循环效率的主要
因素，提高蒸汽初参数是提高效率的有效手段 。
— 超临界、超超临界机组
43
2.2.2 补燃余热锅炉型
不补气补燃 补气补燃
44
2.2.2 补燃余热锅炉型（续）
1）在余热锅炉中补充燃烧一定数量的燃料增大余热锅
炉中产生的蒸汽量；
2）补气式：蒸汽流量和参数不再受限于燃气轮机参数，
一般PST=(2~6)PGT；
3）可以实现燃气轮机和蒸汽轮机分别单独运行； 4）燃料热能的流通路径：串-并行。
45
2.2.2 补燃余热 锅炉型（续）
Gersteinwerk 电站有补燃的联合循 环的热力系统
1-压气机 2-燃烧室 3-燃气 透平 4-加压风机 5-强迫鼓 风机 6-余热锅炉 7-高压给 水加热器 8-高压排气换热 器 9-给水泵 10-除氧器 11低压给水加热器12-低压排 气换热器 13-蒸汽透平14凝汽器 15-凝结水泵 16-凝 结水箱 17-凝结水净化器
第2章 联合循环的概念和典型方案
优点:
部分蒸汽喷入燃烧区,适当降低燃烧火焰温度,有利于 减少NOx的排放; 减少NOx的排放; 混合气体的传热系数增大,改善换热效果; 机组做功量增大,热工转换效率提高; 降低透平前燃气初温,提高设备寿命.
23
�
8
Black Pout电站中不补燃余热锅炉型联合循环的热力系统 Pout电站中不补燃余热锅炉型联合循环的热力系统
9
不补燃的余热锅炉型燃气不补燃的余热锅炉型燃气-蒸汽联合循环的主要优点
热功转换效率高;
初温提高到1200~1300° 初温提高到1200~1300°C后,效率很容易达到 50%以上,目前58%. 50%以上,目前58%.
说明: 1,表中多数是指15℃,0.1013MPa标准大气条件下,燃用轻 油的"单压汽水发生系统"的情况. 2,括号中的数据则是指烧天然气时的"双压汽水发生系统" 的 情况
7
在"单压汽水发生系 统"的余热锅炉中 Q=f( Q=f(T)的关系
在"双压汽水发生系 统"的余热锅炉中 Q=f( Q=f(T)的关系
19
温比和压比对热效率的影响
---简单燃气轮机循环 ——注蒸汽循环(Tp =50℃) ——常规不补燃余热锅炉型联合循环(Tp =50℃)
20
注蒸汽双流程循环机组的技术参数
公司商号 Alison Egnine Company 型号 ISO 基本功 率 / k W 供电效 率/% 压缩比 空气质量流 量/(kg/s) 透平入口 温度/℃ 温度 ℃ 其它 2.722kg/s的 的 482.2℃的蒸汽 ℃ 807.2 注入22680kg/h 注入 蒸汽 36288kg/h高压 高压 蒸汽 18144kg/h低压 低压 蒸汽 453.6kg/h蒸汽 蒸汽 注入
余热锅炉的结构和工作原理
余热锅炉的结构和工作原理
余热锅炉的结构和工作原理
余热锅炉由锅筒、活动烟罩、炉口段烟道、斜1段烟道、斜2段烟道、末1段烟道、末2段烟道、加料管（下料溜）槽、氧枪口、氮封装置及氮封塞、人孔、微差压取压装置、烟道的支座和吊架等组成。
余热锅炉共分为六个循环回路，每个循环回路由下降管和上升管组成，各段烟道给水从锅筒通过下降管引入到各个烟道的下集箱后进入各受热面，水通过受热面后产生蒸汽进入进口集箱，再由上升管引入锅筒。
各个烟道之间均用法兰连接。
燃烧设备出来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，所以在蒸汽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。
根据产汽过程的三个阶段对应三个受热面，即省煤器、蒸发器和过热器，如果不需要过热蒸汽，只需要饱和蒸汽，可以不装过热器。
当有再热蒸汽时，则可加设再热器。
多种形式的联合循环
三 、燃煤联合循环（CFCC）
同时解决高效和低污染问题。
PFBC-CC (Pressurized fluidized bed combustion-Combined Cycle) AFBC-CC (Atmospheric fluidized bed combustion-Combined Cycle ) IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle)
SOFC(solid oxide fuel cell) 工作温度为 750 ℃ -1000℃
图4-10 燃料电池联合循环
6.化学链燃烧的动力循环
氧化反应 还原反应
燃料侧反应是燃料与固体金属氧化物（MO）反应， 生成二氧化碳、水和固体金属（M）； CH4+4NiO→CO2+2H2O+4Ni
空气侧是前一个反应中生成的固体金属与空气中的氧反应， 回复到固体金属氧化物（MO）。
最常用的一种联合循环方式,汽轮机与燃气轮机功率比 Rsg=Pst/Pgt 约为1∶2 联合循环效率对相应的简单循环燃气轮机效率的效率 比（Rη=ηcc/ηgt）比较大，为1.45-1.77 余热锅炉性能受燃气轮机排烟温度限制
2.补燃的余热锅炉型联合循环
图4-2 补燃的余热锅炉型联合循环 1-余热锅炉（HRSG）；2-压气机；3-燃烧室；4-透平； 5-负荷；6-汽轮机；7-燃料；8-凝汽器
《电厂燃气轮机概论》
第6章 多种形式的联合循环
1
第6章 多种形式的燃气-蒸汽联合循环
一、常规联合循环类型 二、若干新型联合循环 三、燃煤联合循环（CFCC） 四、热、电、冷联供系统
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
0.35
0.385
＝0.503
这样，联合循环的总功率应为
Pcc Pgt Pst Pgt 1 S cc
＝260×(1+0.503)＝390.8MW
讨论：
（1）该系统用效率不超过40%的单循环，轻易 地实现了效率为57%的联合循环，复杂性没有提 高。这表明：联合循环确实高效，这是由其热 力学原理决定的。 （2）前已述及，联合循环中，汽轮机的功率一 般占总功率的30%～35%，该题目很好地说明了 这一点。
更大范围内的统计表明，承担基本负荷天然气 联合循环机组的可用率一般为85%～90%，而常规 燃煤机组的可用率一般仅为80%～85%。
燃料 B 3 G T 4
2
主要缺点：
1
C
1．机组的出力和效率受环境条件（特 别是温度）影响较大。
对简单循环的燃机，环境温度每提高 10℃，出力约降4%～8%，效率约降0.8～2 个百分点。 对联合循环机组，环境温度每提高10℃ ，出力约降低2%～5%，效率略有降低或大 体不变。
（前提：若干台同类型单轴机组或一台多轴机组 作为一个系统来管理，对负荷进行统一调度）
联合循环额定效率线 60 55 50 3机运行 2机运行 5机运行
4机运行
热效率（%）
45 40 1机运行 35 30 0
联合循环变工况效率
汽轮机变工况效率
20
40
60 出力（%）
80
100
3．占地面积小
设备集成化程度很高，布置紧凑
PH——指定时间周期内的总时数，一般 以一年为周期，总时数为8760 小时 FOH——PH内的故障停机时数
（2）可用率
PH UH AV 100 % PH
PH——指定时间周期内的总时数， 一般以一年为周期，总时数 为8760小时 UH——PH内的故障停机、启动失败 和计划维修的时数
（3）启动可靠性
思考题
10. 三种基本联合循环各有哪些优缺点？哪一种形式被认为是发 展的方向？为什么？ 11. 哪两种燃煤联合循环目前被认为是最有发展前途的燃煤型联 合循环方案 12. 各种形式的联合循环有哪些共同的、最基本的优点？ 14. 余热锅炉的旁通烟道有何用处？为什么大功率联合循环机组 目前大多不再配旁通烟道？ 15. 余热锅炉型联合循环发电机组与常规蒸汽轮机发电机组在热 力系统上有哪些主要差别？ 16. 常规余热锅炉型联合循环机组各组成设备中的那一部 分对联 合循环的工作性能影响最大？
3、热效率与比功
（1）热效率：燃气轮机的轴功与汽轮机的轴功之和在 加入系统的燃料热中所占的比例 （2）功比率（蒸/燃功率比）：汽轮机的轴功与燃气轮 机的轴功之比 Pgt Pst Pst Scc cc Pgt Qf
cc gt 1 gt h st
S cc 1 gt h
*4．比投资费用低
一般仅为燃煤蒸汽轮机电站的40%～ 70%。
5．建设周期短
单轴机组：18～24个月， 双轴机组增加1-2个月
6．管理费用低
例：英国Rye House电厂，700MW功率的 “三拖一” 机组，常设员工数33人
7．机组的运行性能高于或至少相当于 常规燃煤机组。
（1）可靠性
PH FOH RE 100 % PH
将例题中的有关数据代 入，经计算得: C1=0.456 C2=0.335 C3=0.335 这表明 ：余热锅 炉型联 合循环中，燃气轮机的影 响最大，汽轮机和余热锅 炉的影响相等，均比燃气 轮机影响小。
cc gt c2 cc
cc gt c3 cc
情况2. 燃气轮机效率、汽轮机效率和余热锅炉效 率中的一个发生变化时，其它两个中的一个或者 两个同时发生变化。 含义：在联合循环机组中，一个部件与其它部 件的联系非常紧密，它们相互影响、相互制约，一 个部件工作情况发生变化，其它部件的工作情况多 数会跟着发生变化。
思考题
第一章 联合循环概论（P3～ P18）
3. 从热力学角度看，汽轮机循环有哪些优缺点？蒸汽轮机循环 进一步发展的方向如何？潜力如何？ 4. 从热力学角度看，燃气轮机循环有哪些优缺点？燃气轮机循 环进一步发展的方向如何？潜力如何？ 5. 从热力学角度看，燃气-蒸汽联合循环怎样吸收了汽轮机循环 和燃气轮机循环的优点，克服了它们的局限性？ 6. 何谓燃气轮机的ISO基本功率？
2．常规联合循环机组只能燃用石 油、天然气等优质燃料，当本地区 不具备这些资源时，燃料成本存在 某种不确定性。 ——燃天然气的联合循环机组在我 国是否具有经济性有待检验。
个人观点：
——长远看，联合循环机组应该具竞争力。 因为： （ 1 ）我国的天然气开发工作才刚刚开始，天 然气价格有一定下降空间； （ 2 ）随着环保标准的提高，燃煤发电的成本 必然会提高； （ 3 ）随着“分时段电价”政策的完善，燃天 然气联合循环机组调峰性能优良的特性会在经 济上得到体现。
1
gt
cc
Pgt Pst Qf
h
st gt
Pst Scc Pgt
Qf
Qf
1
gt h st Q f
gt Q f
1 Q f
gt
4、能流图
[例题 1-1]
设某发电用燃气轮机的设计功率为 260MW，
燃气轮机效率为 0.385，现为其匹配一台热效率为 0.90 的余 热锅炉和一台循环效率为 0.35 的蒸汽轮机构成余热锅炉型联 合循环发电系统，假定配成联合循环系统时，燃气轮机的功 率和效率均不改变，试估算 （1）联合循环的循环效率可以达到多少？ （2）联合循环的总功率可以达到多少？
3．在目前我国尚不能制造大型联 合循环机组、备品备件主要依赖 进口的情况下，机组的维护费用 存在变数。
—— 建议：尽量不要用未经充分 验证过的机组
习
题
1. 某发电用燃气轮机的设计功率270MW，循环效率为 0.39，现为其匹配一台热效率为0.92的余热锅炉和 一台循环效率为0.36的汽轮机以构成余热锅炉型联 合循环发电系统，假定配成联合循环系统时，燃气 轮机的功率和效率均不改变，试估算：（1）联合 循环的热效率可以达到多少？（2）联合循环的总 功率可以达到多少？
二 分设备效率对联合循环效率 的பைடு நூலகம்响
cc gt 1 gt h st
情况1. 燃气轮机、汽轮机和余热锅炉之中的一个 效率发生变化时，其它两个不受影响
d cc
cc
c1
d gt
gt
c2
d st
st
c3
d h
h
cc h st c1 cc
SS SR 100 % AS
AS——总的启动次数 SS——在规定时间内成功启动的次数
若干统计数字：
三菱公司（自己介绍）：F等级燃机及联合循环 机组的可靠性在99.3%以上。 美国国家电气可靠性联合会通报：GE公司 50MW以上的燃机和联合循环机组的可靠性分别 为99.0%和98.3%，可用性分别为96.5%和95%。
对这种情况，只有在特定的条件下，才可以 从理论上作出分析。
三 余热锅炉型联合 循环的基本特性
主要优点：
1．起停时间短，便于调峰运行
100 80 转速 出力 起动完成
转速，出力（%）
60 用变频器起动 40 燃机点火 20 并网 0 -20 0 20 40 60 80 通蒸汽
时间（分）
2．部分负荷下的热经济性高
第三节 常规余热锅炉型联合循环
一
设备与系统
1、热力系统及设备
（1）设备：燃气轮机；余热锅炉；汽轮机 （2）方案： “一拖一”；“多拖一”（如“二拖一”、“三拖 单轴方案；多轴方案（如双轴、三轴等） 一”等）
2、主要特点
（与常规机组的主要区别）
（1）不设给水回热加热系统 （2）除氧器与余热锅炉或凝汽器合为一体 旁通烟囱？ 蒸汽旁路？
解
（1）由 cc gt 1 gt h st 得
cc ＝0.385+(1-0.385)×0.90×0.35＝0.579
st h 得 （2）由 S cc 1 gt gt
S cc 1 0.385 0.90