燃气-蒸汽联合循环原理简介

西门子公司SGT--8000H 燃气轮机
2007 年冬季第一次点火， 并准备于 2008 年开始进行简单循环运行鉴定。它 是完全用空气冷却的机组， 也是世界上 最大的完全空气冷却的燃气轮机。
13 级轴流式压气机， 压比19， 进口导 叶和前3 级静叶可调，确保机组部分负 荷运行时具有高的效率，易于启动。
V94．3A燃气轮机概况
V94.3A燃气轮机的设计基于西门子可靠 的V94.2机型，V94．2坚固耐用的特性已 通过200多台机的7万次启动和400多万运 行小时得到验证。
V94．3A燃气轮机从1997年英格兰的首 台机组开始，已安装（72）200多台，总 运行小时数为1 546 000当量运行小时.
9F系列燃机及联合循环出力
生产厂家 燃机型号 GE/哈尔滨 PG9351FA
ISO工况燃 联合循环机 机出力 组出力
255.6MW 395MW
PG9371FB
284MW 426MW
三菱/东方 M701F3
270.3MW 406MW
M701F4
312MW 455MW
西门子/上海 SGT5-4000F（2）271MW 406MW
燃机和联合循环机组型号
PG 9 35 1 FA 1 234 5
1=PG—箱装式发电设备(Package Generation)； 2=系列号，3、5、6、7、9 3=输出功率，以英制马力为单位的近似值 4=轴的数量，单轴或双轴 5=型号，B、E、F、G、H等
燃机和联合循环机组型号
V94.3A--轴系布置示意图
SSS离合器
A：爪 B：离合器齿 C：滑动部件 D：花键 E：输入轴 F：输出环 G：棘轮齿
SSS离合器---工作原理
当输入轴E转动起来，滑块C会随着它转动直到 一个棘轮齿G会接触到输出离合器环（F）上面 的爪（A）的一端来阻止滑块的转动超过输出 离合器环。
燃机电厂的布置方式
布置方式
单轴：燃机、汽机、发电机在同一根轴上 多轴：燃机、汽机和发电机不在同一根轴上 一拖一：1台燃机拖动1台汽机 二拖一：2台燃机拖动1台汽机
二拖一多轴联合循环机组
G
GT HRSG
ST
G
G
GT HRSG
二拖一多轴联合循环机组效果图
一拖一单轴联合循环机组
H 型燃气轮机的压气机压比为23，空气 流量为685 kg/ s.
压气机的进口导叶( IGV) 和前4 级静叶 (VSV) 均可调，以控制空气流量， 适应 环境温度的变化和不同运行工况的要求。
GE 公司MS9001H 燃气轮机
4 级轴流透平气缸采用蒸汽冷却， 前2 级采用闭式循环蒸汽冷却， 第3 级为空 气冷却， 第4 级无冷却。闭式蒸汽冷却 替代了叶片燃气通道侧的气膜冷却， 加 大了叶片壁中的温度梯度。这种冷却方 法使叶片材料中产生更高的热应力， 所 以第1 级透平叶片使用单晶超级合金材 料， 并涂以陶瓷隔热涂层。
燃气轮机中压气机的耗功是随环境温度 的升高而增大的，而透平的膨胀功并不 随环境温度升高而增大，所以，环境温 度升高时，燃气轮机的效率必然下降。
联合循环机组的特点——占地少
与同容量火电厂相比，联合循环电厂占 地面积只有火电厂的30-40%，建筑面积 也只有火电厂的20%。
联合循环机组的特点——耗水量少
联合循环机组的特点——可靠性 高
燃气发电实现： 自动、保护投入率100% 启停速度快 系统相对简单、辅机相对较少，整机可
靠性高 可真正实现AGC控制
联合循环机组的特点——出力 和环境温度关系
联合循环机组的特点——出力和 环境温度关系
环境温度升高时，空气密度减小，燃气 轮机的吸气容积流量基本恒定，所以， 环境温度升高，必然导致燃气轮机质量 流量减小，出力下降。
美国GE/哈尔滨电气 日本三菱/东方电气 德国SIEMENS/上海电气 法国ALSTOM（无转让）
通过以市场换技术，国外燃机厂家已经将制造 技术分别转让给国内三大动力集团
关键部件在国内的合资厂生产
燃机和联合循环机组型号
燃机种类
重型：工业用、大型，一般出力在4万kW 以上。
2×S109FA
2套9FA组成的联合循环 ，每套1台燃机 一般1套9F组成的联合循环机组出力约
400MW左右。
燃机和联合循环机组型号
德国SIEMENS/上海电气
燃机型号
SGT5-2000E、SGT5-4000F SGT表示Siemens Gas Turbine 2000E、4000F相当于GE的9E、9F系列
公司气源管道
燃气电厂的分布--GE
燃气电厂的分布--三菱
燃气电厂的分布--西门子
燃气轮机主要辅助设备及系统
燃气轮机
压气机 燃烧器（室）、 透平 燃机进气系统 冷却和密封系统
燃机罩壳消防系统 燃料模块 燃机控制系统 润滑油、顶轴油系统 燃机液压油系统
HRSG
GT G
ST
SIMENS V94.3A
西门子单轴方案
西门子采用SSS离合器的单轴 方案--优点:
当汽轮机发生故障或检修时，燃气轮机 可以作单循环运行， 增加了运行灵活性。
启动快,启动机耗功少；不需要大容量的 辅助锅在启动时为汽机提供冷却蒸气。
冷凝器在运转层，减少土建工期与费用。
西门子公司SGT--8000H 燃气轮机
4 级轴流透平， 前3 级均采用空气冷却， 第4级无冷却， 转子前燃气温度1 427 ℃ 。第1 级动静叶采用单晶超合金材料 并涂以耐热涂层， 已具有承受近1 500 ℃ 高温的能力； 第2 级叶片上涂敷了热 障涂层。
由SGT--8000H 机组组成的联合循环的额 定净输出功率超过530 MW， 效率超过 60%。
292.000 39. 5 1 427
25
西门子 SGT8000H
2008
340. 000 39. 5 1 427
三菱 M701G 2005
334. 000 39.5 1 500
＜25 25
GE 公司MS9001H 燃气轮机
第1 台MS9001H 燃气轮机与1 台汽轮机 组成的S109H 联合循环电站额定功率为 480 MW,热效率60% ，NOx 排放浓度25 ppm ，于2003 年9月正式投入商业运行。
SSS离合器---工作原理
当输入轴连续地转动，滑块会沿着输入轴的花键轴向 移动。当棘轮齿与爪端接触，离合器啮合齿会精确地 对中准备内啮合并且将沿直线光滑地滑动。
随着滑块与输入轴啮合，爪会和棘轮齿脱离连接来允 许棘轮齿进入侧面连接。
SSS离合器---工作原理
当滑块通过连接输入轴的终端来完成其移动， 此时，离合器齿完全啮合而爪不承受任何负载， 来自输入轴的驱动力矩才被传输。
三菱重工--G 系列燃气轮机
701G2 型压气机分别为14 级，压比21,空 气流量738 kg/ s，保持原来25x10- 6的 NOx 排放水平。
4级透平，第1 级和第2 级动叶采用定向凝 固浇铸法制造。透平采用空气冷却。
燃气电厂的分类
简单循环
只有燃机和旁路烟囱
联合循环
包括燃气轮机、蒸汽轮机、余热锅炉、 发电机等
联合循环机组型号
SCC5-4000F CC表示联合循环 表示1套9F系列燃机组成的联合循环机组
燃机和联合循环机组型号
燃机和联合循环机组型号
日本三菱（MHI）/东方
燃机型号
D、F、G、H M501D、M701F、M701H
联合循环机组
2×M701F 2台燃机
GE 公司MS9001H 燃气轮机
常规的燃气轮机中， 用压气机排气冷却 第1 级喷嘴。经过第1 级喷嘴后， 燃气 温度将下降155K； 而H 级机组中， 经 过第1 级喷嘴后， 燃气的温降小于4 K， 从而使转子进口燃气温度达到1 400 ℃等 级， 比F 级机组提高100 K， 但燃烧室 中的燃烧温度并未提高， 保证机组的 NOx 排放水平不提高。
联合循环机组的特点——效率高
350MW级联合循环机组效率可达到58%， 比常规机组高出15-18%，折合标煤 212g/kwh，比常规1000MW发电煤耗 （290~300g/kwh左右）低很多。
联合循环机组的特点——排放少
最低的环境污染排放。天然气发电，二 氧化碳排放量约为燃煤电厂的42%，氮 氧化物排放量则不到燃煤电厂的20%， 二氧化硫排放几乎为零。可明显减轻日 益严重的环保压力。
燃气轮机不需要大量冷却水，单循环机 组只需火电厂2%~10%，联合循环机组 只需同容量火电厂的1/3左右。
联合循环机组的特点——自动程 度高，运行人员少
联合循环电厂采用先进的集散式控制系 统，控制人员可以大大减少，一般只有 同容量火电厂人员的20%~25%。
燃机和联合循环机组型号
主要燃机厂家
燃机和联合循环机组型号
最新型燃机
GE公司的9001H型（有定货） 西门子公司的SGT5-8000H 型（开发成功） 三菱公司的M701G型（10几台运行）
没有转让国内
最新型燃机介绍
公司
投入年份 输出功率 效率/
机组型号
/ MW
%
燃烧温度/℃ 排放水平 /ppm
GE
MS9001H 2001
中国首台V94．3A燃气轮机2005年安装 于上海石洞口电厂。
V94.3A燃机结构
V94.3A燃机结构
➢ 天然气管道 ➢ 排气管道 ➢ 冷却空气管道
V94．3A燃气轮机主要设计特点
V94．3A燃气轮机
V94．3A燃气轮机--质量流量
V94．3A燃气轮机主要设计特点