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燃气-蒸汽联合循环发电机组知识,张春友,目 录,燃气-蒸汽联合循环发电机组安装特点,燃气-蒸汽联合循环发电机组余热锅炉,燃气-蒸汽联合循环发电机组燃机,燃机发展及燃机系统,燃气-蒸汽联合循环发电机组在安装调试阶段注意事项,燃气-蒸汽联合循环发电机组电气热控,第一部分 燃机发展及燃机系统,某燃气电厂布置,工业燃气轮机是在飞机发动机的基础上发展起来的(燃气轮机由英国人首先发明,飞机发动机上世纪30年代在德国诞生),从上世纪50年代开始用于工业领域(重型燃气轮机最早来自瑞士),60年代以后逐步研制出用于发电的联合循环发电机组。,目前以欧美、日本为主要生产国家,在我国有装机的基本是三大厂家的产品:德国西门子(上海电气)、美国GE(哈尔滨)、日本三菱(哈气)。当代级的“9F”产品联合循环机组单机总功率大致在280-400MW左右。,燃气(天然气、煤气)-蒸汽联合循环机组,以燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机为主力发电设备。设备的布置有单轴、多轴等不同的方式,但都是燃气轮机点火后的余热加热余热锅炉,通过换热蒸发产生蒸汽推动蒸汽轮机转子分别驱动发电机发电。 GT-燃机发电机;ST-蒸汽轮发电机 HRSG-余热锅炉;,燃气-蒸汽联合循环发电机组是当前技术成熟的洁净型商业发电装置,目前最先进机组的发电效率已达60%。所谓单轴,是指燃气轮机、蒸汽轮机和发电机同在一根轴上。其中,西门子和阿尔斯通(被GE收购)的单轴机组中蒸汽轮机和燃气轮机及发电机之间设有连轴器,当汽轮机转速小于发电机转速时连轴器将自动脱开;通用电气和三菱的单轴机组则是刚性连接的。,一拖一 即配置一台燃机、(一台燃机发电机)、一台余热锅炉和一台蒸汽轮发电机机组。单轴或多轴。 二拖一 即配置二台燃机、二台燃机发电机、二台余热锅炉和一台蒸汽轮发电机机组。 单循环 燃机做功,带动燃机发电机发电,无余热锅炉。 联合循环 燃机及发电机、余热锅炉、蒸汽轮发电机组。,目前,国内最常用的大型单轴燃气-蒸汽联合循环机组为F级。所谓“F”级,是美国通用电气公司200MW级燃气轮机的系列名称,但习惯将国际上各制造商的200MW级燃气轮机统称为“F”级,其最大的单机容量为270.3MW,燃烧室出口燃气温度最高为1320,效率为3538.5%,组成联合循环后的功率为350MW级而效率为5558%。国内最大单轴燃机功率470MW. 白俄别列佐夫项目为西门子9F燃机(427MW),双轴方案,一拖一配置。,GE 7HA.02 燃机是世界上最大、最高效率的燃气轮机。载满负荷模式下,发电效率超过61%,热电联供下,效率超过91%。,第三部分 燃气-蒸汽联合循环发电机组燃机,1、压气机 压气机的作用,是连续不断的向燃气轮机的燃烧室供应高压空气。 2、燃烧室 利用压气机送来的一部分空气使燃料(天然气、煤气和油)燃烧,并将燃烧产物送往燃气透平 。 3、燃气透平(Gas Turbin) 将来自燃烧室的燃气中的热能转化为机械能,带动压气机并向外部输出功,带动燃机发电机.,1、燃气轮机 燃气轮机热力循环:压缩-加热-膨胀-冷却 燃气轮机三大部件:压气机、燃烧室、透平 压气机一般为多级轴流式; 燃烧室多为筒形、多管、环形; 透平一般为多级轴流式。 其它:控制系统、辅机(空气过滤、冷却系统、润滑系统、电气设备等)。 燃机有一个关键的指标:T3-燃气的初温。它代表着燃机的技术档次。影响T3的关键因素:高温材料、冷却技术。50年来年均上升12,目前可达1450。,2、当代级重型燃气轮机技术的主要特征 多级轴流压气机:设计技术先进(3D);高效率;高稳定性。 燃烧室:以天然气和轻油为主要燃料;环保的低NOX燃烧技术;NOX小于25ppm;空气冷却。 透平:多级轴流透平;综合空气冷却技术(气膜、冲击、蛇形通道、带肋、绕流柱、尾缘喷射等);镍钴基超级合金;表面热障涂层等。,3、燃机目前的应用现状 燃机与火电机组相比较具有以下特点和优点: 1、平均热效率高,单循环效率38-40%,联合循环58-60%。 2、对环境造成的负面形象小,环保效益突出。(环保体现在:无尘、少二氧化硫排放、低NOX燃烧等)。 3、启动速度快,便于调峰。(配置相当可实现黑岛启动)。,燃机及燃机发电机吊装方案 由于燃机整体到货,重量较大(重达300t),根据现场情况可以采用如下方案: 1、450t履带吊直接吊装就位。 2、液压提升装置。,第二部分 燃气-蒸汽联合循环发电机组余热锅炉,燃气轮机经点火加热推动燃机透平转动,被加热的空气排放冷却就产生大量的余热。为更高提升热效率联合循环机组都配套一台余热锅炉。 采用优化的标准设计,对流换热形式而不是辐射换热,无燃料系统,无传统风机(烟气的流动是靠燃机的排气压力完成的),模块化设计结构,布置合理紧凑,高效节能,自动化程度高。,且具有运行操作简洁,便于调峰启动的优点。其结构占地面积小,便于安装,一般从模块吊装开始至锅炉水压试验完成大约需要90天左右工期。因为燃机排气温度(550-610)所限制,余热锅炉的蒸汽参数不太高。目前国内杭州锅炉厂、武汉锅炉厂等都生产与9E9F配套的余热锅炉。根据机组的不同功能要求可设计为:多压、双压,再热或无再热等各种形式的自然循环锅炉,并可配备脱硝风机以减少NOX排放。余热锅炉有汽包炉和直流炉各种形式。,余热锅炉施工 相对于大型火电厂锅炉,余热锅炉的安装过程较为简单,其主要工作即为大规模的模块吊装。从总体上来讲模块越大对起吊设备的要求越高,吊装方案也要求更严细,但是工厂化完成的工作也更多,减少了施工现场的安装工作量。模块的大小取决于合同的约定和工厂的生产水平,对于电建队伍来讲吊装不是大的难题,应在订货合同中尽量要求较大的模块。,辅机如给水泵、热水循环泵、脱硝风机、定排连排容器等与火电锅炉辅机安装相近;由于锅炉参数低,对于汽水管路和本体焊接而言压力相对减少;锅炉本体和汽包上的热工测点也与火电锅炉相近。就锅炉侧而言基本没有其它辅机了,同时没有了燃料和燃烧系统,工作量大大的减轻了。 锅炉吊装、就位、找正、密封完成后,仍要进行水压试验和化学清洗及蒸汽吹管,这些与火电锅炉无异。,余热锅炉模块的吊装 模块最重件 一般120-150 t,一般针对 9F型燃机配套的余热锅炉模块, 配置 450 t 级的主力吊机就能满足吊装需要。同时配置150t或250t吊车配合。,小 结 通过以上学习,我们对燃机和余热锅炉有了基本了解。大家知道,燃煤机组锅炉安装是施工主线,但是燃气-蒸汽联合循环机组却不同,燃机是施工的主线。,第四部分 联合循环发电机组电气热控,第一节 电气设备及装置 1、联合循环机组电气安装的特点 若联合循环机组采用多轴布置,则燃机和汽轮机分别配置一台发电机。也就是说在一套联合循环机组中要进行两套发电机/变压器的安装、两套PT/CT的安装、两套出线和封闭母线安装、两套发变组保护的安装和调试。相对应的发电机附属设备和消防设施等都是双倍的,安装工作量远大于同样容量的常规火电机组。,SFC启动方式。联合循环电厂的起动是从燃气轮机开始,燃气轮机是将发电机用作电动机起动的,电网的供电经变频器转变成变频电源,用来驱动发电机。在起动程序开始之前,循环水系统、冷却塔、闭路冷却水系统和压缩空气系统等辅机系统先投入运行。当燃气轮机达到10%额定转速时(此时称为点火转速),供入燃料气并开始点火,使燃气轮机加速直到燃机可以维持的转速(此时称为自持转速)。,这时,关断供向发电机的变频电源,燃气轮机继续加速,直至额定转速。燃气轮机起动后不久,透平的排气便开始加热余热锅炉。余热锅炉没有燃气轮机的排气旁通烟囱,也不供应辅助蒸汽,所以,整个系统必须同时起动。这就是燃机的SFC启动,也就是利用发电机作为启动马达,为此,电气在励磁系统中需要配备一套大功率的变频装置。(在启动和发电过程要完成恒流/恒压转换),联合循环机组电气安装应注意的事项 鉴于发变组和封闭母线安装工作量相对大,在施工组织阶段要预先考虑加强这方面的人员、机具的配置。 做好封闭母线检漏,保证微正压正常投入。 做好接地网的施工和管理,燃机的接地要求很严格,天然气输送管道很长,设备阀门较多,都要求良好接地。 管理好电缆施工,高、低压动力电缆和控制电缆必须按设计要求严格分层敷设,电缆牌标识要清楚清晰。,第二节 热控设备及装置 燃机联合循环机组热工控制一般是以DCS为主要控制手段,结合燃机厂家的燃机专用控制系统和辅机配套的PLC来实现对全厂热力系统的全方位控制。燃机供应商将会提供一套燃机专门的控制装置(包括硬件和软件),用以实现对燃机本体进行操作控制。余热锅炉、汽轮机、电气装置、附属系统由DCS完成控制。部分辅机由供应商提供的PLC控制并与DCS实施通讯。DCS是全厂控制管理的核心。,燃机联合循环机组热控安装的特点 1、DAS测点相对减少,电磁阀数量增加(也就是模拟量减少,开关量增加) 2、厂供的热工元件增加,配套的减少。 3、热工控制和信号电缆,根数增加,单根长度减少。,热控安装和单体调试应注意事项 1、做好屏蔽和接地,这一点和重要,直接影响启动试运。 2、厂供已经安装在设备上的热工元件,要逐一及时拆回校验。 3、施工组织设计阶段,提前考虑对机本体和电磁阀安装调试比较有经验的施工、调试人员配备到燃机项目。,第五部分 燃气-蒸汽联合循环发电机组安装特点,作为燃机联合循环机组与常规火电机组安装相比较,存在一些特点和特殊性。 1、燃机安装调试是制约工程的关键和主线。而不同于火电施工锅炉常常是主线。 2、施工现场比较紧凑,现场组合件较少,组合场地要合理安排。 3、全厂力能布置要考虑场地条件和大件吊装(燃机本体大约300吨、燃机发电机和汽轮机发电机、余热锅炉汽包等)。,4、化学水处理、冷却水塔、燃气增压站等附属系统要统一安排,不要影响总工期。5、空气进气过滤装置工作量较大应引起重视。 6、燃气输送管道要逐段进行超压试验,最后整体打压,以保证安全可靠。 7、封闭铝母线焊接量较大,考虑焊工配备。 接地和屏蔽要严格按设计和规范做好,否则会影响启动试运。,8、厂用带电、水压、酸洗、吹管的作业指导书要认真编制实事求是的去落实,尤其是吹管场地比较拥挤切实选好排放口位置确保安全。 9、厂房A列外将布置多台变压器和出线,要安排好施工顺序和衔接。 10、及时安排厂供热工元件的拆回校验。 11、现场确保洁净化施工。,第六部分 联合循环机组安装调试阶段注意事项,1、首先要细致做好施工组织设计。燃机供货商提供的技术手册要认真仔细了解掌握,不折不扣的按照手册的要求实施。手册中的表格和签证要按照要求按时认真全面填写。 2、做好与供应商现场代表的交流、沟通,争取最大限度的支持,寻求更加全面的现场合作。这样能争取主动。 3、在合同范围内,搞好与业主、监理(咨询公司)、调试单位等的关系。按合同要求及时认真完成各类验收、签证、监检等工作。,4、做好设备和物资的管理,设备的底数要清楚,开箱、检验、保管、出库、回收各个环节都要清楚清晰可追溯。 5、注意掌握和搜集各类技术信息,主动参与参加各种考察、调研、专题会议。认真学习理解掌握调试单位的调试大纲、调试方案、技术措施。根据调试措施制定安装切实可行的作业指导书。 6、根据工程特点和现场具体情况及时修订管理程序,以适应现场需要。,IGCC及其他,IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle)整体煤气化联合循环发电系统,是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组成,即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。,2015.11.10,
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