燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組詳介

1、燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組 詳介 燃氣燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的流程蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的流程 在經(jīng)過加熱后的天然氣進入燃氣輪機的燃燒室，與壓氣機壓入 的高壓空氣混合燃燒，產(chǎn)生高溫高壓氣流推動燃氣輪機旋轉做 功。 從燃氣輪機排出的氣體溫度高達攝氏600度，仍然具備很高的 能量，把這些高溫氣體送到鍋爐，把水加熱成蒸汽去推動蒸汽 輪機，帶動發(fā)電機發(fā)電。 燃氣輪機的工作原理燃氣輪機的工作原理 燃氣輪機是以連續(xù)流動的氣體為工質(zhì)帶動葉輪 高速旋轉，將燃料的能量轉變?yōu)橛杏霉Φ膬?nèi)燃 式動力機械，是一種旋轉葉輪式熱力發(fā)動機。 燃氣輪機的基本原理與蒸汽輪機很相似，不同 處在于工質(zhì)不是蒸汽而是燃料燃燒后的煙氣。 燃氣

2、輪機屬于內(nèi)燃機，所以也叫內(nèi)燃氣輪機。 燃氣輪機的工作過程 壓氣機連續(xù)地從大氣中吸入空氣并將其壓 縮。 壓縮后的空氣進入燃燒室，與噴入的燃料 混合后燃燒，成為高溫燃氣，隨即流入燃 氣透平中膨脹作功，推動透平葉輪帶著壓 氣機葉輪一起旋轉 加熱后的高溫燃氣的作功能力顯著提高， 因而燃氣透平在帶動壓氣機的同時，尚有 余功作為燃氣輪機的輸出機械功。 燃氣輪機由靜止起動時，需用啟動設備， 待加速到能獨立運行后，起動機才脫開。 下面是一臺燃氣輪機模型，通過它來了解燃氣輪機的工作過程下面是一臺燃氣輪機模型，通過它來了解燃氣輪機的工作過程。 模型的前端是空氣進入口；環(huán)繞燃氣輪機安裝的是燃燒室；在燃燒室端面有天燃

3、氣的 入口；燃氣輪機的后面是燃燒后的高溫氣體排出口。 把燃氣輪機剖去1/4，可以看到內(nèi)部的結構。 燃氣輪機由三大部分組成，左邊部分是壓氣機，有進氣口，內(nèi)部一排排葉片是壓 氣機葉片；中間部分是燃燒器段，圍繞一圈的是燃燒室； 右邊部分是燃機透平，其中有透平葉片，右側是燃氣排出口。 燃氣輪機的設備結構燃氣輪機的設備結構 燃氣輪機構造有三大部分：空氣壓縮機，燃燒室， 燃氣透平系統(tǒng)。 空壓機空壓機 壓氣機負責從周圍大氣中吸入空氣，增壓后供給 燃燒室。為了生成高壓空氣，壓氣機裝有多級葉 輪，若干葉輪固定在壓氣機的轉軸上構成壓氣機 轉子,轉子上的葉片稱為動葉。如下圖所示： 在每兩級動葉之間有一組靜止的葉片（

4、簡稱靜葉），一組動葉與 后面相鄰的靜葉，稱為壓氣機的一個級。多數(shù)燃氣輪機的壓氣機 有十幾級，高速旋轉的動葉把空氣從進氣口吸入壓氣機，經(jīng)過一 級又一級的壓縮，變成高壓空氣。由于壓氣機內(nèi)氣體流動方向與 旋轉軸平行，稱為軸流式壓氣機。如下圖所示 。燃氣輪機啟動 時，先把發(fā)電機當作電動機帶動壓氣機旋轉，把空氣壓入燃燒區(qū)。 燃機點火后，則逐漸轉變至由透平帶動壓氣機旋轉壓氣 燃燒室燃燒室 燃氣輪機一般有十幾個燃燒室，安 裝在燃機外圍。如下圖所示： 下面是一個燃燒室的剖面模型。燃燒室由外殼與 火焰筒組成，在外殼端部有天然氣入口，在火焰 筒尾部聯(lián)接過渡段，在燃燒室內(nèi)裝有燃料噴嘴。 A 天然氣通過燃燒室端部燃氣

5、入口進入燃燒室，噴 入的天然氣與壓氣機壓入的空氣在燃燒室火焰筒 里混合燃燒。燃燒使氣體體積劇烈膨脹，生成高 溫高壓燃氣從燃燒室過渡段噴出，進入透平做功。 9FA燃燒室火焰筒圖片 v94.3燃燒器燃燒室內(nèi)部結構 透平透平 燃氣透平也稱為燃氣輪，從燃燒室噴出的 高壓燃氣推動透平葉輪旋轉，把燃氣的內(nèi) 能轉化為透平的機械能 燃氣推動旋轉的葉輪上的葉片稱為動葉， 在每級動葉的前方還安裝一組靜止的葉片 （靜葉），靜葉起著噴嘴的作用，使氣流 以最佳方向噴向動葉。一組靜葉加一組動 葉為透平的一級。為了充分利用燃氣的熱 能，透平一般為3級或4級。如下圖所示： 透平葉輪安裝在透平轉軸上構成透平轉子。（如 下圖所示

6、）壓氣機轉子與透平轉子是安裝在同一 根轉軸上，稱為燃氣輪機轉子，透平旋轉時也就 帶動壓氣機旋轉工作。透平轉子帶動發(fā)電機發(fā)電， 額定轉速是每分鐘3000轉。 下面是一個燃氣輪機整體剖面圖 余熱鍋爐的基本原理余熱鍋爐的基本原理 余熱鍋爐包括上升管、汽包、下降管主要部件。上升管是 由密集的管道排成的管簇，由上聯(lián)箱、下聯(lián)箱連成一體； 上聯(lián)箱通過汽水引入管連通汽包，汽包再通過下降管連到 下聯(lián)箱；上升管管簇、汽包、下降管構成了一個環(huán)路。上 升管管簇在爐膛內(nèi)，汽包與下降管在爐體外面。 把水注入汽包，水便灌滿上升管管簇與下降管，把水位控 制在靠近汽包中部的位置。當高溫燃氣通過管簇外部時， 管簇內(nèi)的水被加熱成汽

7、水混合物。由于下降管中的水未受 到加熱，管簇內(nèi)的汽水混合物密度比下降管中的水小，在 下聯(lián)箱形成壓力差，推動上升管內(nèi)的汽水混合物進入汽包， 下降管中的水進入上升管，形成自然循環(huán)。如下圖所示 余熱鍋爐基本原理圖余熱鍋爐基本原理圖 上圖是汽包（也稱鍋筒）結構示意圖, 汽包是水受熱、蒸發(fā)、過熱的重要樞紐， 保證鍋爐正常的水循環(huán)。上升管內(nèi)的汽水混合物進入汽包后，通過汽水分離 器分離成飽和蒸汽與水，飽和蒸汽通過汽包上方蒸汽出口輸出；分離出的水 與給水管注入的水再進入下降管。（給水汽包下降管蒸發(fā)器上升 管汽包經(jīng)分離-蒸汽去過熱器 -水經(jīng)下降管繼續(xù)循環(huán)） 用來產(chǎn)生飽和蒸汽的上升管管簇稱為蒸發(fā)器，電廠鍋爐還 有

8、省煤器與過熱器，它們都由管簇組成。進汽包的水先在 省煤器加熱，再通過汽包、下降管進入蒸發(fā)器，可以提高 蒸發(fā)器的效率與鍋爐的效率。蒸發(fā)器生成的飽和蒸汽經(jīng)汽 包輸出，再進入過熱器加熱成過熱蒸汽，用過熱蒸汽推動 蒸汽輪機運轉能保證系統(tǒng)的高效與安全。 余熱鍋爐的結構余熱鍋爐的結構 從燃氣輪機排出的氣體溫度高達攝氏600度，仍然具備很 高的能量，把這些高溫氣體送到鍋爐，把水加熱成蒸汽去 推動蒸汽輪機，帶動發(fā)電機發(fā)電，可使發(fā)電容量與聯(lián)合循 環(huán)機組的熱效率相對增高50%左右。這個靠燃氣輪機排出 氣體的余熱來產(chǎn)生蒸汽的鍋爐稱為余熱鍋爐。 余熱鍋爐主要有進口煙道、爐體、汽包、煙囪組成。在爐 體內(nèi)有密集的管道，給

9、水泵將要加熱的水壓進這些管道， 燃氣輪機排出的高溫氣體將管道內(nèi)的水加熱成高壓蒸汽。 大型余熱鍋爐有低壓、中壓、高壓三部分，可同時產(chǎn)生低 壓過熱蒸汽、中壓過熱蒸汽、高壓過熱蒸汽，分別驅(qū)動低 壓汽輪機、中壓汽輪機、高壓汽輪機，一起帶動發(fā)電機發(fā) 電，可大大增加燃氣輪機發(fā)電廠的發(fā)電量。 大型余熱鍋爐與燃煤電廠鍋爐原理與組成基本相同，主要 少了燃料運輸粉碎與燃燒系統(tǒng)。 余 熱 鍋 爐 的 外 觀 結構圖。 余熱鍋爐本體采用模塊化結構，以方便運輸、安裝。模塊 由管簇組成,是幾十根管子組成的蛇形管組件, 模塊兩端有 上聯(lián)箱與下聯(lián)箱，是鍋爐的受熱部件，水在模塊內(nèi)被外部 的高溫氣體加熱。 為了更好的傳遞熱量，在

10、管道外表焊上鰭(qi)片（也稱肋 （lei）片）來增大管道的傳熱面積，下圖展示的是一小段 焊有鰭片的管道。 打開鍋爐的側壁，可看到內(nèi)部裝有多個模塊，實際鍋爐有 近20個模塊，其中多數(shù)是蒸發(fā)器、省煤器、過熱器三類模 塊，除此還有再熱器模塊。 余熱鍋爐汽水流程余熱鍋爐汽水流程 大型燃機電廠采用三壓再熱循環(huán)余熱鍋爐，汽水系統(tǒng)主要 由低壓、中壓、高壓三部分組成，可同時產(chǎn)生低壓過熱蒸 汽、中壓過熱蒸汽、高壓過熱蒸汽，分別驅(qū)動低壓汽輪機、 中壓汽輪機、高壓汽輪機，可最充分的把燃氣的熱能轉換 成機械功。 低壓部分由低壓省煤器、低壓汽包、低壓蒸發(fā)器、低壓過 熱器組成。從凝結水泵來的冷水，通過低壓省煤器預熱后

11、輸入低壓汽包，汽包下面連接著蒸發(fā)器，水在低壓蒸發(fā)器 內(nèi)加熱成飽和蒸汽上升到低壓汽包。飽和蒸汽從低壓汽包 輸出再通過低壓過熱器加熱，產(chǎn)生低壓過熱蒸汽，用來驅(qū) 動低壓蒸汽輪機旋轉做功。 大型余熱鍋爐汽水流程圖大型余熱鍋爐汽水流程圖 汽水流程 低壓部分由凝結水加熱器、低壓汽包、低壓蒸 發(fā)器、低壓過熱器組成。通過凝結水加熱器出 來的水進入低壓汽包，在低壓蒸發(fā)器內(nèi)加熱成 飽和蒸汽上升到低壓汽包。從低壓汽包輸出的 飽和蒸汽通過低壓過熱器加熱，進入低壓缸， 用來驅(qū)動低壓蒸汽輪機旋轉做功。 中壓部分由中壓省煤器、中壓汽包、中壓 蒸發(fā)器、中壓過熱器、再熱器組成。通過 凝結水加熱器出來的水由中壓給水泵注入 中壓省

12、煤器繼續(xù)加熱，然后進入中壓汽包， 在中壓蒸發(fā)器內(nèi)加熱成飽和蒸汽上升到中 壓汽包。從中壓汽包輸出的飽和蒸汽通過 中壓過熱器加熱，然后再與高壓汽輪機排 出來的蒸汽混合，一同經(jīng)過再熱器加熱， 產(chǎn)生中壓再熱蒸汽，用來驅(qū)動中壓蒸汽輪 機旋轉做功。 高壓部分由高壓省煤器、高壓汽包、高壓 蒸發(fā)器、高壓過熱器組成。通過凝結水加 熱器出來的水由高壓給水泵注入高壓省煤 器加熱，然后進入高壓汽包，在高壓蒸發(fā) 器內(nèi)加熱成飽和蒸汽上升到高壓汽包。從 高壓汽包輸出的飽和蒸汽通過高壓過熱器 加熱，產(chǎn)生高壓過熱蒸汽，用來驅(qū)動高壓 蒸汽輪機旋轉做功。 燃氣電站系統(tǒng)布置燃氣電站系統(tǒng)布置 燃氣輪機、蒸汽輪機、發(fā)電機、余熱鍋爐四種主

13、要設備 組成了燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，實際上這四種設備 的組合布置有多種方式，但主要的分類方式是按軸系布置 來分，一種是多軸布置方案，一種是單軸布置方案。 一、多軸布置一、多軸布置 所謂多軸即燃氣輪機帶動一臺發(fā)電機，蒸汽輪機帶動一 臺發(fā)電機，各自一個軸系。在電廠建設時，只要燃氣輪機 機組安裝完畢即可發(fā)電（不必等到鍋爐與蒸汽輪機安裝完 畢）；蒸汽輪機檢修時燃氣輪機仍可發(fā)電。系統(tǒng)啟動快， 燃氣輪機可先啟動發(fā)電（不必等到鍋爐里的水加熱成蒸 汽）。在我國20萬千瓦以下的燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機 組多數(shù)采用多軸布置。 下面是一套多軸布置系統(tǒng)流程示意圖 二：單軸布置 單軸布置系統(tǒng)為燃氣輪機、蒸汽輪機、發(fā)

14、電機串聯(lián)在一根軸上，共用一臺發(fā)電機發(fā) 電。 由于一套單軸系統(tǒng)只有一臺發(fā)電機與相關 電氣設備，可節(jié)省設備費用，減少廠房面 積，系統(tǒng)調(diào)控相對簡單。目前30萬千瓦以 上的燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組多數(shù)采 用單軸布置。 單軸布置系統(tǒng)流程示意圖 一 單軸布置系統(tǒng)流程示意圖 二 多臺機組可并排布置，安裝在同一個廠房內(nèi)，下 圖是三個機組的電廠布置圖 下圖是一副詳細的單軸系統(tǒng)設備結構圖。下圖是一副詳細的單軸系統(tǒng)設備結構圖。 單軸聯(lián)合循環(huán)機組的軸承和離合器布置 燃氣輪機發(fā)電機勵磁離合器汽輪機 軸頸軸承 軸頸推力聯(lián)合軸承軸頸推力聯(lián)合軸承 軸頸軸承軸頸軸承軸頸軸承 軸頸推力聯(lián)合軸承軸頸推力聯(lián)合軸承 優(yōu)化后的熱膨脹（大約值） 20 mm (0.8 in) 0 膨脹