动力机械基础-联合动力循环

联合动力循环90年代为了调峰，现在减碳一、燃气-蒸汽联合循环主要内容二、IGCC与PFBC-CC的研究与开发一、燃气-蒸汽联合循环1、目的2、型式3、国内应用情况4、缺点1、目的：为了提高循环热效率tgmrigdglndc=（26~43）%一般电厂总效率电站锅炉效率：)%94~90(gl%99m管道效率：若不计工质的漏失，%99gd若计及工质的漏失，)%97~96(gd汽机的相对内效率：对于大型汽机工作过程的各段%88~86ri机械效率：循环热效率：)%54~40(t发电机效率：%99~95g其中：燃气轮机的平均吸热温度较高（一般为1100~1200℃），但其平均放热温度也较高（一般为500~600℃）蒸汽动力中，平均放热温度却很低（一般为30~38℃）而其平均吸热温度不高（一般为540~560℃），将两种循环联合起来组成燃气-蒸汽联合循环，就能得到较高的平均吸热温度和较低的平均放热温度，可使整个循环的热效率大大提高121TTt平均吸热温度和平均放热温度2、型式（1）余热锅炉联合循环（2）余热锅炉加补燃联合循环（3）正压锅炉联合循环（4）排气助燃联合循环•在燃气轮机后加装余热锅炉，利用燃机排气所具有的热能产生蒸汽，驱动汽轮发电机发电•发电功率以燃机为主（占总发电量的65%~70%），汽机为辅（占30%~35%）•汽机的容量，蒸汽参数和运行等受燃机容量和排气参数的影响和限制，汽机不能单独运行•燃机可在简单循环方式下单独运行，但经济性很差•余热锅炉结构简单，但换热面积需很大（1）余热锅炉联合循环：（2）余热锅炉加补燃联合循环：•在燃机和余热锅炉之间的排气通道中增加补燃装置，利用燃机排气中含有的16%~18%的氧气助燃提高余热锅炉炉内烟气温度•通常补燃量占总燃料的20%~30%•可适当提高蒸汽参数，使整个循环热效率得到提高，汽机的功率增大（其发电功率占总功率的50%）实际的余热锅炉联合循环系统图：（3）正压锅炉联合循环：•采用正（增）压锅炉，同时产生高温高压蒸汽和燃气•循环热效率较高•正压锅炉内压力约为0.55MPa，燃烧迅猛，传热系数大为增加，可以大大减少换热面积，缩小锅炉尺寸，减少设备造价和投资•燃机和汽机不能单独运行•只能使用气体和液体燃料（4）排气助燃联合循环：•以燃机排气作为锅炉的助燃空气，既可以利用燃机排气中的氧气，也可回收其热量•助燃锅炉的结构与普通电站锅炉相似，需送风机和空气预热器•锅炉燃料不受限制•可产生高参数蒸汽•燃机和汽机可分开运行•适合于对原有的中小型火电机组进行改造，既可以增加发电量，节约投资，又可提高效率，延长中小型火电机组的寿命3、国内应用情况（1）1967年开始筹建，1971年在四川乐山建成燃气-蒸汽联合循环试验电站：•正压锅炉型，燃料为天然气•容量为12MW（2）1987年在广东汕头建成燃气-蒸汽联合循环电站：•排烟温度为529℃~544℃•排烟量为495.9t/h•简单循环时出力为34.55MW，热耗率为11780KJ/KWh•联合循环时出力为34.10MW，热耗率为8032KJ/KWh余热锅炉：•主蒸汽参数为4.0MPa，500℃•最大蒸发量为61t/h燃机：汽机：•主蒸汽参数为3.6MPa，486℃•主蒸汽流量为121.9t/h•额定功率为34.5MW联合循环的总效率达45.6%（3）近年来在江苏、上海、福建等地兴建并投运了许多新项目高达：调峰性能：启动12分钟到100%负荷。停机更快。2台PG6551B燃机，每台38MW（冬天40MW），汽机：南汽15MW余热锅炉：杭锅和703所各1台，中压3.5MPa，500℃，每台66t/h。低压送除氧器。轻柴油：联合循环210~230g/kwh单循环280g/kwh天然气：联合循环0.3Nm3/kwh,0.9元/kwh油价1000多涨到8000多/吨,1.6元/kwh燃机排烟温度504℃，苏州工业园区蓝天燃气热电有限公司由燃机分厂、第一热源厂、跨塘分厂、管网部构成燃机分厂于2005年2月28日正式开工，在八个月的时间内完成了两台机组的安装及调试工作。2005年9月14日实现了一号机组的联合循环并网，2005年10月26日二号机组实现首次并网，装机总容量可达2×180兆瓦，最大对外供热能力可达每小时250吨。第一热源厂建有二台德国进口的20吨/时LOOS燃油锅炉，跨塘分厂建有二台35吨/时国产锅炉，实际供热能力共为90吨/小时，发电能力6MW。热网系统已经与燃机分厂的热网联网，热网管线累计达到32公里，最大供热能力将达到340吨/小时。从热源厂地理分布位置看，已形成三点鼎立、互为联网、互为备用的特点，三个热源厂共同承担着为园区集中供热的任务。天然气耗:0.23Nm3/kwh。天然气价2.25元/Nm3。上网电价：0.6元/kwh（气）0.46元/kwh（煤）2套9E：每套120MW+60MW=180MW供汽：1.4MPa，300℃.250元/吨汽耗：3GJ/吨成本：90Nm3/吨*2=180元/吨管损：10%~15%（4）杭州锅炉厂生产的燃气轮机余热锅炉情况简介4、缺点：燃机燃用的都是液体和气体燃料IGCC与PFBC-CC的研究与开发二、IGCC与PFBC-CC的研究与开发传统的锅炉燃煤技术，可用能损失占1/3以上，并且产生粉尘、SOx、NOx等严重污染物通过寻求高效而洁净的先进燃煤技术，以解决污染物排放问题和提高电厂的效率背景：1、IGCC（整体煤气化燃气-蒸汽联合循环）２、PFBC-CC（增压流化床燃烧联合循环）1、IGCC（整体煤气化燃气-蒸汽联合循环）是洁净的煤气化技术和燃气-蒸汽联合循环的结合（1）系统组成（2）工艺过程（3）优点（4）煤的气化炉及煤气的净化系统（1）系统组成：蒸汽轮机发电系统煤的气化与净化部分燃气-蒸汽联合循环发电部分气化炉（燃气发生器）煤气净化设备（包括硫的回收装置）空分装置（可选）燃气轮机发电系统余热锅炉（2）工艺过程：煤经气化成为中低热值煤气（CO、H2为主），经过净化，除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，然后送入燃机的燃烧室燃烧，产生燃气驱动燃气透平作功，排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功（3）优点：发电效率高。净效率可达43%~45%，今后可望更高环保性能极好•大量灰分在气化炉中被熔化成灰渣，在炉底冷却为玻璃状颗粒，可综合利用•脱硫效率可达到99%，二氧化硫排放在25mg/Nm3左右（目前国家标准为1200mg/Nm3）•NOx排放只有常规电站的15%~20%•耗水只有常规电站的1/3~1/2•废水经除去NH3和酸性气体后，也符合环保要求（4）煤的气化炉及煤气的净化系统：是IGCC最终商业化的关键对IGCC气化炉及煤气的净化系统的要求气化炉的种类对IGCC气化炉及煤气的净化系统的要求•气化炉的产气率、煤气的热值和压力及温度等参数能满足设计的要求•气化炉有良好的负荷调节性能，能满足发电厂对负荷调节的要求•煤气的成分、净化程度等能满足燃气轮机的要求•具有良好的煤种适应性•系统简单，设备可靠，易于操作，维修方便，具有电厂长期、安全、可靠运行所要求的可用率•设备和系统的投资、运行成本低气化炉的种类喷流床气化炉流化床气化炉固定床气化炉喷流床气化炉（entrainedflowbed）•压力为20~60bar•类似煤粉炉•示范工程中应用最多•采用90%以上的颗粒小于100um的煤粉•采用氧、富氧、空气或水蒸气作为气化剂•炉温高，以氧为气化剂时，气化炉炉膛中心火焰温度可达2000℃，出口热煤气温度为1200~1400℃•煤气中碳氢化合物、煤焦油和酚类含量少，主要成分是CO、H2、CO2和H2O•约５０％的煤中灰分在气化炉高温炉膛中心变成液态渣，由炉底排出并通过集渣器送入渣池•煤种适应性广，碳转化率高达99%•给煤方式有湿法水煤浆给煤和干法给煤流化床气化炉（fluidizedbed）•可在燃烧和气化过程中加入脱硫剂（石灰石、白云石），将产生的大部分SO2和H2S脱除•焦油、烃、酚、苯和萘等大分子有机物基本上都能被裂解为简单的双原子和三原子气体。CH4的含量一般少于2%，主要成分是CO和H2固定床气化炉（fixedbed）类似层燃炉，对煤的粒径有一定的要求２、PFBC-CC（增压流化床燃烧联合循环）（1）水蒸汽埋管冷却系统（2）空气埋管冷却系统（3）PFBC-CC的优点（1）水蒸汽埋管冷却系统•流化床锅炉燃烧温度是954℃•燃机进口温度为926℃，功率为170MW，热耗量为8891KJ/kwh•蒸汽参数为23.3MPa、538℃，汽机功率为565MW•效率为40.5%（2）空气埋管冷却系统PFBC+GT+HRSG+GT：60%的功率由燃机产生，40%的功率由汽机产生PFBC+GT+AFBC+GT：•燃机排气（含17%~18%的氧气）进入AFBC作为沸腾燃烧的空气•蒸汽系统可向高参数、中间再热发展•汽机的功率与燃机的相当或更大（3）PFBC-CC的优点：•压力燃烧（0.62~2MPa）比常压燃烧的损失小，燃烧效率更高火用•床身面积与压力成反比，单机组功率可更大•对脱硫和减少NOx更有利•传热效率更好，锅炉容积紧凑•从PFBC锅炉出来的增压烟气，可进入燃气轮机膨胀作功，通过燃气／蒸汽联合循环发电，发电效率，可比相同蒸汽参数的单蒸汽循环提高3~4%