燃气-蒸汽联合循环发电机组知识

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35～38.5%，组成联合循环后的功率为350MW级而效率为55～58%。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。GE7HA.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（GasTurbin)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9E\9F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120-150t，一般针对9F型燃机配套的余热锅炉模块，配置450t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（IntegratedGasificationCombinedCycle）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