燃气轮机联合循环电厂

燃气轮机联合循环电厂（共10篇）

燃气轮机联合循环电厂 篇1

0 引言

近年来,我国燃气—蒸汽联合循环技术日趋成熟,燃气轮机的热效率和单机功率不断提高,这使得燃气轮机及其联合循环在我国电力系统中发挥的作用日益凸显,它不仅可以作为尖峰负荷机组和紧急备用电源,还能携带中间负荷和基本负荷。相较于普通电厂,燃气轮机联合循环电厂具有明显的优势,因此探讨大型燃气轮机联合循环电厂的优化设计,具有十分重要的现实意义。

1 燃气轮机联合循环机组的构成和发电原理

燃气—蒸汽联合循环机组的构件,主要包括余热锅炉、汽轮机和燃气轮机等3个部分,其中最为关键的是燃气轮机,它的性能直接影响着整个机组的效率。燃气一蒸汽联合循环机组的燃气系统由燃气轮机及辅助设备组成,蒸汽系统由蒸汽轮机和余热锅炉组成,燃气轮机的排气参数决定着机组的蒸汽参数。

燃气轮机联合循环机组的发电原理:具有高温加热优势的燃气轮机循环系统将大量来自大气的空气进行过滤,然后将压缩后的过滤空气送入燃烧室,燃料与空气充分混合燃烧所产生的高温烟气将带动发电厂生产电力;燃气轮机所产生废气的温度(405～600℃)较高,进入到余热锅炉后,余热锅炉将高温废气的热能转化为蒸汽,汽轮机在大量蒸汽的作用下带动发电机产生电力。

2 大型燃气轮机联合循环电厂的优化设计

大型燃气轮机联合循环电厂的优化设计比较复杂,其中涉及的因素较多,设计人员要着眼于提高机组的整体性能,而不是单一地提高蒸汽系统或燃气系统的性能。

2.1 燃气轮机的优化设计

作为余热锅炉型联合循环的主要部件,燃气轮机是决定大型燃气轮机联合循环电厂发电成本、供电效率和运行可用率的关键,对其进行优化设计主要考虑以下几个方面的因素:

(1)燃气轮机的热力性能特性。热力性能是燃气轮机发展应用的前提,燃气轮机在出厂时通常都会由厂家给出规定条件下的额定值,便于电厂进行合理的选择:当燃气轮机用于尖峰负荷和备用尖峰负荷时,厂家在对额定工况、变工况、启动情况和备用待机状况等情况下的热力性能和燃料耗量进行充分考虑后,优选加载加速性能较好和热效率较高的机型;当燃气轮机用于中间负荷和基本负荷时,厂家在确定适合拟用燃料后,优选热效率高和可用性高的机型。

(2)燃气轮机的经济性。市场化进程的不断深入,使得电厂在燃气轮机选型时必须考虑到燃气轮机的价格。对于型号相同的燃气轮机,同一功率等级的前提下,效率较高的燃气轮机通常价格也比较昂贵,但是电厂收回投资的年限会相应缩短,消耗的能量较少且对环境比较友好,这就要求电厂从自身需求和资金雄厚程度进行综合考虑,选用适合的机型。

(3)环境问题。近年来,可持续发展的理念深入人心,电厂在选用燃气轮机时必须高度重视其可能造成的环境污染,确定燃气轮机机房内和动力装置所在区域附近允许的噪声大小,控制燃气轮机排气化学污染程度和氧化氮总含量,并且对燃气轮机排气可能对大气产生的热影响进行考虑,确保不会对周围的环境造成很大的影响。

(4)燃气轮机的可用性、可靠性和可维护性。作为机组的RAM性能,可用性、可靠性和可维护性能够反映燃气轮机的设计、制造和运行服务等综合质量。不同用途时各个性能指标的重要性有着很大的差别,连续基本负荷机组比较重视可用性,尖峰负荷机组比较重视启动可靠性,这就要求电厂对RAM性能本身及其影响因素进行掌握,特别重视燃料类型、运行模式、品质控制和维修实施等因素对RAM影响。

(5)电厂负荷的需求。电厂容量和地址的选择,受地理环境、地区电源规划和用户需求等的影响。一般而言,当电网拟用燃料和电源需求足够的前提下,电厂应优先选择大容量的联合循环机组,确保减少发电成本并减少初始投资。

(6)电厂的运行模式。受到电价、燃料价格、建设投资和电力负荷需求等因素的影响,电厂会选用不同的运行模式(即连续运行时间、负荷和启动次数),例如当天然气价格比较昂贵时,燃气轮机适合用于备用负荷和尖峰负荷;当电厂靠近气田产区时,燃气轮机适合用于基本负荷和中间负荷。这就意味着,电厂在选择燃气轮机时,必须考虑其承担的运行模式,确保给自己带来最大的效益。

2.2 余热锅炉的优化设计

作为联合循环发电机组的主要部分,余热锅炉是根据燃气轮机型号规范、厂址条件和用户需求,通过优化设计制造的主要设备。按照汽水循环方式,余热锅炉可分为以下3种:

(1)自然循环。自然循环锅炉的烟气水平流过垂直的管束,下降管向蒸发器管束中灌水,部分水在蒸发器管束中吸热转化为蒸汽,水和蒸汽的混合物经上升管进入锅筒,其优点是结构比较简单。

(2)直流锅炉。直流锅炉的给水在蒸发器中没有再循环,直接由省煤器进入蒸发器蒸发成饱和蒸汽后,进入到过热器进行过热。

(3)强制循环锅炉。强制循环锅炉的烟气是垂直流过水平管束,其优点是热惯性较小且占地面积少。

2.3 蒸汽系统的优化设计

作为提高联合循环机组性能的关键,蒸汽系统的优化设计至关重要,需要对系统流程和参数进行合理确定。按照系统压力、温度和流量蒸汽的要求,可将蒸汽系统的流程分为三压、三压再热循环、双压、双压再热和单压方案。在对蒸汽系统流程进行优化设计时,设计人员需要重点考虑与之匹配的燃气形式和参数以及用户的实际需求。

2.4 轴系配置的优化设计

按照轴系的配置,联合循环装置可分为多轴联合循环和单轴联合循环,其中多轴联合循环即燃气轮机和汽轮机分别拖动发电机运行,一般可以由一台或多台燃气轮机和一台蒸汽轮机组成;单轴联合循环即燃气轮机和汽轮机共同拖动一台发电机运行。联合循环轴系配置是决定机组效率和电厂结构的重要因素,对其进行优化设计重点要考虑如下因素:

(1)电厂建设的周期和投资。相较于多轴联合循环,单轴联合循环只需要一台发电机和相关的输变电设备,余热锅炉通常不需要加装旁通烟囱和挡板,设备造价较低,土建成本较小,同时建设周期比多轴联合循环短2～3个月。

(2)启动停机。多轴联合循环安装了旁路烟囱,这使内燃机在25 min就可以带满负荷,非常有利于机组调峰的实施,同时多轴联合循环可以依靠黑启动来提高电网的安全性。单轴系统采用静态变频启动装置时,需要有辅助蒸汽冷却低压缸和给轴封供汽来建立真空,且启动过程中不能较快的带满负荷,不能够对电网的电力负荷进行快速的反应,不利于机组的调峰。

(3)效率和功能。目前我国天然气价格较高,此时联合循环电厂的效率对于电厂的经济性至关重要。当承担的负荷不同时,单轴机组和多轴机组的效率有较大差异。当机组承担部分负荷时,单轴机组的燃机不能够带满负荷运行,这时会导致效率下降;多轴机组可以让一部分燃机保持较高的透平温度,而另一部分燃机停运,从而不影响联合循环的效率。此外,将3S离合器加装到单轴机组后,可以实现机组的快速启动,能够在较短的时间内带满负荷,因此目前已在大容量和高参数的联合循环机组中广泛应用。

3 结语

综上所述,要想使联合循环获得较高的效率,提高电厂的经济效益,就必须对燃机和蒸汽系统进行合理选择和设计。大型燃气轮机联合循环电厂的设计是一项复杂的系统工程,除了考虑经济效益外,还要考虑环境、建设周期等因素的影响,根据电厂的实际需求和投资情况等进行最优化的设计。

参考文献

[1]董卫国.联合循环中余热锅炉的选型考虑[A].2004年燃气轮机发电技术[C],2004

[2]何语平.大型天然气联合循环电厂对余热锅炉蒸汽系统的选择[J].中国电力,2004(2)

[3]焦树建.燃气一蒸汽联合循环[M].北京:机械工业出版社,2000

燃气轮机联合循环电厂 篇2

分子公司： 大唐国际发电股份有限公司

所在单位：浙江大唐国际绍兴江滨热电有限责任公司

岗位职务：

设备维护部主任助理

姓

名：

刘建生

申报类别及等级： 专业技术 类 基层企业级 申报专业名称：

燃气轮机

编号：

Ⅱ-10

电子档案制作时间： 2016 年月 20 日

一、个人基本情况

学历、学位证书：

专业技术资格高工证书（电力工程技术）：

专业技术资格中级证书（计算机水平考试）

技能鉴定技师证书：

集团公司职业资格证书：

河北省质量管理小组诊断师：

二、申报成果

（一）2014-2015 单项成果一：

1、成果摘要：集团公司2014-2015专业技术类C级112人才

2、证明材料：

单项成果二：

1、成果摘要：大唐国际发电股份有限公司安全生产专家库A级专家（2013年1月1日--公司2014年12月31日）

2、证明材料：

单项成果三：

1、成果摘要：浙江省省级综合类安全生产专家

2、证明材料：

单项成果四：

1、成果摘要：三菱M701F4燃机透平冷却系统优化方案的应用获中国电力建设企业协会科学技术成果二等奖

2、证明材料：

单项成果五：

1、成果摘要：《天然气电厂余热锅炉给水泵叶轮损坏原因分析与处理》发表于核心期刊《水泵技术》

2、证明材料：

单项成果六：

1、成果摘要：《天然气清洁品质对燃气发电机组的影响分析》发表于中国石油类核心期刊《天然气技术与经济》

2、证明材料：

单项成果七：

1、成果摘要：《浅谈燃气电厂余热锅炉受热面设计特点》获大唐国际优秀科技论文一等奖

2、证明材料：

单项成果八：

1、成果摘要：《天然气增压机后冷却器泄漏对策研究》获大唐国际优秀科技论文二等奖

2、证明材料：

单项成果九：

1、成果摘要：天然气发电厂埋地天然气管道泄漏测量装置实用新型专利证书

2、证明材料：

单项成果十：

1、成果摘要：循环水泵电机冷却水系统实用新型专利证书

2、证明材料：

单项成果十一：

1、成果摘要：余热锅炉充氮保养及控制系统实用新型专利证书

2、证明材料：

单项成果十二：

1、成果摘要：燃机压气机水洗系统实用新型专利

2、证明材料：

单项成果十三：

1、成果摘要：编写、修订绍兴江滨热电检修规程、技术标准、管理标准

燃气轮机联合循环电厂 篇3

【关键词】燃气-蒸汽联合循环;汽轮机;控制系统;调试

随着时代的发展科技的进步，动力工业也在飞速向前发展，燃气-蒸汽联合循环就是其中主要的发展方向之一。将燃气-蒸汽联合循环汽轮机应用到热电站后可以得到较高的热效率和良好的调峰性能，在我国乃至世界的热电厂中都得到了广泛的应用。最开始，我国是从发达国家引进一批燃气-蒸汽联合循环汽轮机组，后来也开始自主研发具备中国特色的专用机组，只在外国购买精密度过高的控制系统。北京草桥的热电厂应用的就是上海出产的蒸汽轮机，控制系统采用的是西门子集团生产的T3000系统，由数字电液控制系统DEH来控制。

一、DEH控制系统

（一）硬件配置

DEH控制系统的核心是西门子集团出品的T3000，其中有两对冗余处理器，分别是S7414以及FM458，用于切换双控制器，FM458可以控制处理超高速汽轮机，控制精度及分辨率都比较高;通信协议采用的是Profibus-DP，用于AS414和ET200M，此外还包括FM458和ADDFEM接口之间的通信;I/O则是采用专用的ADDFEM和通用ET200M;阀位控制卡采用的是ADDFEM，通过FM458控制处理，有一个专门应用于阀门控制的模块，接收来自DEH的信号指令，计算之后输送指令给ADDFEM卡，进而有效控制电液转换器。

（二）机组结构

汽轮机中的液压系统设置了两套独立的供油装置，分别为高中压和低压缸控制油系统。进气阀门有专用的执行机构控制，包括多个气阀、调节阀和执行机构，都可以接收来自DEH系统的阀位信号，控制开关。

（三）DEH系统

联合循环汽轮机组进行调峰和调频时由燃气轮机实现，负荷的具体变化根据排烟量和温度判定，属于被动。想要提升工作效率，汽轮机在保证正常运行的状态下，要全开进气阀门，不做任何调节，让锅炉中产生的所有蒸汽都进到汽轮机中，滑压运作。这时，联合循环机组中的汽轮机无法完成调频工作。

联合循环汽轮机组中的调门流量控制指令是由转速、压力、汽机启动限制、排气温度等装置控制的。该机组在控制的过程中采用先选控制器进行控制切换。例如：先选控制器输出指令后，若是转速指令，就判定成转速控制，若是压力指令，则判定成压力控制。汽轮机启动时需要转速控制器来控制完成，汽轮机的具体速度可以参照设定梯度和温度限定给出的数据确定转速。

二、调试问题探析

将DEH控制系统应用到热电厂中的联合循环汽轮机组中，需要进行调试，调试过程可以分成三个步骤：a）油动机的调试，各个硬件检测，电源检测，DPU、DEH参数设定，辅助系统检测，启动实验模拟;b）冲转启动，进行摩擦检测，进行电超速和阀门严密试验;c）带负荷并网，调节压力控制器的参数，进行阀门活动和甩负荷等试验。由于DEH系统刚刚应用到汽轮机厂中，调试过程中遇到了下列问题，下面我们分别进行探讨分析。

（一）ETS复位功能调节

汽轮机组中包含两套危急遮断系统回路，分别是软硬回路，其中硬回路的作用是进行超速保护以及盘前的打闸，通过控制阀门的快关功能令卡件断电，进而令阀门关闭。与传统的汽轮机组并不相同，上海的汽轮机组中没有挂闸的概念，只要AST阀带了电就判定为复位，而是在DEH给卡件复位带电后才能给阀门进行带电处理。实际应用中，机组想要进行复位操作，只有DEH电子间机柜上的两个复位按钮被同时按下才能完成卡件带电。程序控制复位失效，恢復时无法实现一键启动，会增加一定的操作。

进行多次静态试验以后，发现复位很难实现的原因就是硬回路中的电源卡件中的pass-out带来的影响，而pass-out出现问题是因为控制回路的指令发出顺序的问题。卡件内部只有在高电平状态下检测，才能在电源复位之后复位pass-out.

对上述问题分析讨论过后，可以修改组态，在复位卡件带电后，另加上三十秒的延时指令，随后在进行pass-out复位，可以有效避免卡件不带电时导致的复位失效现象。从而，开机状态下，汽轮机能够达成一键启动的基本要求。

（二）高排温度高跳机隐患

汽轮机组在调试的过程中，热态启动将速度定位在50.15Hz，并网之前，我们发现高排温度一直在不断上涨，甚至有好几次几乎要超过450摄氏度的极限值，测试机务人员及时进行干预处理以后，可以避免高温触发的跳机隐患。经过多次试验以后，发现导致高排温度持续上涨的原因就是高排汽差压过大。

根据热力学角度进行分析，我们可以对高排通风阀和逆止门进行开关时间顺序进行控制，优化控制处理逻辑，进而加大高排处的蒸汽流通量，有效避免温度的持续上涨，防止跳机现象的发生。

（三）X准则以及温度测点

汽轮机组的程序启动时，SGC的第20个步骤出现了问题，主要原因就是温度准则中的X4准则没有达成，进而等待时间拉长，蒸汽品质不达标，冲车无法快速完成。

DEH中的温度测点设计布置在疏水管道和阀门之间：当顺控操作执行到达此处时，阀门关闭，蒸汽通过疏水管道输出，进而蒸汽无法流动，温度比设计温度要低，X4准则也没有达成。

针对这个问题，我们可以将温度测点更改位置，布置在疏水管路前面或是结合叠加经验进行偏置处理，有效避免温度测量值不符合实际温度的问题，进而完成汽轮机的快速启动方式。

西门子集团生产的联合循环机组在启动过程中对于温度的限制相对较多，处了X准则还有高中压缸温差限制，缸排汽温度的限制，蒸汽进气管温差限制等等，有效保证机组的安全稳定运行。根据实际的启动试验证明，温度限制效果良好，但是机组中其他设备和控制系统的配合还需要进一步磨合处理，进而有效提升机组的运行安全和经济效益。

（四）阀门波动问题

与汽轮机中高中压阀门不同，低压侧的阀门是采用交流电源控制的，220V交流电源。进行切换试验的过程中，由于电源波动而产生的低压、补气调门发生的波动最大可以达到整个行程的16%，造成较为严重的不良影响。为了解决这个问题，我们可以尽量减小交流电的传输距离，或是直接将220V交流电源直接改为24V的直流供电，进而避免由于切换引发的阀门失电现象。

三、结语

燃气-蒸汽联合循环汽轮机拥有多个优点，排气量大、启动速度快、调峰性能好等等。虽然对比传统的汽轮机在实际应用中还存在着一些不足，我们可以在试运过程中逐一解决汽轮机运行中的各项问题，最终实现整个机组的安全运行。

参考文献

[1]张红侠，陈振山，高爱国.燃气-蒸汽联合循环机组中汽轮机DEH系统在调试中的问题及分析处理[J].华北电力技术，2013（07）：33-37.

[2]刘丹娜.M701F型燃气-蒸汽联合循环机组旁路控制系统调试中的问题及改进方法[J].广东电力，2008（11）：68-71.

燃气轮机联合循环电厂 篇4

现代工业生产, 往往造成对环境的污染。燃气轮机燃烧室的燃烧产物中的NOx直接参与化学烟雾的形成, 造成对环境的污染。因此应采取措施把燃气轮机NOX的排放量限制在符合环境所要求的水平。目前使用的控制NOx含量的方法, 主要有两种, 一是研制低污染燃烧室 (干法) , 另一种是往燃烧室中喷射水蒸汽 (湿法) 。当然燃烧室中燃烧区的温度超过1650°C时, 会有较多的氮氧化物生成, 排放后造成对环境的污染。往燃烧室中喷人适量蒸汽, 降低燃烧区的温度, 消除NOx的生成条件, 这是“湿法”控制NOx含量所依据的基本原理。[1]

由于电厂燃气轮机按P G6581B型改造后, 提高了机组燃烧室燃烧区的温度, 这使排气中氮氧化物 (NOx) 的含量增加。为减轻电厂烟气中污染物对环境空气环境的影响, 将对燃气轮机采用低氮燃烧技术控制燃烧温度, 以有效地控制NOx排放量。电厂采取往燃烧室里喷入适量蒸汽的方法, 降低燃烧室燃烧区的温度, 从而消除NOx的生成条件。蒸汽喷射系统就是为此目的而配置的, 喷入燃烧室的蒸汽量与喷入燃烧室的燃料量应满足预先规定的比例。

二、蒸汽喷射系统的设备构成及流程图

电厂使用G E公司喷射蒸汽降氮的方法和设备来降低氮氧化物排放的。

系统流程:蒸汽取至过热蒸汽母管, 经一级减温减压器、蒸汽回注控制阀及截止阀后, 通过燃烧室十支支管注入燃烧室。减温减压器的减温水来自锅炉给水母管;而蒸汽回注控制阀及截止阀控制进入燃烧室的蒸汽量与燃料量的比例。

图1是蒸汽喷射系统的管路图

绕着压气机壳体的环形母管喷到燃烧室火焰筒中去的。下面我们结合系统图来说明系统中各个设备的作用与功能:

1. 由马达定位的阀门, 用作隔离阀。位置开关33SJ-1用来指示阀门是打开还是关闭。

2. 减压阀V/R30, 限制蒸汽供给压力。

3. 压力变送器96P J测量蒸汽供给压力, 以供计算蒸汽流量和保护使用。

4. 带有两个压差变送器 (96S J-1,

-2) 的表管和孔板装置是测量蒸汽流量的主要设备。两个压力变送器是采用分区方式工作的, 96SJ-1监测低流量, 96SJ-2监测高流量。和采用一个变送器相比, 采用两个变送器在整个流量范围内提高了测量精度。

5. 热偶ST-SJ测量孔板后的蒸汽温度, 以供计算蒸汽流量和保护作用。

6. 截止阀, 它在电磁阀20S J-2带电

时, 靠加压空气打开。位置开关33SJ-2指示该阀门是打开还是关闭。

7. 当电磁阀20B S-1, -2带电时, 两只

凝结水排放阀靠压缩空气打开来排放凝结水。分别有两个位置开关 (33SB-1, -2) 用来指示这两只阀门的位置。

8. 蒸汽控制阀由一个电动—机械马达

执行机构来控制位置, 达到控制蒸汽喷射量的目的。执行机构接受来自控制盘得方向 (开或关) 信号和驱动脉冲信号。位置开关33CJ指示蒸汽控制阀是打开还是关闭。[2]

三、蒸汽喷射系统的投入与退出

A、系统投入

1、燃气轮机正常启动并网, 燃机负荷大于30%基本负荷。

2、锅炉、汽机正常启动运行。

3、减温加压器的投入:

3.1预热程序:将减温减压器的减压阀稍开 (约全程的5%) , 关闭减温减压器减温水进口处的截止阀, 全开减温减压器入口电动阀门, 全开减温减压器前电动疏水阀, 然后慢慢地打开主蒸汽至降氮系统的手动截止阀, 输入新蒸汽进行预热, 预热蒸汽压力应在0.02-0.05Mpa之间, 预热时间大于30分钟.

3.2试运行:预热结束后, 打开减温水进口截止阀, 并逐渐开启手动截止阀, 按每分钟升高0.1-0.15Mpa速度逐渐升压, 同时手动操作减压阀和给水分配阀, 使蒸汽的压力和温度达到使用要求 (温度及压力须GE确认) 。在升压过程中, 当压力升到额定压力的50%时, 用手动使安全阀起跳。检查安全阀的启闭是否灵敏, 同时检查安全阀排放管路情况, 确认后按规定定好安全阀的开启压力。打开疏水阀, 排除冷凝水。通过调整, 使蒸汽参数达到规定值。

4、检查系统有无泄漏、振动、疏水管线是否正常。

5、把减温减压器投入在自动位置, 必要时进行手动调节。

6、在P L C上投入蒸汽喷射系统自动, 进入MARKVI控制程序。

B、系统在下列情况应退出:

1、巡视检查系统存在严重泄露时, 停止系统运行。

2、系统存在严重水击的情况下, 停止系统运行。

3、仪表风存在严重泄露时, 停止系统运行。

4、水处理制水系统严重不足时, 已经危机机组安全运行时, 停止系统运行。

5、如因蒸汽喷射系统投入, 导致燃机排气幅差温度接近或达到报警时, 停止系统运行。

C、系统退出:

1、关闭主蒸汽至降氮系统手动截止门。

2、P L C盘面停运蒸汽喷射、减温减压系统运行。

3、打开系统疏水阀。

4、检查疏水、系统正常后, 关闭阀门。

四、结论

针对NOx生成机理, 采取向燃烧室注入少量蒸汽以降低燃烧区温度的措施, 对单循环燃气轮机会有1.8%的热耗率损失;但在某些情况下 (尖峰场合) , 利用蒸汽喷注出力会增加3%, 其经济性还是很有吸引力的。此外, 用此方法降低氮氧化物的排放, 会引起频繁的燃烧检查和设备寿命缩短。

摘要：应用天然气燃料燃气/蒸汽联合循环发电的优点是发电效率高和最低的环境污染排放。燃气轮机具有优良的燃烧特性, 控制低污染排放技术水平不断提高。随着氮氧化物排放污染的日趋严重, 国家将于“十二五”期间加大对氮氧化物排放的控制力度。该文主要介绍燃气蒸汽联合循环蒸汽喷射系统的使用情况。

关键词：燃气蒸汽联合循环,降氮系统,吹扫,操作

参考文献

[1]杨顺虎.燃气——蒸汽联合循环发电设备及运行.第一版.北京:中国电力出版社, 2003:82-84[1]杨顺虎.燃气——蒸汽联合循环发电设备及运行.第一版.北京:中国电力出版社, 2003:82-84

燃气轮机联合循环电厂 篇5

关键词：优化；节能；TCA系统

1 水冷式TCA系统的简易流程

三菱M701F4燃气-蒸汽联合循环机组，燃气轮机透平转子冷却空气系统（TCA系统）采用水冷式系统。该系统通过管壳式空气冷却器的换热功能，利用余热锅炉高压给水系统的水来冷却燃气轮机压气机出口的空气，吸收了热量的水直接进入高压汽包。由于热量在整个循环过程中基本上没有损耗，因此大大提高了整个联合循环的效率。水冷式TCA系统的简易流程图如图1：

从图1可看出，TCA出口给水进入余热鍋炉高压汽包，因此TCA出口的温度需接近高压汽包内蒸汽饱和温度。另外，由于TCA水侧出口水温高，容易在TCA出口管道中发生汽化，损坏管道和阀门，威胁TCA设备安全和机组的安全稳定运行。为了避免汽化，需将TCA水侧出口管道的给水压力稳定在TCA出口水温度高15℃的温度所对应的饱和压力以上。

2 水冷式TCA系统优化方案

根据东方现有执行项目的情况，为了保证管道和设备在机组的各种运行工况下都不发生汽化，通常需将高压给水泵的出口压力稳定在16.5MPa左右。目前，国内电厂为了有效降低机组在启动、停机以及部分负荷时的能耗，通常会考虑将锅炉给水泵配置为变频泵或者液力耦合型式的给水泵。但是，采用水冷式TCA系统后，为了避免TCA水侧出口管道以及后端设备发生汽蚀，在部分负荷时也需要维持较高的给水压力，因此，采用变频给水泵的变频范围缩小，基本无法采用变频设备。为了解决以上问题，结合各项目的需求和想法，现对该系统提出了以下一些优化方案：

2.1 改变TCA换热器的设计，保证TCA气侧出口的设计温度不变，仅降低TCA水侧出口的设计温度（暂按降低10℃计算）。降低TCA出口给水温度后，防止TCA内给水汽化的最小给水压力也随之下降，压力为14.1MPa。但是采用该方案后，余热锅炉高压汽包的接近点温差也会随之增加。为了保证余热锅炉的产汽量不发生变化，需要增加其换热面积，约为1万平方米。同时，为了避免由于换热面积增加导致烟气阻力的增加，余热锅炉需要在高度方向上增加。这样设计以后，将使得余热锅炉的成本大大增加，约为250万元。另外，采用该方案后，TCA的冷却面积会发生明显变化，高压给水流量也会增加，功耗降低约150KW。东方需与TCA冷却器的制造商进行相应的技术配合，对各种工况进行核算，以便确认采用上述方案后TCA冷却器是否能够在各种工况下都能安全稳定的运行。

2.2 TCA冷却器的设计不变，仅增加冷却水流量。采用这种方案，机组运行时，TCA冷却器的冷却水流量增加，确实可以降低TCA冷却器的出口水温，使得给水泵的压力降低。但同时也会降低TCA冷却器出口的空气温度。燃机转子冷却空气的温度对转子间隙等运行参数起着至关重要的作用。根据计算发现，冷却空气温度降低后，会导致燃机的功率和效率下降。机组在部分负荷情况下，采用该方案后机组出力和给水泵耗电情况的初步的计算结果：75%负荷时，给水泵耗电减少300kW，燃机出力下降700kW；50%负荷时，给水泵耗电减少290kW，燃机出力下降650kW。

2.3 单独设置TCA给水泵。采用分泵方案后，给水泵系统的整体效率会有所下降。以下是按照TCA冷却器出口给水压力16.0MPa.，考虑分泵方案，高压主给水泵和TCA给水泵的流量和效率为别为：270t/h，80%和50t/h，65%。采用分泵方案后，TCA给水泵的效率较低，其主要原因是由于其流量小、压力高，无合适的设备选型，需要增加齿轮箱进行增速以满足参数要求所致。另外一方面，分泵方案的节能效果还与主蒸汽压力的高低有很大关系，详细的数据分析见下表1：

从表1可以看出：当高压主蒸汽压力较高时，机组100%负荷运行时，分泵方案中高压给水泵扬程降低所节省的能量小于给水泵效率下降所增加的能耗。高压主蒸汽压力较低时，机组100%负荷运行时，分泵方案中高压给水泵扬程降低所节省的能量大于给水泵效率下降所增加的能耗。

单独配置TCA给水泵后还需要为其配套相应的管道、阀门等一系列设备，不仅会使投资成本和占地面积增加，同时会使得TCA系统的控制等方面变得更加复杂，大大增加了设备维护的成本和工作量。

2.4 低负荷下用TCA温度闭环控制TCA冷却水量。该方案利用实际的TCA出口水温作为输入信号去计算水侧饱和压力，根据计算所得对给水泵的频率进行相应地调节。采用该方案后，整个系统的控制比较复杂。同时由于TCS对冷却水调节阀的控制和DCS对高压给水泵变频的控制，两个控制信号会对冷却水量调节产生相互影响，导致TCA气侧出口温度无法稳定，从而影响整个机组的安全可靠运行。

3 结束语

燃气蒸汽联合循环机组配置浅析 篇6

关键词：联合循环机组,配置,发电机

近些年来, 我国经济获得了快速的发展, 人们的生活水平有了显著的提高, 但是与此同时也带来了一些问题, 其中能源问题就是制约我国乃至世界经济发展的重要因素。为了解决世界经济发展中的能源问题, 世界各国各显神通, 想方设法进行能源的节约或者再次利用。燃气蒸汽联合循环机组就是实现能源综合利用的设备, 对于现代社会生产和能源的综合利用有着十分重要的价值与意义。本文探讨的主要内容就是燃气蒸汽联合循环机组的硬件配置问题, 以此来促进我国燃气蒸汽联合循环机组硬件配置研究工作的进一步发展。

1 燃气蒸汽联合循环机组概述

燃气发电机在我国起步较早, 但是其发展速度十分缓慢, 并没有实现技术的突破。早期的发电机组大多是容积相对较小的燃机, 对于现代经济发展理念显然是不相适应的。到上世纪90年代燃气蒸汽联合循环机组才逐渐出现并开始发展。现阶段我国生产和使用的燃气蒸汽联合循环机组都是单轴联合循环机组, 这些机组的主要特点是在实际的工作过程之中需要燃用重油, 国内使用天然气作为燃料的机组尚属少数, 规模相对也较小, 仍然不能满足我国现代经济社会对于设备的需求。

2 燃气蒸汽联合循环机组配置型式

燃气蒸汽联合循环机组是一种先进的节能机组, 可以更好的促进能源的综合利用, 解决现代社会对于能源的需求, 不断的满足经济社会的发展。燃气蒸汽联合循环机组在实际的安装设计过程之中, 经常面临的问题就是机组的配置问题, 这是燃气蒸汽联合循环机组的核心环节, 对于燃气蒸汽联合循环机组的正常工作有着十分重要的价值。

燃气蒸汽联合循环机组的设备配置很多, 其中较为主要的设备配置有:燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机、发电机、电气设备、控制设备及其配套设施。为了进一步的针对燃气蒸汽联合循环机组进行研究, 并对其设备配置进行相关的分析, 我们在实际的操作过程之中将燃气蒸汽联合循环机组按照轴系进行了布置与分类, 具体可以分为单轴和多轴联合循环燃气蒸汽联合循环机组。这是燃气蒸汽联合循环机组最为常用的分类方式, 也是燃气蒸汽联合循环机组最为科学的分类方式。本文就针对这两种循环机组的硬件配置问题进行系统的论述:

(1) 单轴燃气蒸汽联合循环机组单轴燃气蒸汽联合循环机组的硬件配置相对较为简单, 主要是由燃气轮机、发电机组、余热锅炉以及蒸汽轮机组成, 这些设备与蒸汽轮机进行同轴传动, 以此来带动发电机进行工作。该循环机组之所以称之为单轴燃气蒸汽联合循环机组就是因为这种循环机组在实际的工作过程之中只依靠一个轴带动发电机进行工作。单轴燃气蒸汽联合循环机组的结构较为简单, 出现的时间较早, 但是其机组效率仍然存在一定的不足, 无法实现能源的进一步节约, 因此, 现阶段单轴燃气蒸汽联合循环机组正在被更为先进的循环机组所替代。

(2) 多轴燃气蒸汽联合循环机组多轴燃气蒸汽联合循环机组主要是指燃气轮机和蒸汽轮机分别带动各自发电机的联合循环。这种燃气蒸汽联合循环机组的主要优势是可以实现多个发电机的联合循环, 通过这种方式可以促进能源的进一步利用, 提高燃气蒸汽联合循环机组的机械效率, 这是现代社会节能理念的集中体现, 也是现代社会发展之中十分重视的方面。多轴燃气蒸汽联合循环机组根据其所配备的燃气轮机数量可以进行具体的分类, 一般都“1拖1”、“2拖1”、“3拖1”“4拖1”等, 这种燃气蒸汽联合循环机组总称为“X拖1”。多轴燃气蒸汽联合循环机组的设备配置主要有X台余热锅炉、X台燃气轮机发电机组以及一台相应容量的汽轮发电机组组成。在实际的设计与机组配置选型过程之中, 考虑到机组运行与管理的简化, 一般不提倡采用4台及以上燃气轮机配1台汽轮发电机组的联合循环。“3拖1”多轴燃气蒸汽联合循环机组机组配置中, 对各设备匹配性要求较高, 设备及管道布置复杂, 建设及运行成本较高;处于机组及电网运行安全性和经济性的考量, 在装机规模拟定阶段, 需要分析评价的运行工况要远远多于“2拖1”和“1拖1”, 同时机组启停流程和联锁控制也相对复杂, 因此“3拖1”多轴燃气蒸汽联合循环机组在已投运的燃机电厂中并不常见。在实际的燃机电厂装机规模拟定阶段, 可将“2拖1”和“1拖1”作为一个独立单元进行热平衡和经济分析, 并联多个单元即可实现较大的装机容量, 大大简化了设计、采购、施工和运行流程, 提高了效率的同时实现了机组配置的模块化、标准化, 因此本文推荐“2拖1”和“1拖1”的多轴燃气蒸汽联合循环机组作为首选的单元机组配置。

3 结束语

燃气蒸汽联合循环机组的配置对于整个机组的正常工作与安全经济运行有着十分重要的价值与意义。在进行燃气蒸汽联合循环机组的设计过程之中必须充分的重视联合循环机组的配置问题, 只有科学的机组配置才能实现燃气蒸汽联合循环机组稳定、经济、安全、可靠的运行。

参考文献

[1]刘伟, 袁益超, 刘聿拯.燃气-蒸汽联合循环余热锅炉及其影响因素分析[J].电站系统工程, 2012 (02) :5-8.

燃气轮机联合循环电厂 篇7

关键词：燃气,蒸汽,循环机组,研究

通常情况下, 燃气—蒸汽联合循环机组由燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机三大部分构成, 而目前最常见的燃气蒸汽联合循环机组是无补燃的余热锅炉型, 在该系统中, 燃气轮机处于主动的地位, 余热锅炉则伴随燃气轮机的转动而运动。同时, 蒸汽轮机通常为尽可能地利用燃气余热, 一般运行方式采取滑压式。本文通过对型号为GEMS7001EA的燃气蒸汽联合循环机组的非线性状态空间方程加以分析, 从动能与热能之间的互相转化及其控制等方面对建立燃气蒸汽联合循环机组模型进行研究。

1 联合循环机组燃气轮机的控制系统

一般来说, 联合循环机组燃气轮机控制系统主要包括转速及负荷控制、转子角加速度控制、透平温度控制和压气机入口导叶控制四大控制系统组成。

转速及负荷控制系统。作为燃气轮机最基本的控制系统, 负荷/转速控制系统是指为方便对负荷加以调节, 其转速控制在发电机并网运行时为有差控制, 并且这时的转速控制器保持10~50之间的增益值和2%~10%的不等率。此外, 在燃机轮机实现并网运行的过程中, 为了调整其负荷, 通常首先对其转速基准进行调整, 使其与实际转速之间产生一定量的差值, 以便令输出燃料的基准值得到改变, 最终实现负荷得以调整的效果。当转速不等率去4%时, 利用W/ (Y+Z) 这一传递函数, 可得W=1/转速不等率=25;其中Y=0.0 5.Z=1。

转子角加度速度控制系统。加速度控制系统是指为保证燃气轮机的机组安全, 因此在遇到某些特殊情况时, 如燃气轮机起动过程的起动加速率受到限制或者突然出现甩负荷抑制动态超速的现象, 为使得热部件的热冲击减少, 而对转子的角加速度加以限制, 使其低于系统所给定的值。其具体过程是, 首先将速度信号进行微分, 得出实际的加速度, 接着, 用这个加速度与额定加速度相比较, 再将两者的偏差输入积分调节器内, 利用公式G (S) =100/S, 最后加以积分得到加速度燃料基准[1]。

透平温度控制系统。温度控制系统是指为防止透平的进口叶片产生损害, 因此对透平的进口温度T3加以限制。而在实际的温度控制系统操作过程中, 温控系统首先通过控制排气温度TX来达到控制T3的效果, 并且该系统相当于一个比例积分调节器, 其计算公式为:

当所测到的排气温度 (TX) 比温度基准 (Tr) 高时, 温度控制系统将会不断调节控制燃料基准, 使排气温度持续降低, 直至TX小于温度基准方可[2]。

压气机入口的导叶控制系统。一般来说, 压气机入口的导叶控制系统, 其主要作用是使燃气轮机排气温度的变化能够遵循一个既定的规范, 并且保证排气温度能够符合余热锅炉的设计进气温度的要求。通常, 当燃气轮机携带部分负荷时, 为降低空/燃比的上升率, 以便使控制系统所获得的排气温度达到最大, 一般会将压气机入口导叶在可调操作范围之内尽量关小, 以便使压入机的空气流量降低。其中压气机入口导叶控制系统的比例积分公式为:

该控制系统以实际排气温度值和排气温度基准值作为输入参数, 并将两者的差值加以积分, 直至两者的差值为零时方可。并且在对压气机入口导叶进行调节时, 需要对其调节范围采用一限制器加以限制, 而不允许将入口导叶全部关闭[3]。

2 燃气蒸汽联合循环机组模型

作为联合循环机组电站的核心组成部分, 燃气轮机主要包括燃烧室与燃料供给执行机构模块、排气流量计算模块、排气温度计算模块、转子模块四大模块类型。首先, 燃烧室与燃料供给执行机构模块的微分方程模型表示为:

式中:uf为燃气轮机内的燃料控制信号;n为燃气轮机的转速信号;α1为控制燃料压力的速比阀输出信号。其中, 0.15≤uf (t) ≤1.0。

其次, 转子模块的微分方程模型为:

式中:αIGV为压气机入口导叶角度µIGV为压气机入口导叶控制器的控制信号。

再次, 排气温度计算模块的微分方程为:

式中:TX为透平的实际温度;1η为温度场的输出信号。此外, 额定排温Tr的值一般设定为538℃。

最后, 转子模块的微分方程为:

式中:γ为燃烧室到透平之间容积效应的输出信号;ωf为燃料流量信号。

联合循环机组的余热锅炉模块及蒸汽轮机模块。文中将典型的无补燃锅炉用作余热锅炉, 该锅炉遵循能量守恒定律和热力学三大定律。若假设在工况范围内余热锅炉的热效率为70%并保持不变, 同时保持由水吸收热量最终转化成2500k J/kg的蒸汽焓升一定, 则余热锅炉产生的蒸汽量主要决定因素便只有燃气轮机排气的温度及其流量。其中, 余热锅炉的动态特性可由公式 (7) 来加以表示:

由于该无补燃的锅炉汽轮机在整个电站中输出功率比例较小, 因此可以将蒸汽压力的变化忽略不计, 这时得到蒸汽流量与发电功率之间的关系如图1所示。

其中TR与TS分别代表再热器和高压透平的时间常数;C表示在整个蒸汽轮机功率中高压透平功率所占的百分比[4]。

3 燃气蒸汽联合循环机组模型建立研究

通过运用现代科技, 将GEMS7001EA型燃气蒸汽联合循环机组的控制系统模型置入Simulink/Matlab软件之中, 利用仿真技术对其加以研究, 从而对参数及模型的有效性进行验证。

鉴于燃气轮机要实现并网发电时, 需要让其转速与电网的频率变化基本保持一致。然而由于在正常情况下电网频率的变动以及单个机组转速的变动均微乎其微因此, 可以将转速的变动给整个电网频率所带来的影响, 在进行一次调频的过程中忽略不计。故而, 在建立燃气轮机控制系统模型时, 可以初步认为燃气轮机的转速保持一个恒定的值。此时, 为了是机组功率实现误差调节, 并且完成并网发现的目标, 燃气轮机的转速需要采取有差转速控制系统。此外, 为了保证机组能够一次调频成功, 还可通过调节转速基准, 将机组转速控制系统的给定值适当增大, 以便使得该机组的功率相应增加。其中转速基准是负荷指令的前馈环节, 它在燃气机组并网之后通过改变汽轮机出力的升降来达到调节机组转速控制系统给定值的效果。并且通过转速基准调节的出力伴随转速基准的增加而上升[5]。

4 结语

通过在Matlab/Simulink仿真软件环境下对GEMS7001EA型燃气轮机的控制系统模型加以研究分析, 使系统能够真实再现燃气蒸汽联合循环机组电站升降符合等工作原理, 得出其转速能够基本与额定值保持一致, 且负荷的输出相应比较迅速, 由此证明燃气轮机可以实现一次调频, 并且说明能够用来对实际燃气蒸汽联合循环机组进行研究。

参考文献

[1]李麟章.大型单轴燃气-蒸汽联合循环机组控制系统及其特点[J].电力系统自动化, 2006, 30 (18) :99-102.

[2]周云海, 沈广, 危雪, 等.燃气联合循环机组作为黑启动电源的可行性及其仿真[J].电力系统自动化, 2008, 32 (14) :99-103.

[3]徐清.燃气-蒸汽联合循环机组整体性能保证方式探讨[J].中国电机工程学报, 2007, 27 (z1) :70-74.

[4]李方吉, 邓旭东.大型燃气-蒸汽联合循环机组维修策略[J].热力发电, 2009, 38 (9) :89-91.

燃气轮机联合循环电厂 篇8

1汽轮机旁路系统简介

汽轮机旁路控制系统是汽轮机蒸汽系统的重要组成部分, 它分为高压蒸汽旁路系统、低压蒸汽旁路系统和启动蒸汽旁路系统。

CCPP机组余热锅炉产出的蒸汽经过再热器后分为高压蒸汽和低压蒸汽2种。高压蒸汽从余热锅炉高压过热器出口至汽轮机高压主汽门;低压蒸汽管从余热锅炉低压过热器出口至汽轮机低压主汽门;由外部送来的供CCPP启动用蒸汽连接到高压主蒸汽管。旁路系统原理图如图1所示。

1—启动蒸汽压力调节阀2—启动蒸汽温度调节阀3—高压蒸汽控制阀4—高压蒸汽调节阀5—低压蒸汽控制阀6—低压蒸汽调节阀7—高压旁路蒸汽压力调节阀8—高压旁路蒸汽温度调节阀9—低压旁路蒸汽压力调节阀10—低压旁路温度调节阀11、12—减温减压器ST—蒸汽轮机

高压蒸汽、低压蒸汽及启动蒸汽系统各配备100%蒸汽旁路系统, 目的是在机组启机、停机、事故停机时, 将余热锅炉所产蒸汽以及启动蒸汽直接送到凝汽器。机组启动前, 旁路系统首先将不符合汽轮机进汽温度、压力参数要求的蒸汽排入凝汽器, 尽快使余热锅炉出口的蒸汽温度、压力和汽轮机进汽温度、压力要求相匹配, 从而缩短启动时间, 减少工质损失和启动费用。

在机组正常运行时, 维持再热管道内的蒸汽压力, 当压力过高 (大于6.5 MPa) 时, 打开旁路阀, 使蒸汽压力降低。

在事故状态下, 即汽轮机跳闸、发电机甩负荷时, 旁路系统将再热管道的蒸汽排入凝汽器, 使余热锅炉出口蒸汽压力平稳下降, 从而有效地保护汽轮机。

当余热锅炉汽压过高时, 开启旁路系统, 减少对空放散, 不仅可以避免余热锅炉超压运行, 而且可以回收工质和热量。

燃气轮机从点火至汽轮机启动完成前, 旁路系统可以对再加热器加热回收热量, 提高热效率。

2包钢CCPP蒸汽旁路系统控制方式

燃气轮机启停阶段的控制采用最小压力控制模式, 目的是保证主汽阀前的蒸汽压力大于最小压力设定值。启动时, 高压旁路阀、低压旁路阀的最小压力设定都是燃气轮机功率负荷的函数。最小压力设定值的初始值是个常数。在本机组中, 常数为3.5。

汽轮机主蒸汽调节阀的顺序控制打开→蒸汽开始进入汽轮机→汽轮机旁路阀达到全关位置, 在这种模式下, 为了避免主蒸汽压力增长过快, 旁路阀压力设定为“实际压力+α”, 如果蒸汽压力超过备用压力的设定值, 汽轮机旁路阀将自动打开, 部分蒸汽经汽轮机旁路管道排入凝汽器。

实际跟踪压力控制的目的, 就是防止余热锅炉出口的蒸汽压力突增。因此, 这种控制模式一是用于燃气轮机启机时, 即从燃气轮机点火至高低压蒸汽压力达到相应的设定值, 控制余热锅炉的出口压力;二是用于燃气轮机停机时, 压力控制从备用压力控制模式转换为最小压力控制模式。

3高压、低压旁路压力系统控制逻辑和运行过程

余热锅炉启动前, 蒸汽旁路系统各阀门都处于关闭状态, 余热锅炉启动后, 因其产生的蒸汽压力和温度不符合汽轮机进汽条件, 利用外网启动蒸汽, 对汽轮机启动冲转, 盘车至600 r/min, 开始升热值, 热值至5 250 k J/Nm3稳定后, 燃气轮机点火起机, 随着工质和热量的回收, 高压蒸汽压力逐渐升高, 当高压蒸汽压力升高到0.68 MPa时, 高压旁路阀门打开10%。从燃气轮机点火到高压旁路阀开度小于最小开度10%之前, 主蒸汽控制模式一直是实际压力跟踪模式。这样旁路阀保持最小开度, 高压蒸汽通过旁路系统、再热器循环流动升温升压。旁路阀开度大于10%之后, 旁路控制系统由实际压力跟踪模式自动转换为最小压力控制模式。主蒸汽压力随着压力设定值以预设的升速率增加。如果压力设定值太大, 易产生水击事件, 压力设定值太小, 则启动时间延长, 同时主蒸汽压力上升速度也受到压力设定值升速率的限制。随着压力设定值的不断增加, 主蒸汽压力也逐渐升高, 高压旁路阀也逐渐打开, 最后达到最大开度 (50%) 。之后, 为继续提高主蒸汽压力, 旁路减压阀关闭, 使主蒸汽压力按预设的速率向目标压力 (3.5 MPa) 爬升挺进。

当汽轮机的转速升到3 000 r/min→并网带5%的负荷→蒸汽切换, 高压蒸汽旁路阀仍将在最小压力控制模式。整个过程高压蒸汽旁路阀起调节主蒸汽压力的作用。若主蒸汽压力大于压力设定值, 高压蒸汽旁路阀开启;若主蒸汽压力小于压力设定值, 高压蒸汽旁路阀关闭。高压蒸汽旁路压力控制原理图如图2所示。

当余热锅炉产生的蒸汽压力满足汽轮机进汽条件后, 高压主蒸汽入口阀打开, 高压主蒸汽调节阀开始以预设速度开启。随着汽轮机做功耗汽量的增加, 高压蒸汽旁路阀逐渐关闭, 当机组负荷大于50%, 高压蒸汽旁路阀全关闭, 高压主蒸汽调节阀全开。此时, 主蒸汽压力控制转换为备用压力控制模式。主蒸汽压力设定值自动跟踪主蒸汽压力实际值, 并且主蒸汽压力的升速率小于压力设定值的升速率限定值 (压力设定值为实际主蒸汽压力加上一个可调偏置值, 本机组偏置值设为0.5 MPa) 。保证旁路阀在关闭状态。只要实际压力超过压力设定值时, 旁路阀开启。

在实际运行中, 如果余热锅炉出口蒸汽压力有扰动而发生变化, 则旁路阀瞬时打开, 压力设定值大于实际值时再度关闭。旁路阀只要打开时, 备用压力控制模式立即转为最小压力控制模式。

同时由图3可知, f5 (x) 是余热锅炉蒸汽流量的函数, 当汽轮机甩负荷时, 这一函数使旁路阀开度指令PID发出强开指令, 强制汽轮机快速打开, 以保证余热锅炉汽包水位、汽包压力的稳定。

停机阶段, 负荷降到50%时, 低压主蒸汽调节阀逐渐关到冷却位置 (约30%开度) , 以确保低压缸冷却蒸汽供应。低压蒸汽旁路阀以最小压力控制模式调节低压主蒸汽压力。低压主蒸汽调节阀关到冷却位置后, 高压主蒸汽调节阀全关。与此同时, 汽轮机高压主蒸汽控制模式从备用压力控制模式转换最小压力控制模式。

联合循环机组的出力由燃气轮机和余热锅炉2部分组成。燃气轮机的高温排气作为余热锅炉的热源, 去加热高低压汽包中的除盐水, 产生一定压力和温度的蒸汽, 余热锅炉出来的蒸汽经过过热器后, 分为两路:一路通往汽轮机高低压缸, 另一路经旁路系统通往凝汽器。旁路调节阀和主蒸汽调节阀是控制汽包压力的主要手段。由于联合循环机组汽包容量小, 主蒸汽压力波动较大, 旁路控制质量必然影响汽包水位的稳定性。如果旁路调节阀在燃气轮机暖机、停机或低负荷时, 开度变化较大, 汽包虚假水位很容易产生跳机事件。旁路控制参数的设定, 也决定了机组启动时间的长短, 关系着机组的优化运行。

4结语

包钢燃气蒸汽联合循环机组应用蒸汽旁路系统, 可以快速提升余热锅炉蒸汽参数, 较好地匹配汽轮机进汽条件, 来满足汽轮机运行中各种功能的要求。通过近2年的运行, CCPP机组年利用高炉煤气约19.5亿m3, 焦炉煤气1.5亿m3, 为改善当地大气环境起到了积极的作用, 也为包钢创造了可观的经济效益。

参考文献

[1]杨顺虎.燃气-蒸汽联合循环发电设备及运行[M].北京:中国电力出版社, 2003

[2]焦树建.燃气-蒸汽联合循环[M].北京:机械工业出版社, 2004

[3]郑体宽.热力发电厂[M].北京:水利电力出版社, 1991

燃气轮机联合循环电厂 篇9

天然气热电联产建设具有环保优势,符合国家产业政策,燃气机组运行调节灵活,技术、经济先进合理,是当前建设周期短,占地面积小、自动化程度高的发电设备,在当前电力行业具有广泛发展前景。燃气电厂主机设备应选择先进、成熟的燃气轮机及配套设备,引进国外先进技术,提高设备的自主化比例和水平,同时考虑设备的技术和价格优势。

2 当前联合循环主机介绍

2.1 燃气轮机产品

“9F级”燃气轮机是250 MW级燃气轮机的通称,目前单机容量为已超过300 MW,燃烧室出口燃气温度已达到1 400℃,效率为36.9%~38.5%,组成联合循环的效率可达56%~59%。以GE公司F级、西门子V94.3、日本三菱M701F和ALSTOM公司GT26为代表[1],是发电市场上技术成熟、运行业绩多的大容量发电用动力设备。

哈动集团引进GE的PG9351FA燃机(见图1)采用分管式燃烧室[2],对燃料的适应性好,采用冷端驱动,燃机采用冲动式叶片,叶片级数3级,采用双轴承多拉杆连接转子。可针对特定的燃料在实验室进行全温、全压、全流量的调试试验,可靠性和可用率高是GE燃机的特点。

上海电气引进SIMENS的V94.3A燃机(见图2)采用环型的燃烧室,这种型式的燃烧室比较适合烧天然气,燃机叶片级数为4级。该公司将压气机的级间空气通过转子中间的通道引入透平轮盘和一、二、三级动叶作冷却空气用以提高燃机的效率等。

东方电气引进三菱公司的701F燃机(见图3)的最大特点是在它透平材料的选择和使用上,该公司将其首次开发成功的高蠕变材料MGA1400,MGA2400应用在其F系列燃机上,使其燃机透平的进口温度达到1 400℃。三菱公司的M701F4型燃机应用了M701G型机的第4级透平静叶,提高了进气流量。

ALSTOM的GT26燃机(见图4)特点是采用了再热式顺序燃烧系统及高压比的压气机,运行方面具有宽高效变负荷区的优点,有利于燃机电厂调峰运行。

2.2 余热锅炉

对于F级联合循环纯发电机组,燃气轮机排气温度高,且排气流量大,为追求高效率,优化的热力系统采用蒸汽多压化和利用再热技术,相应地采用三压再热余热锅炉是合理和经济的。

余热锅炉有立式、卧式布置两种,立式余热锅炉配有循环泵,启动速度较快,占地相对较少,但耗钢量大;卧式布置的余热锅炉启动速度相对较慢,设备的布置和安装较为简易。

2.3 蒸汽轮机

联合循环发电用的蒸汽轮机与一般的火力发电装置用的蒸汽轮机相比,在原理上是相同的,联合循环用蒸汽轮机具有以下特点:a)全滑压透平:最大限度有效地利用燃气轮机的排气能量,汽机为全周进汽,蒸汽调节阀处于全开状态;b)无回热抽汽:联合循环用的汽轮机不设置给水加热器,这是因为当给水温度升高时,余热锅炉的排烟温度会随之升高,余热回收效率下降,热效率得不到提高;c)为防止在快速启动时膨胀不均引起部件之间的摩擦,动静部件间隙较大。

3 燃机联合循环机组配置方案

燃气-蒸汽联合循环发电机组一般采用以下两种配置方式:单轴和多轴配置。

3.1 单轴配置

单轴配置是指燃气轮机、汽轮机以及余热锅炉同轴布置,共用1个发电机。一拖一单轴方案的优点在于:a)燃气轮机和蒸汽轮机共用1台发电机及其配电系统,节省设备投资费用;b)独立主厂房,厂房内设备布置紧凑,电厂建设时可单套进行,互不干扰;c)单元机组,系统相对简单独立,运行控制方便。一拖一单轴方案的缺点在于:a)蒸汽轮机故障检修时,燃机余热锅炉不能独立运行来保证供热;b)动力岛纵向尺寸较大,主厂房跨度大。

3.2 多轴配置

多轴配置指的是1台以上的燃气轮机和余热锅炉与1台汽轮机联合配置。每台燃气轮机和汽轮机均配有相互独立的发电机。多轴方案的优点在于:a)蒸汽轮机故障检修时,燃机余热锅炉仍可以独立运行以保证供热,提高了供热的可靠性;b)运行灵活,系统调节增减负荷的能力强;c)燃机启停不受汽轮机启动的影响,启动速度快;d)动力岛纵向尺寸较小,主厂房跨度小。多轴方案的缺点在于:a)机组需要配置2台发电机及其配电系统,设备投资较大;b)动力岛横向尺寸较大,不利于布置。

4 对外供热机组的配置

根据联合循环机组供热参数差异,供热抽汽位置不同。不同制造厂对从低温再热蒸汽管道最大的抽汽量有不同的要求,抽汽点和供热方案的选择应结合燃机、汽机和余热锅炉制造厂相关数据最终确定。

由于联合循环机组多为调峰机组,为保证供热的连续性和稳定性,联合循环机组投运小时以外的热负荷考虑由燃气锅炉供给。

5 结语

随着国内燃机项目的蓬勃发展和天然气气源的不断增加,沿海工业、民用电量的不断增加,先进、经济、环保燃气发电技术和设备的引进,为燃气发电开创了1个崭新的局面。本文对燃气-蒸汽联合循环主机技术、设备选型及设备性能特点进行了简要的介绍,为国内燃气电厂大容量燃气轮机、余热锅炉及汽轮机主机设备的选择提供了参考。

摘要：燃气-蒸汽联合循环机组是目前高效、环保的发电设备之一,机组启动灵活、占用空间小,特别适合在城市近郊进行建设,用于城市供电和供热,对当前大容量F级燃机主机配置进行介绍,分析了不同配置的优缺点,为燃机项目建设提供了一定的借鉴。

关键词：9F级,燃气,蒸汽,联合循环,配置

参考文献

[1]焦树建.燃气轮机与燃气——蒸汽联合循环装置[M].北京:中国电力出版社,2007.

燃气轮机联合循环电厂 篇10

一、冷热电三联产热经济性分析计算

(一) 主要设备技术参数

某厂在设计、筹建期间, 为了顺应国家产业调整趋势, 于2014年引进了2套9E燃气轮机联合循环机组, 总装机容量为370MW, 对外供热能力为320t/h。每套联合循环由1台燃气轮机、1台蒸汽轮机、1台余热锅炉组成。其中, 燃气轮机在ISO工况下满负荷运行出力为125MW, 选用燃料为天然气。正常运行时, 一级燃气透平入口烟温高达1124℃, 排气温度为538℃, 燃气轮机气耗率控制在0.2538Nm3/k Wh, 即单循环热效率约为33%。所配套的汽轮机满负荷运行时主蒸汽压力5.55MPa, 主蒸汽温度为513℃, 进气流量约为194t/h。余热锅炉采用三压无补燃方式, 高、低压系统运行中的过热蒸汽压力分别为5.73MPa、0.853MPa, 高、低压过热蒸汽温度分别为515℃、253℃, 蒸汽流量分别为195t/h、39t/h。

(二) 能源利用情况

9E级燃气轮机联合循环系统工作原理, 即压气机从外界大气环境吸入空气, 并经过轴流式压气机逐级压缩使之增压, 同时空气温度也相应提高;压缩空气被压送到燃烧室与喷入的天然气混合燃烧生成高温高压的燃气;然后再进入到透平中膨胀做功, 推动透平带动压气机和发电机转子一起高速旋转, 实现了气体燃料的化学能部分转化为机械功, 并输出电能。通常燃气透平发出的机械功有1/2到2/3左右用来带动压气机, 其余的1/3左右的机械功用来驱动发电机。另外从燃气透平中排出的废气送到余热锅炉换热, 将水加热成高温高压过热蒸汽输送到汽轮机膨胀做功, 最终达到再次发电的目的。

此外, 在燃气轮机联合循环系统运行时, 可以很好的采用能源梯级利用, 从汽轮机中抽取品质较低的蒸汽, 用于供热或者制冷, 达到能源高效利用, 联合循环机组发电的热效率与单循环发电热效率相比, 将呈现出明显的增长趋势。据相关调查数据显示, 燃气轮机单循环发电, 其发电热效率为33%-40%, 而联合循环机组发电热效率为52%-60%, 相比之下, 其发电热效率提高约19%-20%[2]。

除此之外, 若采取以燃气轮机为核心的联合循环冷热电三联产运行方式, 将使总热效率提升至70%-80%, 甚至达到90%。因此, 为了满足当前发电、综合供热、制冷的需求, 需针对9E级燃气轮机联合循环系统运行的经济性进行全面分析。

(三) 热经济性计算

对于冷热电三联产运行方式的9E燃机联合循环机组, 其热经济性分析, 应从以下几个方面入手:

首先, 为了更好的评估冷热电三联产经济性, 需计算纯发电的联合循环机组热效率, 即其发电效率表达式如下:

其中, ηGT为燃气轮机发电效率, 是33.8%, 而ηHRST为余热锅炉效率, 是82%, ηST为汽轮机发电组发电效率, 为33%, 从中可知ηOC联合循环机组发电效率为51.8%, 即发电效率明显高于燃煤机组[3]。

其次, 对于采用冷热电三联产运行方式的9E燃气轮机联合循环机组, 由于一部分能量用于发电的同时, 又抽取低品质的蒸汽用于供热或者制冷, 因此, 将不会产生冷源损失, 那么在蒸汽轮机的发电功率Nn, 可用如下公式表示:

将蒸汽轮机有关数据, 即i0:3462k J/kg, in:2910k J/kg等带入到公式中, 同时, 代入系统实际机械效率im和汽轮发电机效率ie, 可得出汽机在不同供热量情况下的发电效率。即当供热量Dn分别为20×103kg·h-1、40×103kg·h-1、60×103kg·h-1、80×103kg·h-1时, 汽轮机发电机组热效率对应值为34.1%、35.23%、36.5%、37.81%。

再次, 若在运行方式中采取冷热电三联产, 那么联合循环总效率可用如下公式对其进行修正, 即:

从中可知不同供热量状态下三联产热效率。即当供热量Dn分别为20×103kg·h-1、40×103kg·h-1、60×103kg·h-1、80×103kg·h-1时, 其所对应的热效率分别为52.31%、52.92%、53.6%、54.71%, 与燃气轮机单循环相比, 冷热电三联产运行方式经济性更为明显。因此, 在实际运用中, 应优先采用冷热电三联产的运行方式, 由此达到最佳的经济效果。

二、计算结果分析

从冷热电三联产分析结果可知, 当9E级燃气轮机联合循环系统处在稳定运行状态时, 采取三联供方式, 其节能效果非常明显, 尤其在冬季供热时, 联合循环三联供系统运行将优于分产系统, 即由于分产系统需消耗一次能源, 而联合循环三联供系统则消耗低品质的蒸汽, 从而达到较为节能的供热效果, 因此, 在注重经济效益的今天, 合理运用三联供方式是大势所趋。

此外, 当前采用三联供方式也涉及到供热设备效率、制冷机效率、投资等多种因素, 因而, 在系统规划期间, 应从环保、经济、节能角度出发, 科学设定系统运行方案。

三、结论

综上可知, 基于当前社会可持续发展背景下, 经济、节能、环保等问题逐渐引起了人们关注。9E级燃气轮机联合循环系统的引进, 尤其是采用三联供方式, 在满足供电需求的同时, 发展供热、供冷, 明显改善了以往耗能高的问题, 符合当前社会可持续发展需求, 因地制宜, 科学发电。

摘要：基于当前工业领域的快速发展, 燃气轮机联合循环系统应用逐渐引起了人们关注, 尤其是采用冷热电三联产方式的联合循环机组经济效益显著。因此, 通过对三联产机组的经济性分析, 来不断完善运行方式, 达到高效运行的目的。本文从冷热电三联产经济性计算入手, 阐述了9E燃气轮机联合循环系统运行时的具体优化策略。

关键词：9E级燃气轮机,联合循环系统,经济性

参考文献

[1]宋泓明, 王明友, 杨智勇, 等.燃气冷热电三联供系统发电装置的选择[J].建筑电气, 2011, 14 (07) :29-32.