燃气-蒸汽联合循环动力装置

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第九章燃气—蒸汽联合循环动力装置 基本特点主要设备：燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机气、油为燃料，已扩展到燃煤电网中配置一定比例的燃气—蒸汽联合循环机组技术含量高，价格昂贵循环效率高、环境污染极小、耗水量少、调峰性能好(见后) 第一节燃气—蒸汽联合循环的基本原理～～燃料燃气透平发电机压气机余热锅炉凝汽器汽轮机发电机空气给水加热器给水泵（a） 6TT0s1234578910(b)燃气—蒸汽联合循环基本原理图 一、燃气-蒸汽联合循环发电装置主要优点电厂整体循环效率提高环境污染极小调峰性能优良耗水量少占地少厂用电率低(燃气轮机启动时可不用外界电源)自动化水平高可用于中小老电站的改造增容模块化结构 第二节燃气—蒸汽联合循环电站类型及其特点增压锅炉～～燃气轮机发电机空气压气机凝汽器汽轮机发电机图7—2增压锅炉型联合循环燃料给水加热器 ～～燃料燃气轮机发电机空气压气机余热锅炉凝汽器汽轮机发电机图7—3余热锅炉型联合循环 发电机图7—4排气补燃余热锅炉型联合循环～～燃料燃气轮机空气压气机余热锅炉凝汽器汽轮机发电机燃料补燃燃烧器 ～～燃料燃气轮机发电机空气压气机余热锅炉凝汽器汽轮机发电机图7—5排气再燃余热锅炉型联合循环燃料 去除氧器来自除氧器去低压省煤器和除氧器发电机蒸汽轮机给水泵去高压省煤器去中压省煤器空气低压蒸汽去低压缸中压蒸汽去再热器再热蒸汽去中压缸余热锅炉高压蒸汽去高压缸燃气轮机燃料凝结水泵图7—6三压再热循环的系统示意图 烟气燃料燃气轮机空气汽轮机∽水泵发电机凝汽器图7—7单轴（无离合器）配置的联合循环机组示意图余热锅炉 图7—9“一拖一”多轴配置的联合循环机组示意图烟气燃料燃气轮机空气汽轮机∽水泵发电机凝汽器余热锅炉∽发电机 汽轮机水泵凝汽器图7—10“二拖一”多轴配置的联合循环机组示意图烟气燃料燃气轮机空气∽发电机余热锅炉∽发电机烟气燃料燃气轮机空气∽发电机余热锅炉 第二节燃气轮机以连续流动的气体为载能的内燃（或外燃）、叶片式旋转热力原动机组，基于布赖顿循环，进口燃气平均温度和排气温度均较高。部件：压气机、燃烧室、燃气透平 燃气轮机的工作原理压气机从大气吸入空气，经过绝热压缩，压力和温度升高；压缩空气进入燃烧室，与燃料进行混合和燃烧，产生高温燃气；高温燃气进入燃气透平，经过绝热膨胀作功，推动透平转子转动；膨胀作功后燃气温度和压力均下降，引入余热锅炉 发电机t4,p4t3,p3t1,p1t2,p2p1p2p3p4t4t2t3t1燃烧室燃气透平压气机绝热膨胀等压加热绝热压缩 发电用的燃气轮机的三大部件燃气透平压气机燃烧室 输出轴空气进口压气机燃料喷嘴燃烧室燃气透平图7—12燃气轮机剖面图燃机排气 现状与发展电站燃气轮机的单机功率达300MW进气温度超过1350℃，排气温度超过600℃，热效率约为33%～40%。联合循环电站参数提高受限于燃气轮机技术新一代的高效燃气轮机的初温已经接近1500℃，燃气轮机单循环的效率接近40%，联合循环效率趋近60% 表7—2主要燃气轮机制造商提供的大型燃气轮机基本参数型号转数燃气初温排气温度功率单循环效率Rpm℃℃MW%ABBGT263000126065427739.3GE9351FA3000132760626037.6GE9391G3000142756628239.5GE9001H3000142762133139.5KWUV94.33000128855022236.7KWUV94.3A3000134357726439.3Mtsb701F3000134358627038.2Mtsb701G3000142758733439.5W701F3000134956725237.5 余热锅炉燃气轮机和蒸汽轮机之间，将燃气轮机排气热能转化为蒸汽热能。蒸汽发生器，无空气预热器，锅炉给水利用锅炉尾部的热量加热。锅炉的工质侧为多压形式，即设置2~3个压力等级的蒸汽发生系统， 余热锅炉的结构和布置特点没有燃烧设备无辐射受热面，全部依靠对流受热面；采用受热面烟气侧强化传热余热锅炉烟气侧微正压，可取消送引风机没有空气预热器；通常需要设置旁路烟囱。 余热锅炉的分类按锅炉炉水在受热面内的流动方式，分为强制循环和自然循环按排气流动的方向不同分为立式和卧式锅炉。 烟囱档板燃机排气燃气切换档板消声器消声器旁路烟囱余热锅炉至主烟囱图7—13立式余热锅炉烟气流程图 至主烟囱烟气出口烟囱档板燃机排气燃气切换档板消声器旁路烟囱图7—14立式余热锅炉烟气流程图除氧器中压锅筒高压锅筒 余热锅炉的设计特点余热锅炉汽水侧的多压特征余热锅炉烟温和工质温度变化特点 低压循环泵给水泵高压循环泵喷水减温器旁路烟囱低压蒸发器高压省煤器高压蒸发器高压蒸发器高压过热器高压过热器主蒸汽凝结水高压锅筒除氧器/给水箱去主烟囱燃机排气图7—15双压余热锅炉汽水流程图 Qt,℃过热器蒸发段工质温度烟气温度省煤器图7—17余热锅炉烟气温度和工质温度的变化曲线 烟气入口1211109876534321除氧器中压锅筒高压锅筒再热蒸汽低压蒸汽高压缸排汽给水泵凝结水高压蒸汽烟气出口图7—18三压再热带整体除氧器的余热锅炉的汽水系统图 第三节汽轮机汽轮机功率受限于燃气轮机排气和余热锅炉参数，为其1/3~1/2，与常规汽轮机基本原理和工作过程相同在设计和运行方面存在有较大的不同 主要特点1、全变压特点2、无抽汽和增设补汽的特点末级叶片长度加长，对汽轮机的制造水平提出了更高的要求我国还不具备制造补汽式汽轮机的能力 第十章整体煤气化联合循环IGCC ～～燃料燃气透平发电机压气机余热锅炉凝汽器汽轮机发电机空气给水加热器给水泵高热值煤气或合成天然气原煤煤气发生炉甲烷化煤气气化剂 燃煤联合循环发电装置最具有竞争力、最有发展前途：整体煤气化联合循环（IGCC）增压流化床联合循环（PFBC-CC），以燃气—蒸汽联合循环原理和技术为基础IGCC：将煤气化+燃气—蒸汽联合循环高效、极好的环保未来世界上最洁净的燃煤发电技术 现状世界上IGCC电站机组数十台，单机发电规模300MWIGCC电站容量达500MW。我国已开始建设第一座300MW的IGCC示范电站。 基本特点是一种无补燃的余热锅炉型联合循环煤制成煤气作为燃气轮机的燃料系统和参数的优化配置真正体现“整体化”的优势 整体煤气化联合循环的工作过程和型式排烟513空气91211109876314水煤煤气空气排气粗煤气蒸汽气化剂 IGCC的主要优点1．燃料的适应性广2．具有进一步提高效率的前景3．克服了单独煤气化的缺点4．优良的环保性能5．耗水量较少，节水效果显著6．充分利用煤炭资源，组成多联产系统7．宜大型化、并能与其它先进发电技术结合8．便于分段、分步建设电站 IGCC尚需解决的问题整体煤气化联合循环装置庞大、系统复杂，基建投资费用高，工期长系统的整体优化配置和控制技术厂用电率高（制氧的空气分离系统）适合燃煤气的先进燃气轮机技术大容量煤气化设备、高温煤气除尘及脱硫技术 整体煤气化联合循环系统的主要设备煤气化炉和净化设备空气分离系统的类型1．完全整体化空气分离系统2．独立空分系统3．部分整体化空分系统 去余热锅炉氧气氮气煤气87654321空气图8—2完全整体化空分系统示意图—煤气化炉；2—煤气净化装置；3—压气机；4—燃烧室；5—燃气透平；6—空气分离装置；7—氧气增压机；8—氮气增压机 去余热锅炉氧气氮气煤气10987654321空气氮气图8—3部分整体空气分离系统示意图—煤气化炉；2—煤气净化装置；3—压气机；4—燃烧室；5—燃气透平；6—空气分离装置；7—空气压缩机；8—氧气增压机；9—氮气增压机；10—氮气饱和器 去烟囱空气与水蒸汽混合物气化炉除尘给水加热器燃烧室压气机煤湿空气透平蒸发器发电机回热器加热的软水排气空气氧气图8—5整体煤气化湿空气透平循环原则性系统省煤器脱硫 污染物控制视频1（净化）视频2（碳捕集） 第十二章增压流化床燃煤联合循环PFBC-CC PFBC-CC类型根据燃烧室的类型不同分为：增压鼓泡流化床增压循环流化床联合循环 概基本原理增压流化床燃烧室在压力为1.0～1.6MPa鼓泡流化床或循环流化床燃烧室以燃气—蒸汽联合循环为特征的新型燃煤发电技术 特点继承了流化床燃烧的全部优良的环保性能，NOX很低，炉内脱硫增压燃煤流化床燃烧室出口的烟气温度较低（约为850℃～920℃）增压流化床出口烟气驱动燃气轮机，效率只能达到41%～42%。 增压流化床燃煤联合循环原理和特点灰排烟1空气985973624水煤排气蒸汽高温烟气灰渣 主要优点炉内压力达到1.0～1.6MPa燃烧室内物料中可燃物不超过0.5%压力较高，脱硫的效果更好NO的排放随着压力增高而明显降低直接利用压气机的空气气源，温度300℃左右，不需空气预热器与送、引风机单位投资和发电成本均相对较低，占地面积小、安装工期相应比较短 尚存在的问题受热面的磨蚀，N2O的排放量较高，高温除尘，粉尘排放的有效控制，燃料的处理与输送，高温高压灰渣的排放与能量回收，燃气轮机叶片的磨蚀及耐高温性能，容量和参数的提高受到限制 增压流化床燃煤联合循环电站的组成吸附剂煤仓混合器燃烧室分离器分离器床料再注入容器汽轮机灰仓烟囱除尘器低压压气机空气∽∽发电机高压压气机高压燃气轮机低压燃气轮机发电机中间冷却器灰冷却器低加除氧器省煤器凝汽器图9—2增压流化床燃煤联合循环工艺流程图灰减压冷却器排烟 床料再贮容器灰渣图9—3增压流化床锅炉布置示意图排烟燃料与脱硫剂锅炉 煤脱硫剂煤焦燃烧室烟气煤气增压循环流化床增压气化炉冷却器过滤器空气灰空气余热回收燃气轮机组脱硫剂煤焦煤气灰渣过滤器图9—4带气化的增压循环流化床燃烧联合循环装置（燃烧部分）