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天然气发电技术报告


天然气发电技术报告

发电原理介绍
发电的实质————能量转换 能量转换

燃烧产生的内能-工质的机械能- 燃烧产生的内能-工质的机械能-发电 机转子的机械能- 机转子的机械能-电能

天然气发电和煤发电的比较
燃煤电厂生产工艺流程:

天然气发电原理介绍
天然气发

电的流程和使用的设备与燃煤 电厂不同,天然气发电生产流程为:

燃气轮机排气温度可高达430℃,通 过废热锅炉产生的蒸汽既进一步用来发电,也 可用来供热。 燃气—蒸汽联合循环电厂的热效率则高达 60%。

天然气发电原理介绍
蒸汽轮机 蒸汽轮机是以水蒸气为工质, 将热能转变为机械能的外燃 高速旋转式原动机。 汽轮机的特点: 汽轮机的特点: 单机功率大 运转平稳 使用寿命长

天然气发电原理介绍 汽轮机构 成
汽轮机设备及 系统包括: 系统包括: 汽轮机本体 调节保安油系统 辅助设备及热力系统 汽轮机转动部分 汽轮机静止部分

汽轮机本体

天然气发电原理介绍
调节保安油系统主要包括: 调节保安油系统主要包括: 调节汽阀 调速器 调速传动机构 主油泵 油箱 安全保护装置

天然气发电原理介绍
辅助设备主要包括: 辅助设备主要包括:
凝汽器 抽气器 高低压加热器 除氧器 给水泵 凝结水泵 凝升泵 循环水泵

天然气发电原理介绍
热力系统主要包括: 热力系统主要包括:
主蒸汽系统 再热蒸汽系统 凝汽系统 给水回热系统 给水除氧系统

天然气发电原理介绍 汽轮机的分 类 )按工作原理分类 (一
冲动式汽轮机:主要由冲动级组成, 冲动式汽轮机:主要由冲动级组成,蒸汽主要在喷 嘴叶栅中膨胀,在动叶栅中只有少 嘴叶栅中膨胀, 量膨胀。 量膨胀。 反动式汽轮机:主要由反动级组成, 反动式汽轮机:主要由反动级组成,蒸汽在喷嘴叶 栅和动叶栅中都进行膨胀, 栅和动叶栅中都进行膨胀,且膨胀 程度相同。 程度相同。

天然气发电原理介绍
(二)按热力特性分类 凝汽式汽轮机: 凝汽式汽轮机:蒸汽在汽轮机中膨胀作功 后,进入高度真空状态下 的凝汽器,凝结成水。 的凝汽器,凝结成水。 背压式汽轮机:排汽压力高于大气压力, 背压式汽轮机:排汽压力高于大气压力, 直接用于供热,无凝汽器。 直接用于供热,无凝汽器。

天然气发电原理介绍
调整抽汽式汽轮机: 调整抽汽式汽轮机:从汽轮机中间某几级后抽出 一定参数一定流量的蒸汽对 外供热,其排汽仍排入凝汽 外供热, 器。 中间再热式汽轮机:蒸汽在汽轮机内膨胀作功过 中间再热式汽轮机: 程中被引出,再次加热后返 程中被引出, 回汽轮机继续膨胀作功。 回汽轮机继续膨胀作功。

天然气发电原理介绍
(三)按主蒸汽参数分类
低压汽轮机:主蒸汽压力小于1.47MPa 低压汽轮机:主蒸汽压力小于1.47MPa 中压汽轮机:主蒸汽压力为1.96~ 中压汽轮机:主蒸汽压力为1.96~3.92MPa 1.96 高压汽轮机:主蒸汽压力为5.88~9.8MPa 高压汽轮机:主蒸汽压力为5.88~ 5.88 超高压汽轮机:主蒸汽压力为11.77~ 超高压汽轮机:主蒸汽压力为11.77~13.93MPa 11.77 亚临界压力汽轮机:主蒸汽压力为15.69~ 亚临界压力汽轮机:主蒸汽压力为15.69~17.65MPa 15.69 超临界压力汽轮机:主蒸汽压力大于22.15MP 超临界压力汽轮机:主蒸汽压力大于22.15MP 超超临界压力汽轮机:主蒸汽压力大于32MP 超超临界压力汽轮机:主蒸汽压力大于32MP

蒸汽轮机的作用
汽轮机在电厂中的作用

锅 化学能 (燃料)

炉 蒸汽

发电机 电能 机械能

热能

蒸汽轮机
蒸汽轮机是用来驱动发电机生产电能的,蒸汽轮机与发电 机的组合称为蒸汽轮发电机组。

汽 轮 机 车 间

蒸汽轮 机发电 机组

蒸汽轮机发电机组
我国蒸汽轮机发电机组的技术参数表
单机容量 (MW) 蒸汽轮机 压力 温度 (Mpa) (℃) 2.84 3.43 8.83 12.75 12.75 16.2 435 435 535 550/55 0 550/55 0 550/55 0 煤耗 (g/KWh) 600-800 500-510 391-429 382-386 376-388 376-382 供电煤耗与效率 平均煤耗 (g/K Wh) 700 505 409 384 382 379 331 供电效率 煤耗降低 (%) 率(%) 17.55 24.33 30.04 31.99 32.16 32.42 37.12 100 72.14 58.43 54.86 54.57 54.14 效率低 47.29

6 12-25 50-100 125 200 300 600引进机

燃气轮机发电机组
燃气轮机
燃气轮机是以连续流动的 气体为工质带动叶轮高速旋 转,将燃料的能量转为有用 功的内燃式动力机械。 压气机

主体构成

燃烧室 燃气透平

燃气轮机工作原理

四个工作过 程

1、压气机的压缩过程。 2、燃烧室中的燃烧加热过程。 3、透平中的膨胀做功过程。 4、大气中的自然放热过程。

天然气发电原理介绍
按结构形式分: 按结构形式分:

发电用燃气轮机的分 发电用燃气轮机的分 类
工业型,也称为重型燃气轮机; 工业型,也称为重型燃气轮机; 航机改装型,也称为轻型燃气轮机。 航机改装型,也称为轻型燃气轮机。

工业型 航改型

燃气轮机 燃气轮机的特 点

与汽轮机相比: 与内燃机相比: 优点 优点
单机功率较大 重量轻、体积小; 重量轻、体积小; 启动快; 启动快; 排气污染小。 排气污染小。 装置简单、紧楱、重量轻、体 装置简单、紧楱、重量轻、 积小; 积小; 启动快,带负荷快; 启动快,带负荷快; 不需大量冷却水。 不需大量冷却水。

缺点
制造成本高; 制造成本高;

缺点
单机功率较小; 单机功率较小; 运行寿命短。 运行寿命短。

某些典型的燃气轮机发电机组的 性能参数
公司名称 机组型号 PG9231 (EC) GE发电 PG9231 (FA) GT13E2 GT26 V643A Siemens (KWU) V843A V943A 西屋 GE船用与工业 R-R公司 501G 701F LM6000PA Trent ISO基本 功率 MW 169.0 226.5 164.3 240.0 70.0 170.0 240.0 235.2 236.7 41.2 51.19 压比 燃气初温 (℃) 1288 1260 供电效率 (%) 34.93 35.66 35.71 1310 1310 1310 1427 1349 1160 35.79 36.81 38.00 38.00 39.00 36.77 39.78 41.57 198 180 187 296 单位售价美 元/kw 183 188 210 204 319 14.2 15.0 15.0 30.0 16.6 16.6 16.6 19.2 15.6 29.6

ABB

调峰机组 35.0 1211

电网负荷 304

天然气联合循环发电
蒸汽轮机和燃气轮机发电机组的供电效率都已达到 40%。 如何进一步提高发电机组的效率
思路: 思路:η
= 1 ? T T
2 1

天然气联合循环发电

热力循环的热效率只取决于其吸热平均温度T1和放热平均温度T2。 ● 燃气轮机的燃气初温高达1200~1500℃,排气温度高达 500℃ 。先进的蒸汽轮机,排汽温度只有几十度,锅炉的 排烟温度一般只有110~200℃。 利用简单燃气轮机循环吸热平均温度高和纯蒸汽轮机循环放热 平均温度低的特点。

天然气联合循环
形式 : 单轴联合循环
多轴联合循环

组成:燃气轮机及发电机与余热锅炉、 组成:燃气轮机及发电机与余热锅炉、蒸汽轮机共同组成的
循环系统,它利用余热锅炉回收燃机排气的部分热能,产生蒸 循环系统,它利用余热锅炉回收燃机排气的部分热能, 汽以推动蒸汽轮机发电, 汽以推动蒸汽轮机发电,或将部分发电作功后的乏气再用于供 热。

最高效率: 最高效率:58.5% 用途:发电或热电联产。 用途:发电或热电联产。

某些联合循环发电机组的性能参 数
公司 名称 GE发电 机组型号 S-109EC s-109FA S-209FA KA13E2-1 KA13E2-1 KA13E2-2 ABB KA13E2-3 KA13E2-4 KA26-1 KA26-2 ISO基本 功率(MW) 259.6 384.5 700.8 241.6 244.2 490.8 737.3 983.5 361.5 725.9 供电效率 (%) 53.5 54.8 55.1 52.5 53.0 53.3 53.4 53.5 56.9 57.1 所配燃气 轮机的情况 1台MS9001EC 1台MS9001FA 2台MS9001FA 1 13E2 1台13E2,双压蒸汽 轮机 1台13E2,双压蒸汽 轮机 2台13E2,双压蒸汽 轮机 3台13E2,双压蒸汽 轮机 255 282 255 238 单位售价美元/kW

效率高 4台13E2,双压蒸汽 轮机
1台13E2,双压蒸汽 轮机 2台13E2,双压蒸汽 262

天然气发电原理介绍
天然气联合循环发电工艺流 程图

天然气联合循环的分类 烧油或烧天然气
天 然 气 联 合 循 环 系 统
烧液(气) 有补燃的余热锅炉系统方案 体燃料 增压锅炉型系统方案 整体煤气化联合循环 (IGCC) 烧煤 增压流化床燃烧型的联合系统(PFBC) 常压流化床燃烧型的联合系统(PFBC) 无补燃型余热锅炉系统方案

燃煤的联合循环发电系统
IGCC发电系统示意图

由于烧煤型联合循环发电系统受投资 及技术的限制,目前尚不能被广泛的 应用。

燃液(气)联合循环系统
有补燃型方案 无补燃型方案
空气 天然气
补 燃
B

余热锅炉 蒸汽轮机 G G

燃气轮机

余热锅炉型燃气-蒸汽联合循环

1. 高压烟气入口及不锈钢烟道 2. 高压过热器 3. 再热器

4. 天然气及柴油补燃器和过滤装置 5. 高压锅炉区及降水线 6. 高压汽包

余热锅炉

13.烟气冷凝器(给水预热器) 14.中压汽包 15.低压汽包(内设与集水器相连装置) 16.集水器 17.烟囱 18.操作平台及楼梯

7. 一氧化碳转换器及催化剂减量装置 8. 中压过热器 9. 高压降压区 10. 10.中压锅炉区及降水管 11.中压降压区 12.低压锅炉部分及降水管

燃液(气)联合循环系统
无补燃型天然气联合循环的主要优点: 热功转换效率高。 基本投资费用低,结构简单,锅炉和厂房 都很小; 运行可靠性高,现已能做到90%~98%的 运行可用率; 起动快,大约在18~20min内便能使联合循 环发出2/3的功率,80min内发出全部功率。

燃液(气)联合循环系统
有补燃型联合循环的主要优点是: 装置的尺寸小、占地少、投资低。 运行机动性好。 部分负荷工况下装置热效率比较高。 在余热锅炉中可以烧煤或其他劣质燃料。 蒸汽参数不受燃气轮机排气温度的限制,可 以采用效率较高的蒸汽轮机底循环与之匹配, 机组的总功率较大。

燃液(气)联合循环系统
天然气
PB

蒸汽轮机 G G 燃气轮机

空气

增压燃烧锅炉联合循 环

增压燃烧锅炉联合循 优点 环

燃液(气)联合循环系统

理论研究表明:当燃气轮机初温低于1250℃时,增压锅炉型联合循 环的热效率总是大于无补燃的余热锅炉型联合循环的效率。可是由 于增压锅炉很昂贵,目前很少应用。

由于在增压条件下,锅炉内的传热系数提高 得很多,因而增压锅炉的体积要比常压炉小 很多。 缺点 可以采用效率很高的蒸汽轮机底循环与之匹 增压锅炉本身就是一个很大的耐压容器,造价很昂 配。 贵。

天然气发电的优点
总 结
效率高、污染轻、耗水量少。 效率高、污染轻、耗水量少。 起停时间短,便于调峰运行:冷态(36h以上)启动时间不超过180min; 起停时间短,便于调峰运行:冷态(36h以上)启动时间不超过180min;温 以上 180min 10~36h)不超过140min 热态(1~10h)不超过80min 20min可并网 140min; 80min, 可并网; 态(10~36h)不超过140min;热态(1~10h)不超过80min,20min可并网; 极热态(1h以下 不超过60min 以下) 60min。 极热态(1h以下)不超过60min。 占地面积小:一台60MW燃煤机组占地相当于3 35MW等级的燃气机组用 占地面积小:一台60MW燃煤机组占地相当于3台35MW等级的燃气机组用 60MW燃煤机组占地相当于 单位功率用地可减少40% 40%。 地,单位功率用地可减少40%。 比投资费用低:为燃煤机的40~70%。 比投资费用低:为燃煤机的40~70%。 40~70% 建设周期短:大型机组18~24个月。 建设周期短:大型机组18~24个月。 18~24个月 管理费用低;运行人员少。 管理费用低;运行人员少。 运行性能高于燃煤机组:可靠性达99%以上,运行利用率达85~90%。 运行性能高于燃煤机组:可靠性达99%以上,运行利用率达85~90%。 99%以上 85~90%

主厂房机组布置形式
机组 布置形式

简单循环燃机 电厂的主厂房 布置

联合循环燃机 电厂的主厂房 布置

简单循环燃机电厂的主厂房布 置
平行布置

简单循环主 厂房布置

直线对称

顺向布置

联合循环燃机电厂的主厂房布 循环燃机电厂的主厂房布 置

多轴 配置 布置

轴系配置

单轴 配置 布置

联合循环发电机组多轴配置布 置
轴向排气的燃机机组布 置示意图如右图所示, 组与组之间宜平行布置, 此时余热锅炉与燃气轮 机组以同轴线连续布置 较妥 。

轴向排汽燃机机 组布置

联合循环发电机组多轴配置布 置

联合循环发电机组多轴配置布 置
右图为两台燃气轮机布 置在同一轴线上,发电 机对称布置,两台发电 机之间留有抽转子的距 离。发电机也可顺列布 置。两台余热锅炉的中 心线分别与燃气轮机中 心线垂直。汽轮机房和 集中控制楼位于一台余 热锅炉外侧,平行于余 热锅炉布置。

侧向排汽燃机机组布 置(一)

联合循环发电机组多轴配置布 置
右图和多轴配置的燃机 侧向排气时机组纵向布 置(一) 不同的是是拉开了两台 燃气轮机之间的距离, 将汽轮机房布置于两台 余热锅炉之间,集中控 制楼位于汽轮机房的顶 端。

侧向排汽燃机机组布 置(二)

联合循环发电机组多轴配置布 置
侧向排汽燃机机组布 置(三)
右图为两台侧向排气的 燃气轮机平行对称布置。 两台余热锅炉处于同一 轴线并分别与燃气轮机 轴线垂直。在两台燃气 轮机与两台余热锅炉构 成的H形空间,靠近燃 气轮机发电机端布置汽 轮机房。

布置形式:余热锅炉—燃机— 发电 机—汽轮机。 优 点:机组安装位置低, 汽轮机 发生故障时不 影响燃机简 单循环 继续发电。 缺 点:发电机置于燃气轮 机与汽 轮机间, 当发 电机检修需 要抽转 子时必须横向平移 发电机。

发电机中置 布置

联合循环发电机组单轴配置布 置

联合循环发电机组单轴配置布 置
布置形式:余热锅炉—燃机—汽轮 机—发 电机。 优 点:发电机位于机组端部, 检修时 抽转子比较方便。 缺 点:(1) 机组必须布置在较 高的运 转层上。(2) 蒸 汽系统出现故 障时, 汽 轮机不能停机检修。

发电机尾 置

联合循环发电机组单轴配置布 置

多轴、单轴布置的比较 布置的比较
?采用增减运行燃机台数的 采用增减运行燃机台数的 方法来满足调峰需求,汽 方法来满足调峰需求, 轮机始终处于正常工作状 态,所以机组可更加快速 地增减负合,调峰性能好。 地增减负合,调峰性能好。

调峰 性能

?因所配汽轮机容量大 因所配汽轮机容量大 故效率较高。 故效率较高。

?若配置旁通烟 若配置旁通烟 囱,燃机可单独 运行。 运行。

运行灵 活性

多轴配 置布置
运行 维护

额定工 况效率
?可轮流检修系统内的燃机, 可轮流检修系统内的燃机, 可轮流检修系统内的燃机 但检修汽轮机时, 但检修汽轮机时,整套机组 都要停运或者只能维持简单 循环运行。 循环运行。

多轴、单轴布置的比较 布置的比较
?采用增减运行单元数的方 采用增减运行单元数的方 法来满足调峰需求,汽轮 法来满足调峰需求, 机需时常停机和再起动, 机需时常停机和再起动, 所以大幅度调峰性能不太 好。

调峰 性能

?需单元运行, 需单元运行, 需单元运行 燃机不可单独运 行。

运行灵 活性

单轴配 置布置
运行 维护

?因所配汽轮机容量小 因所配汽轮机容量小 效率稍低, 效率稍低,但对大功 率机组, 率机组,这一缺点并 不明显。 不明显。

额定工 况效率
?需按单元进行检修。

联合循环单轴和多轴的选择
联合循环单轴和多轴的选择应结合具体 工程实际, 综合考虑资金的筹措、电负荷 的性质、现场条件等因素, 经过技术经济 比较确定。

主厂房布置规定
燃机电厂的主厂房布置应适应电力生产的工艺流程要求及 按设备型式确定,并做到设备布局和空间利用合理,管线 连接短捷、整齐,厂房内部设施布置紧凑、恰当,巡回检 查的通道畅通,为燃机电厂的安全运行、检修维护创造良 好的条件。 主厂房内的空气质量、通风、采光、照明和噪声等应符合 现行有关标准的规定;设备布置应采取相应的防护措施, 符合防火、防爆、防尘、防潮、防腐、防冻、防噪声等有 关要求。 主厂房布置应根据燃机电厂总体规划要求,考虑扩建的可 能性。 联合循环燃机电厂的主设备布置时应进行布置优化。在经 济合理的条件下,宜减少燃气轮机与余热锅炉间排气压损, 缩短余热锅炉与汽轮机间蒸汽管道,减少蒸汽压损。 主厂房及其内部的设备、表盘、管道和平台扶梯等色调应

美国大平原气化厂流程简 图
燃煤

灰斗

不足之处,敬请斧正!


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