国外燃气_蒸汽联合循环汽轮机

国外燃气-蒸汽联合循环汽轮机

郑云之

(上海汽轮机有限公司,上海200240)

摘 要: 结合介绍国外燃气-蒸汽联合循环汽轮机的实绩和发展,综合联合循环汽轮机在蒸汽参数、总体布置、快速启动和两班制运行、结构设计等方面的特点以及典型的应用实例,对联合循环汽轮机的总体及其特色有较全面的分析。

关键词: 燃气-蒸汽联合循环汽轮机; 蒸汽参数; 总体布置; 快速启动; 两班制运行; 结构设计特点; 应用实例

中图分类号: T K26 文献标识码:A

Steam Turbines for Gas-Steam Combined-Cycle

Power Plant Abroad

ZH EN G Yun-z hi

(Shanghai Turbine Co.Ltd.,Shanghai200240)

Abstract: T his paper makes al-l around analysi s for the features of combine-cycle steam turbine by introduc-ing the ex periences and development of g as-steam turbine combined cycle,integrating the characteristics and typically applied actual ex amples of its steam condition,general layout,fast start-up,daily start and stop and structure design etc.

Key words: steam turbine of g as-steam combine cycle; steam condition; general layout; fast startup; daily start and stop; structure design featur es; applied actual examples

1 发展业绩实例

燃气轮机及燃气 蒸汽联合循环的发展十分迅速,仅以Siemens KWU1999年的统计为例,KWU公司的实绩如下:

投入运行的燃气轮机:287台

运行小时总数:850万小时

启动总次数:24万次

至1999年的燃气轮机总数: 360台

(包括订单)4300万千瓦

其中:燃气 蒸汽联合循环机组:

>192套、3932万千瓦

联合循环3932万千瓦中燃机和汽机均由KWU制造:2804万千瓦

燃机由KWU制造、汽机由别的厂家生产:1128万千瓦

联合循环3932万千瓦中:

收稿日期:2000-07-18

作者简介:郑云之(1937-),男,上海汽轮机有限公司副总工程师,教授级高级工程师,中国动力工程学会透平专委会委员兼秘书长,先后发表论文40余篇。

提供给美洲地区:707万千瓦

提供给欧洲、非洲地区:1656万千瓦提供给亚洲、澳洲地区:1569万千瓦当前的发展更为迅速,世界上各主要公司、如GE Siemens(KWU 与Westinghouse)、ABB 等燃气轮机的制造供不应求,因此与燃气轮机相匹配的汽轮机的设计、制造任务也十分紧迫。

2 联合循环机组的基本要求

联合循环机组的基本要求,归纳起来有如下几点:

(1)热效率高、机组出力高;(2)可用率高、可靠性高;(3)快速启停、两班制运行,负荷适应性好;(4)价格合理、技术经济性好;

(5)装拆方便、维护性能好;(6)系统简明、运行费用低;(7)交货期短、建设周期短、投资回收快;(8)易损件寿命长、检修周期长;(9)技术先进成熟、在实践中改进提高。

制造厂家为满足不同用户的要求,均作出很大努力,使联合循环汽轮机不断向前发展。

3 联合循环汽轮机的主要特点

3 1 蒸汽参数

当前国际上常用的有如下几种:

(1)单压,无再热(1P);(2)双压,无再热(2P);(3)双压,有再热(2P,R);(4)三压,无再热(3P);(5)三压,有再热(3P,R);(6)四压,两次再热(4P,2R)

至今还未应用。

图1 联合循环蒸汽参数对热效率的影响

汽轮机基点:联合循环、双压80bar/540 0 04bar(背压) 582 (燃气轮机排气温度)

图1所示为不同的蒸汽参数对机组热效率的影响,比较的基础是:双压无再热,80bar/540 ,汽机背压为0 04bar,燃气轮机排气温度为582 ,计算分析结果如下:

双压较单压热效率提高1 75% 双压再热较双压热效率提高0 5% 三压较双压热效率提高0 6% 三压再热较双压热效率提高1 2%

随着燃机功率和排气温度的不断发展和提高,汽轮机功率也相应增大,联合循环汽轮机的蒸汽参数可能会发展采用超临界蒸汽参数,250bar/540 ,机组热效率在原的基础上又有提高。

从图1中还可看出机组背压对热效率的影响。

图2可以看到环境温度(空气温度及水

温)对某台机组热效率的影响,环境温度低、热效率高,同时也可看出该机组采用双压与单压的比较、其热效率相差也在1 75%

左右。

图2 单压与双压、气温与水温、机组功率对热效率的影响

图3列出Siemens V84 2型燃气蒸汽联合循环5种蒸汽参数下的热力循环系统及机组功率和热效率,对双压、三压以及再热蒸汽参数及流程可有清晰的了解,也能从中比较不同蒸汽参数的具体得益。

综上所述,提高蒸汽参数、采用多压及再热能显著提高热效率,当前的大功率联合循环装置大多采用三压再热式(3P,R)。联合循环汽轮机的发展与一般火电汽轮机的发展有十分相似之处,随着燃机进气温度的提高(目前已达~1500 ),燃机功率及排气温度也提高,联合循环汽轮机的进汽参数和功率也相应提高(一般是1台燃机+1台汽机,也有2台或3台燃机+1台汽机),当汽机功率超过300MW 或更大,采用超临界蒸汽参数、以及采用2次再热,以进一步提高其热效率,也会变成现实。

对于具体的项目工程,应采用哪种蒸汽参数,主要取决于:

燃气轮机的排气温度与排气量 汽轮机功率及汽轮机排汽湿度的大小 机组热效率(包括用户的要求)

机组参数优化计算分析(包括燃机、余

热锅炉与汽机的参数匹配)

机组通用性及系列化(包括成熟可靠及先进合理)

综合技术经济分析(包括投资、燃料价

格及设备费用等)

图3 Siemens V84 2燃气轮机组成的联合循环中,

五种不同蒸汽参数对功率和热效率的影响

a)单压无再热循环(功率150M W,热效率48 3%)b)双压无再热循环(功率155M W,热效率50%)c)双压有再热的循环(功率157M W,热效率50 6%)d)三压无再热循环(功率157M W,热效率50 6%)e)三压有再热的循环(功率150M W,热效率51 3%)