1、授课人：*北京草桥燃气-蒸汽联合循环热电厂二期工程，采用2350MW级燃气蒸汽联合循环二拖一多轴机组。全厂配置为：2台SGT5-4000F(4)型燃机、2台300MW燃气轮发电机、2台余热锅炉、1台供热蒸汽轮机和1台300MW汽轮发电机。燃气轮发电机组和蒸汽轮发电机组为分轴布置。其中燃气轮发电机组和蒸汽轮发电机组由上海电气股份有限公司生产，余热锅炉由无锡华光锅炉股份有限公司生产。非供热工况时，高中、低压转子通过3S离合器连成一个轴，汽轮机纯凝运行。机组供热工况时，在汽轮机最大抽汽量可满足供热负荷需要的情况下，汽轮机采用抽凝方式运行；在汽轮机最大抽汽量不能满足供热负荷需要时，低压缸转子通过3S离
2、合器与高中压转子解列，高中压缸背压运行，其排汽及低压主汽全部用于加热热网加热器；在汽机发生事故或极端天气等情况时，机组还考虑汽机全切，余热锅炉再热器产生的全部蒸汽经过减温减压，用于热网加热器对外供热。压气机（compressor）：燃气涡轮发动机中利用高速旋转的叶片给空气作功以提高空气压力的部件，压气机由涡轮驱动。燃气轮机压气机一般为轴流式压气机。u轴流式：气体沿接近轴向流动的压气机，一般又称为轴流鼓风机；动叶加速轴流式压气机流体，静叶起扩压器作用，把速度转化成压升。近似于反动式涡轮机的逆过程。压气机由转子和气缸构成，多级（15-18）叶片镶嵌在轮毂型转子上，依据燃气轮机的容量压气机转子级数不
3、同；气缸分为上气缸和下气缸。从空气的流向可以把压气机分为进气缸、压气缸和排气缸，进气缸和进气过滤装置连接（大气端），排气缸和燃烧室相连（透平端），为燃气的燃烧提供充足的空气量。空气过滤装置采用特殊材质制造，对空气进行净化，空气较脏，需要定期对过滤装置清洗。压气机入口导叶（IGV）调整压气机的进气量。压气机与透平为一整段转子，由透平驱动。压气机的作用是提高工质的压力；提高空气压力，满足燃料燃烧需要。燃气轮机压气机一般都有很多级，空气经过每一级都将被压缩一次，为了能够得到更高的压力，我厂压气机具有15级，能够将空气压缩至1.7Mpa。燃烧室是将压气机出来的高压气体与燃料混和并进行燃烧的装置。燃烧室
4、的功能为将燃料的化学能转变为热能，使气体温度大大增加。燃烧室流出的高温、高压燃气具有很高的能量(热能和势能)，用以进入涡轮进行膨胀作功。西门子V94.3A型燃气轮机燃烧室采用环形燃烧室，设有24个燃烧器，24个点火器。由于燃烧室内燃烧温度相当高，一般在1400-1500C，甚至更高，这就要求构成燃烧室的材质要具有耐高温的性能。燃烧室的缸体一般采用陶瓷和高温金属遮热材料保护。环形燃烧室缩短燃气在燃烧室内停留时间，能够有效降低Nox的生成量。燃气透平是燃气轮机的另一主要部件，他的功能是把高温、高压燃气中的能量转变为机械功，约有2/3的机械功用以带动压气机压缩空气，其余的则作为燃气轮机的输出功率以带
5、动负载。透平由静子和转子构成。静子部分包括气缸、静叶及支撑和传力系统等。透平静叶又称喷嘴，它的作用是使高温燃气在其中膨胀加速，把燃气的内能转化为动能，然后推动转子旋转作功。透平由转子和气缸组成。透平转子一般是3-5级，容量越大的机组转子的级数越多。气缸分为上气缸和下气缸，气缸的内部圆周上安装静止叶片，气缸上的静叶片组分别和转子的动叶组构成一级。燃气透平叶片冷却启动和盘车系统润滑油系统液压油系统控制油系统燃料系统危险气体检测系统雾化空气系统冷却和密封系统闭式循环水系统消防系统压气机清洗系统启动系统是区别于火电机组的重要特征之一，为燃气轮机机组启动提供动力。一般都采用起动机启动的方式：电动机启动、
6、压缩空气或者柴油机启动、发电机变频启动。在燃机点火达到自持转速时，启动系统自动脱开。此外，起动装置还可以“冷拖”机组，对机组进行高速盘车。盘车装置是机组在启动前或停机后使转子转动，防止转子的弯曲变形。润滑系统是任何一台燃气轮机中必备的一个重要的工作系统。它的作用是：在机组的启动、正常运行以及停机过程中，向正在运行中的燃气轮发电机组的各个轴承、传动装置及其附属设备，供应数量充足的、温度和压力合适的干净的润滑油，以确保机组安全可靠地运行，防止发生轴承烧毁，转子轴颈过热弯曲，高速齿轮法兰变形等事故。润滑油系统的主要设备：油箱及油箱加热器等附件主润滑油泵（附件齿轮箱驱动)：机组正常运行过程中使用辅助润
7、滑油泵（交流电机驱动）：启动和停机过程中使用应急油泵(直流电机驱动）：厂用电消失情况下使用冷油器：为系统提供温度适合的润滑油滤油器：过滤油系统中小颗粒杂质，为油系统提供质量合格的润滑油油系统阀门管道及热工等 液压油系统为燃料系统和进口可转导叶系统的控制执行元件提供所需要的高压油。液压油取自于机组的润滑油系统。液压油系统的主要部件有 一只主液压泵：主轴驱动，机组正常运行时投运。一只辅助液压泵：电机驱动，机组启动或停机级 盘车过程中投运。两个液压油滤油器及其间的一个切换阀：为系统提供合格的液压油控制油系统亦称遮断油系统，它是燃气轮机基本的控制和保护系统，它连接于燃气轮机控制盘和燃气轮机部件之间，用
8、来控制供给和切断机组的燃料。来自机组润滑油系统的遮断油起着遮断的作用（燃机非正常停机和危急停机），同时使液压信号传递给燃料截止阀，实行正常的起动和停机。当遮断油管路里的油被切断（泄油）时，液体燃料截止阀或气体燃料速比截止阀通过弹簧的返回力关阀。燃气轮机即可以使用气体作燃料，也可以使用液体作燃料。不同的机组有不同的要求。我们以GE公司6B机组为例进行讲解。本机组具备使用双燃料的功能。既可以燃用气体燃料，也可以燃用液体燃料，但液体燃料即可使用轻柴油，也可以使用重油。在运行工程中可以根据实际情况的需要进行燃料切换。主要讲解气体燃料：由用户提供的气体燃料进入机组气体燃料系统时，首先经过气体燃料滤清器。
9、其作用是用来滤除气体燃料中夹带的大块的杂质。滤清器可以水平安装，也可垂直安装，但排污口必须向下。滤清器必须定期排污，并取出滤芯进行清洗。气体燃料组合阀是气体燃料系统中最关键的一个部件。组合阀系由两个独立的阀（速比阀和控制阀）组成。气体燃料首先经过速比阀SRV，然后再经过控制阀GCV去燃烧室。为防止气体燃料小室和轮机间出现过量的气体燃料泄漏，设置了危险气体检测系统。该系统分探头和检测仪两部分。其中探头共安装在轮机间和气体燃料小室内。检测仪安装在控制室内。当轮机间或气体燃料小室的危险气体的浓度达到规定的设定值时，检测仪的报警继 电器触发 报警，提醒操作人员采取措施。燃气轮机组有许多高温部件，这些零
10、件在高温下长期工作，必然会对其寿命有着很大的不利影响。为延长使用寿命，改善工作条件，减少热应力、热变形，使燃气轮机组能长期稳定工作，对机组采取冷却措施是非常必要的。机组的冷却密封便是对主要的高温零部件进行空气冷却，对轴承采取空气密封。冷却：为保证高温部件温度连续的工作，从压气机某级抽气对透平喷嘴和其它高温部件进行冷却。密封：在机组正常运行时，从压气机某级级抽气槽道中抽出的空气，经管道引至机组的1号轴承和2号轴承的油封处，用以封住滑油而不致外漏，空气可通过排油管道随排油进入油箱，最后可从排气管排入大气。冷却水系统是向透平支撑、润滑油冷油器（双冷油器）及雾化空气冷却器。提供冷却水，使透平支撑、润滑
11、油及雾化空气的温度分别保持在规定范围之内，保证机组正常运行。闭式循环冷却水站有两套水泵装置，一套用于运行，另一套处于备用状态。机组的所有冷却水，包括进入透平支撑、冷油器、雾化空气冷却器以及从旁路流出的冷却水，都从排水总管流出机组，最后进入闭式循环冷却水站。冷却水在冷却水站中被外循环冷却水系统冷却后，再进入机组，于此循环不断完成冷却任务。消防系统是燃气轮机机组的一个重要保护装置。一旦机仓室内发生火灾，该装置立即自动灭火。灭火方式：自动灭火、应急电动灭火、应急手动灭火。灭火装置包括：灭火装置箱体、二氧化碳贮液瓶及瓶头阀、启动装置、启动管道、集流管、安全泄气阀、液流单向阀、压力开关、灭火剂管道、喷嘴
12、、火灾探测器、报警灭火控制器、声光报警器、手动控制盒等。压气机清洗系统的作用：清洗系统能有效地去除压气机透平叶片上的各种水溶性物质以及各种油、烟沉积物，从而恢复压气机的压比和流量，提高机组的出力。压气机清洗系统设备构成：压气机水清洗系统包括装于压气机进气口处固定式水洗喷嘴、水洗站及相应的联接管道。水洗站包括以下主要设备：离心式水泵、洗涤泵、电加热器、水箱、洗涤箱电控盘、整体罩壳、公用底盘。透平清洗系统作用：烧重油类劣质燃料时，由于燃料中所含灰份、微量金属等各类杂质较多，粘度较大，会在透平叶片上形成污垢沉积物，产生高温腐蚀，影响机组性能，降低机组寿命，在这种情况下，对透平的清洗就尤为重要。透平清
13、洗装置同压气机清洗装置。机组的清洗可在线清洗也可离线清洗，离线清洗过程中转子保持冷托状态，一般采用离线清洗。燃机设备概况 燃机由德国西门子公司生产，型号为SGT5-4000F(4)，由一台15级的轴流式压气机、一个24个低NOx燃烧器组成的环形燃烧系统、一台4级的透平和燃机辅助系统组成。压气机转子和透平转子由法兰刚性连接，采用2个支持轴承支撑。压气机和燃机转子概况 压气机和透平同轴，采用两端支撑。转子是由轮盘空心轴组成，空心轴和轮盘用一个中心拉杆拉紧，单个部件间用端面齿对中，可自由地径向膨胀和传递力矩。透平冷却系统概况透平第1级的冷却空气抽自压气机出口；第2级静叶片的冷却空气抽自压气机13级，
14、第2级动叶片冷却采用压气机12级后抽取的空气；第3级静叶片冷却空气抽自压气机第9级，第3级动叶片的冷却空气来自压气机的第10级；第4级静叶片冷却空气抽自压气机第4级，第4级动叶片的冷却空气来自压气机的第10级。空气通过转子轮盘孔和转子冷却空气隔离管流入叶根并从叶顶流出，冷却空气也用作密封空气来防止热气体进入透平转子气缸空腔内。压气机排气腔室分流出一部分空气冷却火焰筒和过渡段。燃烧室概况 燃气轮机装有24个HR3混合燃烧器，均匀分布在环形燃烧室圆周上。混合燃烧器可以下列模式进行运行：启动至20%负荷以下时采用扩散燃烧；20%负荷至50%负荷时采用混合燃烧；50%负荷至100%负荷时运行时采用预混
15、燃烧。燃烧室概况 燃气轮机装有24个HR3混合燃烧器，均匀分布在环形燃烧室圆周上。混合燃烧器可以下列模式进行运行：启动至20%负荷以下时采用扩散燃烧；20%负荷至50%负荷时采用混合燃烧；50%负荷至100%负荷时运行时采用预混燃烧。火焰探测器概况 每个火焰探测器由一个光学的传感器头和一个光电换能器组成，为实现火焰监控，二个火焰传感器交错排列在燃烧室的周围，火焰传感器可监控约2-4个燃烧器组。压气机进气系统概况压气机进气系统包括入口滤网(加入可拆卸粗滤系统，方便维护)和百叶窗、自清洁过滤器、自清洗装置、除湿器、膨胀节、防雨装置、防冰冻装置、从过滤器到压气机入口的气密风道、消声器和安全控制所需的
16、所有控制器和仪表。空气过滤系统空气过滤系统分两级，它包括一级粗充填式过滤器（一次性滤芯）和一级自清洁式过滤器，过滤系统中有高效率的介质过滤器滤筒，它通过取自单独设置的空压机进行反冲清洁。过滤系统配有压差开关，在过滤器高压差时启动报警，压差进一步增高时启动跳机。1.压气机第一、二级重新设计：由于SGT5-4000F(4)燃机出力增大，燃机进气流量增大，偏离了原来压气机的设计工作点，老叶片型面损失较大，效率降低。因此，西门子重新设计了压气机前两级叶片型线，使压气机重新工作在设计点，型面损失降到最低；2.修改第四级透平动叶片：同样由于SGT5-4000F(4)燃机排气流量增加，透平出口处排气管道中的
17、螺旋气流增大，导致能量损失增加。为改善透平排气，修改了第四级透平动叶片的扭转角度；3.增加液压间隙优化装置HCO (Hydraulic clearance optimization)：燃机启机时，由于转子叶片受热快，热膨胀比气缸快，为避免叶片顶端与缸体相碰，需在设计之前预留一定间隙，这样就会导致燃机稳定运行时，叶片顶端与气缸之间间隙增大 为避免燃机稳定运行时的叶顶间隙泄露，减小间隙损失，增加燃机出力，SGT5-4000F(4)燃机新增液压间隙优化装置，此装置在压气机端推力轴承上安装了10只小液压活塞，燃机稳定运行时，控制系统就会自动完成转子的移动，将转子向压气机端拉大约3mm，以减小透平叶片同
18、缸体之间的间隙；在转子故障的情况下，液压系统会自动回复到原来位置。此装置一定程度上提高了燃机的效率和出力。4.改变进口可调导叶执行机构：为了提高燃机最低持续运行负荷的范围，SGT5-4000F(4)燃机改进了进口可调导叶执行机构的结构，使进口可调导叶的旋转角度增大。5.燃烧室改进:为了提高燃机出力，除了提高压气机质量流 量，西门子同时对环形燃烧室也进行了改造，包括改进了燃烧器，改进了隔热瓦的固定形式，将燃烧室壁的冷却空气份额减少，专用于燃烧过程，以提高功率。6.改变转子中空轴结构:西门子SGT5-4000F型燃机采用单转子结构，压气机同透平之间通过带Hirth齿的中空轴相连。为改善燃机对大型铸
19、锻件的依赖，降低采购周期，在SGT5-4000F(4)型燃机中，西门子将次中空轴用三个扭力轮盘替代，轮盘具有Hirth端面齿，材料和压气机最后一级叶轮的材料相同，分体结构同时改善了中空轴的热惯性，对中空轴本身的热应力有改进。余热锅炉余热锅炉（HRSG）在国外被称为热回收蒸汽发生器（Heat Recovery Steam Generators）,是利用废气，废液等各种工艺介质中的物理热或可燃质作为热源的锅炉，在中国习惯叫余热锅炉。在联合循环机组中余热锅炉系统的作用是回收燃气轮机做完功后的高温排气，利用余热加热水生产蒸汽，来推动汽轮发电机组发电，这样可以充分提高燃气-蒸汽联合循环机组的效率，节约能
20、源。余热锅炉的受热面是由省煤器、蒸发器、省煤器、蒸发器、过热器以及联箱和锅筒等换热管排和容器过热器以及联箱和锅筒等换热管排和容器等组成等组成的，在有再热的蒸汽循环中，加装再热器。在省煤器中，完成对锅炉给水的预热任务，使给水温度升高到接近于饱和温度的水平;在蒸发器中，使给水变成为饱和蒸汽;在过热器中.饱和蒸汽被加热升温成为过热蒸汽;在再热器中，再热蒸汽被加热升温到所设定的再热温度。余热锅炉实际上是一个复杂化的热交换器热交换器。常规锅炉是火力发电厂的三大主机之一，它的作用是使燃料在炉膛中燃烧成很高温度的烟气，烟气从水管外面流通时，把大部分的热量传递给管内的水，使之成为饱和蒸气，然后继续过热成具有一
21、定压力和温度的过热蒸汽，通过主蒸汽管道送入汽轮机。常规锅炉有两个主要系统，一个是汽水系统，另一个是燃烧系统。汽水系统由省煤器、汽包、下降管、蒸发器、过热器等设备组成。它的任务是使水吸收热量蒸发，最后成为具有一定过热度过热度的过热蒸汽。燃烧系统由燃烧器、炉膛、烟道及空气预热器等组成。而余热锅炉没有常规锅炉的燃烧系统，高温烟气则来而余热锅炉没有常规锅炉的燃烧系统，高温烟气则来自燃气轮机的排气。自燃气轮机的排气。余热锅炉本体设备：炉膛、汽包、过热器、省煤器、蒸发器 炉墙和钢架辅助设备两大部分组成：高压给水泵、中压给水泵、烟气脱硝（SCR）、低压省煤器再循环泵、烟气热网加热器、连续排污扩容器、定期排污
22、扩容器等组成余热锅炉分类 2022-8-1469按受热面的布置方式分立式、卧式。按受热面的布置方式分立式、卧式。此图为立式强制循环余热锅炉，类同我厂。立式锅炉：锅炉换热面由下至上、由高温到立式锅炉：锅炉换热面由下至上、由高温到低温布置。低温布置。卧式锅炉：锅炉换热面由前至后、由高温到卧式锅炉：锅炉换热面由前至后、由高温到低温布置。低温布置。随压力级数增加效率明显增加！按压力级数分类可分为单压无再热、双按压力级数分类可分为单压无再热、双压无再热、三压再热等！压无再热、三压再热等！按工作介质循环方式可分为强制循环与自然循环：强制循环锅炉就是锅炉中的介质在“锅”中的流动是靠外力来实现的，在下降管系统
23、内加装循环泵，以加强蒸发受热面的水循环。自然循环锅炉是靠水在“锅”中由于温度的影响下，因其密度的变化而产生循环动力，这就是自然循环锅炉。余热锅炉汽包内部装置与常规锅炉类似。蒸发器出口的汽水混合物经导管引入汽包，在多孔分离折流板进行汽水分离，分离出的水下落到水空间，汽向上流动，经洗涤器和钢丝网除雾器进一步分离水，然后蒸汽经蒸汽出口管通往过热器。汽包下部有下降管，在下降管入口处装有旋涡破坏器，防止蒸汽带入下降管。2022-8-1475 各受热面组件位于烟道内的管段采用鳍片管。由于采用螺旋鳍片管取代光管传热元件，其传热面积是光管传热面的510倍，可把传热系数提高2.5倍以上。因此，采用鳍片管可以使余
24、热锅炉体积小，结构更为紧凑。2022-8-1476汽轮机是将蒸汽的热力势能转换成机械能，借以拖动其他机械旋转的原动机。为保证汽轮机安全经济地进行能量转换，需配置若干附属设备。汽轮机及其附属设备由管道和阀门连成的整体称汽轮机设备。汽轮机运行时，工作蒸汽先在其喷管内进行膨胀，压力降低而速度增大，形成一股高速流，此高速气流喷射到汽轮机动叶片上，动叶片安装在许多分离的圆盘上，而圆盘固定在汽轮机轴上，从而推动转子转动，使蒸汽所携带的热能转变为机械能。汽轮机主要设备，一般包括汽轮机本体、附属设备及调速系统。汽机本体：汽缸 隔板 轴承 转子汽轮机辅助设备：凝汽器 凝结水泵 抽汽器 除氧器 加热器 凝结水精处
25、理装置调速系统 由于外界负荷的变化频繁，汽轮机必须有一套自动调节装置，以便根据外界负荷变化来控制调速汽门的开度，及时改变汽轮机的进汽量，使其功率随时与外界负荷相适应，保证转速在很小范围内变化，这套自动调节装置称调速系统。竣工移交机组竣工移交机组汽轮发电机的作用是将汽轮机转动的机械能，转变成电能，通过母线输送到电网。发电机工作的机理是通过励磁机对发电机转子产生磁场，通过转子的旋转，对静子线圈产生切割磁力线作用，从而在静子线圈上产生电流。发电机主要由转子、轴承、励磁机、密封油系统和发电机静子冷却水系统组成。循环水泵 水处理设备 电气设备：一次设备：是指直接用于生产、输送、疏导、分配和消耗电能的电气设备。它包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀开关、母线、输电线路、电力电缆、电抗器、电动机、接地、避雷器、滤波器等。二次设备：是指对一次设备的工作进行监测、控制、调节、保护以及为运行、维护人员提供运行工况或生产指挥信号所需的低压电气设备。如熔断器、控制开关、继电器、控制电缆、仪表、信号设备、自动装置等 电气主接线：根据电能输送和分配的要求，表示主要电气设备相互之间的连接关系，以及本变电站(或发电厂)与电力系统的电气连接关系
