燃气－蒸汽联合循环技术在内蒙古发电领域的首次应用
时间：2020-12-10 08:06:17 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
(1内蒙古电力工程技术研究院；
2北方联合电力呼和浩特金桥热电厂，内 蒙古 呼和浩特 010000)
摘 要：文章介绍了燃气轮机发电的发展过程、燃气-蒸 汽联合循环发电过程，同时详细介绍了苏里格2×150MW级燃气－蒸汽联合循环机组的主体设 备、发电流程以及机组的运行等具体情况。
关键词：燃气轮机；
联合循环；
9E；
布雷顿循环
中图分类号：TM611.31 文献标识码：A 文章编号：
1007—6921(2009)03—0207—02
燃气轮机技术 的在20世纪20年代进入工业应用，40年代在航空发电机得到较大发展，70年代在舰艇领域广 泛应用。从1939年瑞士推出世界上第一台发电用燃气轮机后，燃气轮机在发电领域也得到了 广泛应用，但由于它的排气温度过高，放热损失较大，使得其功率被限制为37％左右，为了 提高燃气轮机组的热效率，采用燃气－蒸汽联合循环技术，目前最新技术的联合循环机组热 效率达到了60％左右，而超临界燃煤机组也仅为40％左右。为此，国内外相应制造和投产了 许多燃气－蒸汽联合循环机组。90年代以来，随着天然气资源进一步开发，燃气轮机在发电 领域得到了迅速发展，目前已成为电网发电设备的重要组成部分。近几年，世界燃气轮机工 业迅猛发展， GE、SIMENS、西屋等公司均与航空发动机制造厂彼此联营，保证及时地把航 空领域的先进技术应用到发电领域。
苏里格发电有限责任公司位于内蒙古鄂尔多斯市乌审旗达布察克镇西6km处，地处苏里格气 田、榆林气田和乌审旗气田三个探明储量超过千亿立方米特大型气田附近，一期工程为2×1 50MW级燃气－蒸汽联合循环机组。这是内蒙古在天然气发电领域的首次尝试，也是中国首台 低氮燃烧-燃气机组。
1 机组主体设备及主要控制系统介绍
苏里格燃气电厂2×150MW供热机组新建工程，燃机为美国GE公司生产的PG9171E型燃气轮机 发电机组，锅炉为杭州锅炉厂设计制造的Q1021/535-159(30)＝-5.8(0.59)/513(260)型次高 压强制循环余热锅炉，汽轮机为南京汽轮机厂生产的LZN60-5.7/0.58型单轴单缸冲动凝汽式 汽轮机。
燃机部分控制系统采用GE公司开发设计的具有TMR(Triple Modular Redundant三冗余)技 术的MARK VI控制系统，它包括从信号的一次元件、控制系统、执行器等，组成的整套控制 系统可靠性高，而且自动水平高，就燃气轮机本身，完成可实现从启动、并网到负荷控制的 全自动，燃气轮机的运行很少需要运行人员干预。余热锅炉和汽机部分采用新华公司的XDPS 400＋集散控制系统，其完成对余热锅炉和汽轮机相关设备的控制，主要包括辅机的保护连 锁，各功能子组的程序启动和停止功能及模拟量调节控制系统。余热锅炉和汽机系统内的所 有辅机及阀门在接到燃机启动信号后按着控制要求动作，此部分的控制系统与常规的燃煤机 组没有什么本质区别。DEH采用英国欧陆公司的NETWORK-6000控制系统(南京科远代理)， 完成汽轮机启动、停止及转速控制、阀门切换、自同期控制、负荷控制，OPC保护，超速实 验，阀门实验，汽门严密性实验,补汽控制等主要功能。
2 燃气－蒸汽联合循环机组的发电过程
燃气轮机机组一般由压气机、燃烧室和燃气透平组成，燃气轮机发电原理不同与常规的采用 朗肯(RANKIE)循环的蒸汽轮机发电技术，它是采用布雷顿(BRAYTON)循环。主要是根据布雷顿循环原理将燃料的化学能通过透平-发电机系统转换为电能。机组 运行中主要存在四个热力过程。即压气机中的空气压缩过程、燃烧室中的燃气加热过程、透 平中的燃气膨胀过程，以及燃气轮机排气在大气中的放热过程。大气被压气机吸入进行压缩 ，达到一定的压力后进入燃烧室与燃料进行燃烧加热，形成高温燃气。最后具有一定压力的 高温燃气进入透平通过静、动叶片膨胀做功，由此带动发电机发电。做功后的烟气排到余热 锅炉，余热通过余热锅炉产生高温高压蒸汽进入汽轮机做功。如下图所示：
3 机组的启动、运行、停机
联合循环的启动的包括燃机的启动及余热部分的启动，燃机的启动涉及一些相关启动装置。
9E燃机的启动装置主要包括启动电机88CR,盘车电机88TG，液力变扭器，液力变扭器导叶调 整电机88TM,辅助齿轮箱，充油式半柔性联轴器等辅机。盘车电机与启动电机之间，通过柔 性联轴器相联，启动电机与液力变扭器之间，液力变扭器与辅助齿轮箱之间是通过靠背轮螺 栓相连(刚性连轴器)，辅助齿轮箱与燃机大轴(压气机)是通过充油式半柔性联轴器相联 。启动电机带动燃机启动，当燃机的进气流量达点火需求后，燃机点火完成(经1min的轻吹 过程)，燃机点火后继续升速，当燃机转速达自恃转速后，启动电机停运，其间，液力变扭 器导叶角度也按要求不断调整(通过88TM)实现。脱扣后，燃机转速在透平的带动下不断上 升，直至FSNL(FULL SPEED NO LOAD)。当发电机转速(频率)需与网频一致，机端电压及相 位皆与电网一致，通过出口开关52G的合闸操作(手动或自动)完成同期工作。机组并网后 ，所带负荷的大小及升负荷的速率根据汽轮机的状态(冷态、温态、热态)控制在燃机旋转 备用负荷和燃机基本负荷(燃机透平叶片材料所决定的燃机连续运行所能承受最高燃机负载 )之间。汽轮机的启动与常规燃煤机组的汽轮机启动方式完全相同。
联合循环机组停机包括燃机停机和汽机停机。燃机停机分为正常停机和紧急停机两种工况， 正常停机是由运行人员手动发出停机命令或由于机械或调节问题而不需紧急停机，由保护装 置发出自动停机命令。紧急停机是通过运行人员按下紧急停机按钮或在某些较为严重的故障 情况下，由保护装置动作来实现机组跳闸。燃机故障跳闸的情况较多，主要由振动保护、燃 烧检测、超温、超速、熄火、滑油压力、滑油温度、进气压降、燃油截止阀前压力等方面引 发。汽轮机的停机也分为正常停机和紧急停机，完全相似与燃煤机组的汽轮机停机过程。
4 机组的负荷控制
机组的负荷控制包括燃机负荷控制和汽机负荷控制。在汽机负荷控制系统中，DEH具备开环 和闭环两种控制方式去改变或维持汽轮发电机的负荷。开环控制根据转速给定值及频差信号 确定阀门的开度指令。该种方式即阀位控制方式。在采用阀位控制模式时可以组态辅助控制 为低汽压限制。在这种情况下可以满足滑压运行，在升负荷时或转速下降时开大调节汽门， 进汽压力随之下降。当压力滑至限制值时不再下降 ，限制调门开度(辅助控制与转速控制为 低选)。若需要定压运行可投入串级控制控制系统根据串级设定控 制调门前进汽压力为定值 。闭环控制则以汽轮发电机的实发功率(或汽轮机的调节级压力)作为反馈信号进行负荷自动 调 节。该种方式即为功频控制方式。在正常的联合循环运行过程中，汽轮机负荷不能直接 控制，蒸汽循环部分必须尽可能地回收燃气轮机排出的余热，生产出尽可能多的电力。蒸汽 循环部分对燃气轮机的负荷变化具有较高的动态响应，燃气轮机负荷的变化直接地被汽轮机 相对应的负荷变化跟踪，联合循环运行负荷变化是按电网调度指令通过改变燃气轮机的负荷 实现的，汽轮机无须直接控制。在联合循环运行的负荷变化过程中，锅炉烟气挡板不参与控 制锅炉蒸汽的输出，也即不参与调节汽机负荷变化。烟气挡板只用于联合循环启停和汽轮机 跳闸停机时锅炉保护。
5 机组投产的意义
在目前电量消费快速增长的同时，电力负荷特性也有明显的变化。以建筑物用电为主的三产 和民用用电使电力负荷出现季节性高峰特点。电力峰谷差将加大，季节调峰和分时间调峰问 题日益突出，因此在对电力调峰能力的需求将成为电力消费需求增长的重要特征。苏里格发 电有限责任公司#1、#2机组是内蒙古电力公司独资建设的第一个调峰电源项目，在提高内蒙 古电网安全运行水平方面起着重要作用。同时该机组也是中国首台采用DLN-1低氮燃烧技术 燃气机组，内蒙古自治区第一套燃气－蒸汽联合循环发电机组，这在调整自治区电源结构， 发展绿色能源方面具有重大的战略意义。该项目填补了内蒙古自治区燃气发电的空白，将为 内蒙古自治区及京津冀地区提供稳定的“绿色”天然气电力。同时也为内蒙古自治区培养和 锻炼一支具有相当素质的燃气轮机发电领域的管理和技术队伍。为内蒙古电科院今后承担建 设同类型以至更大装机容量机组打下坚实的技术基础，同时也提供了丰富的施工经验。
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