燃气轮机发电机组

燃气轮机发电机组

由燃气轮机和发电机组成的发电动力装置。与汽轮机发电机组相比,这种机组结构比较简单,辅助设备较少,因而投资、占地、发电成本都较前者低。加上燃气轮机体积小,重量轻,起动快,不需要大量用水,所以,70年代以来这种机组在电力工业中的应用发展较快,每年的增长率达14~21%。燃气轮机发电机组的局限性是原则上燃用油和气。80年代中期以来正在研究开发燃用煤等固体燃料的技术。

燃气轮机发电机组的技术特点是:①燃气初参数高,初温可达850~1100℃,压比为8~11。②机组起动快,机动性好。小型机组通常可在15秒到2分钟内冷态起动到满负荷运行;5万千瓦机组也只需要5~8分钟。③运行可靠并且经济性好。机组可靠系数达95.5%以上,热效率为24~30%(简单循环)。基于以上这些特点,燃气轮机发电机组在电力系统中承担调峰和紧急备用。如其容量占系统总容量的15~20%,则基本上能满足系统中尖峰负荷的调峰需要,从而可使系统中承担基荷的机组长期处于经济工况运行。同时,也降低电站的投资、安装、维护和管理等费用。近来还开发了压缩空气蓄能机组。

分类与组成 燃气轮机发电机组常用类型有两种:单轴机组和分轴机组。单轴机组由压气机、透平、燃烧室和发电机4部分组成;分轴机组由压气机、燃烧室、高压透平、低压透平和发电机组成。分轴机组的压气机、燃烧室及高压透平的安排与单轴机组相同,即高压透平与压气机联在同一根轴上。压气机、燃烧室及高压透平叫做燃气发生器。低压透平称为动力透平,它发出的功率拖动发电机组工作。分轴机组与单轴机组最大的差别是压气机轴与负载轴分开,高、低压透平之间只有气路连接,没有机械联系。

工作原理 大气中的空气被吸入到压气机中压缩到某一压力(一般不低于0.3MPa),压缩后的空气被送入燃烧室,与喷入的燃料(油或天然气)在一定压力下混合燃烧 ,产生高温燃气(温度通常高于600℃),高温燃气被送入燃气轮机的透平膨胀做功,直接带动发电机组发电,最后废气被排入大气。机组中,压气机由燃气轮机直接驱动。燃气轮机的总功率减去压气机消耗的功率才是机组的发电功率。随着装置效率的不同,发电机的功率通常为燃气轮机功率的1/3~1/5。

燃气轮机发电机组的热力循环方式有3种:①开放式。这种方式简单、可靠、制作方便,燃气轮机发电机组多采用这种方式。但它的热效率低。②封闭式。特点是工质与大气隔离,工作参数不受大气条件影响。但设备较复杂,一般不适于承担尖峰负荷。③联合循环。即将蒸汽循环和燃气循环予以组合,采用一台增压锅炉代替燃气循环中的燃烧室。增压锅炉产生的燃气到燃气轮机做功,产生的蒸汽到汽轮机做功。由于燃烧是在高压下进行,故燃烧和传热效果都比较好,锅炉体积可以缩小到1/5~1/6,节省大量金属材料。

燃气轮机发电机组的热力循环基本上采用 3种热交换方式:①回热式,即将燃气轮机的排气引入回热器,利用它对进入燃烧室之前的压缩空气进行预热。采用回热的机组一般可节省燃料25~40%。②再热式,即将一台高压燃气轮机的排气引入一台低压燃烧室内重新加热到高温,然后进入另一台低压燃气轮机中膨胀作功。这提高了工质加热的平均温度,增加工质的可用热焓降,同时为燃气轮机装置的分缸和分轴制造提供了有利条件。③中间冷却式,即将一台低压压气机出口的空气引入冷却器冷却到较低温度后,再进入一台高压压气机内继续压缩。在分段压缩过程中采用中间冷却可减少空气在压缩过程中所消耗的功率,因而相应地提高了燃气轮机的输出功率。

再热循环和中间冷却循环通常和回热循环同时采用。这样可有效地提高机组的热效率。 提高热效率的有效途径是:①提高燃气初温,一般每增高10℃,机组的热效率大约提高

1.5%。②适当地增大压缩比。③采用多段回热、再热和中间冷却的热力循环方式。④提高设备的内效率。燃气轮机的内效率每变化1%(相对值),整个机组的热效率将变化3~4%(相对值);压气机的内效率每变化1%,整个机组的热效率将变化2~3%。⑤降低管道的压力损失。在机

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