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技术解释

◆燃气轮机的发电流程是从大气中抽取大量空气经过滤器过滤后，进入压气机进行压缩，压缩后的空气进入燃烧室与燃料混和燃烧，产生高温烟气推动燃气轮透平带动发电机发电。

这就是燃气轮机循环系统。

燃气轮机由空气进气系统、多级轴流式压气机和燃烧系统、燃气轮透平与排气室组成，燃料主要为天然气、轻柴油、重柴油与重油。

◆QD128燃气轮机是由沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司、中国航空第一集团公司沈阳发动机设计研究所、西安航空发动机（集团）有限公司在某型航空发动机的基础上合作开发、由特威特成套的国内第一台拥有自主知识产权的燃气轮机机组。

QD128燃气轮机曾在2000年十一月举办的中国第三届珠海航展出，获得了广泛关注。

并先后于2002年和2005年，安装在中原油田文留厂以及及大庆油田北压电厂，前者已经投入商业运行。

◆3.现在有运行业绩的50Hz大型燃气轮机为GE和阿尔斯通公司的9E、9EC和9FA，西屋和三菱重工的701D和701F，西门子公司的V94.2，V94.2A和V94.3A，ABB公司的GT13D、GT13E2和GT26等四大类型燃气轮机。

目前在建的和已经投入运行的50Hz大容量联合循环发电机组，使用的全部是以上燃气轮机。

燃气轮机以空气为工作介质，空气的温度和比重随厂址条件而变化，国际上规定环境温度为15℃，大气压力为101.3kPa，相对湿度60为ISO工况（即标准工况），制造厂按ISO工况设计制造燃气轮机。

当大气温度和大气压力超过ISO工况时，燃气轮机的发电出力和效率都要下降，其中发电出力的降幅较大。

燃气轮机的起动时间很短，一般从起动到带满负荷不到30min。

如果加上联合循环的蒸汽部分，在热态下起动，也不超过70min。

所以在停机后采取保温措施，机组可以迅速起动带负荷。

燃气轮机利用压气机进气导叶的开度来调节空气进气量，调节范围为100～70。

当负荷小于70，只能通过控制燃料来控制燃气轮机的出力。

所以燃气轮机低负荷运行时，效率大幅度下降，带50负荷时效率下降5～7个百分点，故燃气轮机不适宜于带部分负荷运行

经过多年的发展，世界上先进的重型燃气轮机中，由于在压气机通流部分大都采用了先进的三元流动理论和可控涡技术，具有大流量、高压比的特点；

燃烧技术主要向高效低污染物，火焰温度可控制在1670~1900kw范围内，以控制CO和Nox的排放；

透平叶片采用了先进的材料和叶片冷却技术，使进口温度大幅度提高，GE的9G和9H型燃机透平的进口温度已达到1430℃；

由于透平通流部分采用完善的三元流动理论进行设计，大大减少了燃气的流动损失，提高了级效率和作功能力；

燃气轮机采用了复杂的回热循环，提高了燃气轮机的循环效率；

在燃气-蒸汽联合循环中，采用多压蒸汽循环，余热锅炉中增加了传热面积，获得比单压蒸汽循环更高的效率，提高了燃气轮机排热量与机械功的转换率；

用于燃气-蒸汽联合循环的汽轮机技术的发展，更加适应燃气轮机联合循环多压补汽、快速启动的要求。

如：

SIEMENS公司开发的H—E型汽轮机的高压内外缸均为整体圆筒结构，中低压合缸具有水平中分面和轴向排气口，低压未级动叶长度为1067mm-1284mm。

在全球具有代表性技术特点的重型燃气轮机制造业，目前主要有四大厂商：

美国的GE公司，法国的ALSTHOM公司、德国的SIEMENS公司、日本的MITSUBISHI（三菱重工）。

虽然美国GE公司、德国SIEMENS和日本的MITSUBISHI（三菱重工）E200MW级IGCC电站的运行经验，但在氢气轮机方面的研究都还处于起步阶段。

目前我国还没有自主知识产权的、成熟的重型燃气轮机技术，要从现有基础开始，走完重型燃气轮机设计、制造、运行的全过程，从所需时间和费用上都是不现实的，也无法满足市场需要。

虽然一些制造厂家与外商签订了一些合作生产协议，但外商们一般都不转让设计技术，即使制造技术，目前也只同意转让不超过70％,且费用高、台份多、跨度时间长，不能实现大型燃气轮机联合循环发电机设备的全部国产化。

虽然在燃气煤气的燃气轮机技术方面，国内已有成功改造6B燃气轮机的经验，但对更大容量燃用煤气的燃机尚无经验。

在氢气轮机领域更属空白。

将来“绿色煤电”计划的机关领域，将考虑与国际先进燃气轮机企业合作的模式进行示范。

“绿色煤电”计划第一阶段采用德国的SIEMENS公司的燃气轮机技术。

◆

燃气轮机余热锅炉情况简介（杭州锅炉厂）

2009-07-2115:

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燃气一蒸汽联合循环发电是当今世界上发展极为迅速的一种高效、低污染发电技术，它己成为发达国家新建热力发电厂的首选系统。

燃气一蒸汽联合循环发电系统是由燃气轮机发电系统和锅炉蒸汽轮机发电系统所组成。

1．概述

燃气一蒸汽联合循环发电是当今世界上发展极为迅速的一种高效、低污染发电技术，它己成为发达国家新建热力发电厂的首选系统。

经过近三十年的研究和不断改进，联合循环发电不仅在效率上超过蒸汽发电效率（后者<=42％），而且在众多方面均体现出明显的优势。

它己成为全世界公认的具有发电效率高，调峰能力强，单位功率投资少，建设周期短。

占地面积小，污染程度低的新一代发电设备。

1．1原理及应用

燃气一蒸汽联合循环发电系统是由燃气轮机发电系统和锅炉蒸汽轮机发电系统所组成。

众所周知，锅炉一蒸汽轮机发电是利用高中压过热蒸汽（通常参数为3.82～16.7MPa，450～550℃）在汽轮机中作功转换成机械能，完成朗肯循环过程；燃气轮机发电系统是燃气在燃气涡轮机中经绝热膨胀作功的过程，这种热力循环又称布雷顿循环，它是由压气机将空气加压进入燃烧室，燃料燃烧后燃气在透平中膨胀作功，燃机将高温高压燃气的能量（通常参数约0．5～1Mpa1000～1300℃）转换成机械能。

在烟气温度降至500℃左右时排放，人们充分利用这两种热力循环的特点，把它们结合在一起，组成“联合循环”，使其具有较高的吸热平均温度和较低的放热平均温度，为提高电站热效率开辟了一条新途径，这是人类发电事业上继发明蒸汽轮机发电后技术上的又一突破。

目前燃气轮机发电在世界上已广为应用，其发电容量占世界总发电容量的11％。

近些年来，世界上发达国家常规联合循环发电得到快速发展；每年新增的联合循环机组总装机容量约占火电总新增容量的的40％～50％。

据报道，1981～1990年，世界各燃机制造公司共售出1661台燃机，总容量为54900MW，其中用于联合循环的占37．9％,1992年，这个比例上升为44．7％。

美国在1992～1996年中，新增火力发电厂总装机容量的38．5％是采用燃机联合循环的。

当今世界上单台燃机最大功率己达250MM，联合循环总功率达350MW。

能生产300MW等级联合循环厂家有GE、SIEMENS、ABB和ALSTOM等著名公司，联合循环电站效率高达58％以上。

现在燃气轮机正向着大功率、高燃烧温度发展。

联合循环采用三压再热循环机组，具有更高的机组效率和可靠性。

燃气一蒸汽联合循环已经成为世界上火电建设的重要组成部分。

我国早在六十年代就己开始关注这项技术的发展，由于工业技术、经济能力及能源政策等诸多因素的影响，这种高难度的大型设备在我国一直停留在研究状态。

近些年来，特别是改革开放以来，随着国民经济的发展和电力供应的需要。

燃气轮机发电机组在我国己开始投入使用并获得快速发展。

我国己陆续引进了几十套燃气轮机发电机组和联合循环系统，到1998年6月，20MW以上的燃气轮机发电机组及联合循环电站总装机容量为6268．9MW，占国内火电机组总容量的3．5％。

为联合循环发电设备在我国的推广应用建立了良好的条件。

1．2杭州锅炉厂开发燃机余热锅炉概况

1．2．1基础工作

杭州锅炉厂长期致力于燃机余热锅炉的研究和产品开发，早在七十年代中，就被原机械工业部定点作为我国余热锅炉的研究开发和制造基地。

并于1977年批准成立杭州余热锅炉研究所。

七十年代后期，我厂成功研制了燃机余热锅炉的高效换热元件及其关键非标绕制设备；八十年代初建成大型传热风洞试验台，进行了国产螺旋鳍片管的热力和阻力特性研究，获得了可普遍应用的热力和阻力计算准则方程式及其它研究结果，并通过了专家鉴定，为燃机余热锅炉产品开发创造了条件。

1．2．2产品开发概况

发展我国燃气一蒸汽联合循环发电技术，开发燃气轮机余热锅炉机组一直是国内动力行业梦寐以求的愿望，杭州锅炉厂在立足自我开发的基础上积极开展与国外著名公司的技术交往，分别与美国GE、法国ALST0M、英国R．R、荷兰NEM、比利时CMI、日本MHI等著名公司开展考察、交流、监造等活动。

八十年代中期，我厂在国家的支持下，通过技贸结合的方式与英国约翰·布朗（J．B）公司、荷兰斯坦特·法索（S．F．L．）公司建立了电力伙伴集团，合作为辽河、胜利、中原等油田及重庆江北电厂制造燃气轮机余热锅炉。

通过消化、吸收、创新，杭州锅炉厂具备了独立设计制造多种各类新型燃气轮机余热锅炉的能力。

迄今为止。

我厂自行开发的燃机余热锅炉己有13台（套），其中7台（套）己投入商业运行，包括配FT8双联轻型燃机的三压余热锅炉和配PG6551B型（Ms6000系列）的燃重油燃机立式余热锅炉。

如果计入与国外合作生产的己达24台（套），它们分别安装在广东的广州、深圳，江苏的无锡、苏州、常州，浙江的金华、瑞安、余姚、镇海，广西的柳州及天津等地。

与荷兰NEM公司合作生产的配PG9171E型燃重油立式余热锅炉也己于1998年投入联合循环试运行。

近十年来，杭州锅炉厂燃机余热锅炉技术开发能力得到迅速提高。

∙1990年，为广东汕头燃机电厂修复了法国斯坦因（stein）公司36MW燃气轮机余热锅炉并更换了大部分受压元件。

∙1991年，为深圳金岗电厂设计制造了我国首台23MW燃气轮机余热锅炉，开创我国独立设计制造联合循环机组余热锅炉的业绩，该锅炉一次投运获得成功，为用户创造了极好的经济效益。

∙1993年深圳金岗电厂向深圳市和国家有关部门申请建设国产50MW联合循环发电工程，并获国家经贸委批准立项。

我厂承担了其中配36MW燃机余热锅炉的研制工作。

该锅炉与国产pG6531B型燃气轮机相匹配，利用燃机排出的543℃烟气热能，产生压力为3．82Mpa、温度为450℃的过热蒸汽用于发电，锅炉蒸发量达65t/h。

这也是当时我国自行设计制造单台容量最大的燃机余热锅炉。

该锅炉于1995年1月投入运行，同年3月经浙江省机械工业锅炉产品热工测试中心测试。

结果表明设备性能达到了设计要求。

从1995年1月到1996年6月的一年半实际运行结果表明，余热锅炉累计工作近5000小时，发电5700万kW，启停363次,所带最大负荷15.2MW。

锅炉的主要技术性能和安全可靠性均达到国际先进水平。

机组的发电成功，实现了联合循环高效发电设备的国产化目标。

1996年7月。

国家经贸委、机械部、电力部在深圳召开了国产首台36MW燃机余热锅炉产品鉴定会，得到了各级领导和有关专家的肯定和赞扬。

∙1994年，我厂为无锡爱依斯一凯瑞克电厂设计制造了配美国TPM公司的FT8双联燃机的三压余热锅炉，它由中压和低压及除氧三部分组成。

该锅炉的试制成功，在技术上实现了从单压到三压的飞跃，并进入燃机余热利用的国际先进行列。

与此同时，我厂先后为余姚、苏州等地电厂设计制造了36MW的双压燃机余热锅炉。

∙1996年。

我厂与荷兰NEM公司合作。

为镇海燃机电厂300MW燃气一蒸汽联合循环电站制造了余热锅炉，该锅炉单件管箱最大重量达190吨，它的制造成功，为我厂研制开发更大容量的燃机余热锅炉打下了扎实的基础。

∙1996年，杭州锅炉厂在成功开发配燃天然气、轻柴油燃机的单压、双压、三压自然循环（卧式）余热锅炉后，为适应配各类燃重油燃机的需求，研制和开发了强制循环（立式）燃机余热锅炉，强制循环燃机余热锅炉的开发又为我厂燃机余热锅炉家族增添了一个新系列。

∙

1．2．3产品特点

我厂对产品的系列化和扩大燃机燃料的适用范围方面，进行了大量的研制开发工作，归纳起来主要有以下几个方面；

（1）锅炉压力等级

完成了从单压余热锅炉向双压、三压发展，锅炉自带除氧蒸发器。

实现锅炉压力的多级化，可提高能源的利用率；

（2）锅炉水循环方式

在自然循环卧式锅炉的基础上又开发了强制循环立式燃机余热锅炉，以满足不同用户的需求；

（3）燃料适用范围

燃机的燃料随着其来源和地域的不同而变化。

本厂己开发了适应燃轻油、天然气、重油、原油等燃料的燃机余热锅炉，以适应形势和满足用户的需求；

（4）燃机容量适应范围

从最初研制的8t／h，2.75Mpa余热锅炉，到配MS5000，MS6000系列及WH251B11型燃机的中压、次高压余热锅炉，并于1996年与荷兰NEM合作生产了MS9000型燃机余热锅炉。

杭州锅炉厂生产的燃机余热锅炉主要特点：

（1）采用优化系列设计。

标准单元模块结构，布置合理，性能先进，以实现高效节能；

（2）锅炉能适应不同燃料的燃机，能满足不同余热利用需求，在配不同燃料燃机的锅炉运行实践中，均达到了安全可靠，操作方便；

（3）锅炉能够适应燃机频繁启停要求。

调峰能力强，启动快捷：

（4）锅炉受热面采用本厂制造的高效换热元件一螺旋鳍片管，适应小温差、大流量、低[阻力的传热方式。

实践证明，本厂生产的该高效传热元件己达到国际同类产品水平，可替代进口。

（5）锅炉采用良好绝热保温结构，设置多层护板，严密性强，外形美观。

（6）锅炉组装出厂，安装方便，周期短。

杭州锅炉厂现己具备设计制造各种压力等级、不同容量的燃气轮机余热锅炉的能力，成为目前国内唯一一家有经验的能够设计制造各类燃机余热锅炉及成套供应厂家。

本厂供货范围：

从燃机出口到主烟囱为止，包括烟道系统，管路系统和各受压部件，辅机配件等。

杭州锅炉厂生产的36MW燃机余热锅炉产品受到国家和地方政府的高度重视，先后被国家科委列入1997年国家级火炬推广项目，并获得了杭州市科技进步一等奖和浙江省科技进步一等奖。

自然循环余热锅炉采用标准单元模块结构，由垂直布置的错列螺旋鳍片管和上下两集箱组成管屏，各级受热面管屏尺寸基本相似。

该结构适应能力强，便于布置受热面，检修方便，烟气压降小，能彻底疏排水。

2．2强制循环余热锅炉

本厂设计制造的强制循环燃机余热锅炉吸取了国外进口产品优点，露天布置，采用国际上流行的塔式悬吊结构。

该类型锅炉结构先进合理。

适于与燃用天然气、轻油及劣质重油的燃气轮机相配套，特别适应于快速启停。

对燃机负荷适应性强，占地面积小，运行性能稳定，操作方便，可确保联合循环发电机组的长期安全、可靠、高效、经济运行。

强制循环余热锅炉多为立式布置。

锅炉的烟气流程：

烟气经人口烟道、三通烟道和过渡烟道进入受热面管箱后自下而上，先后依次冲刷高低温过热器、高压蒸发器、高压省煤器和低压蒸发器。

最后经主烟囱直接排空。

锅炉的汽水流程也类似于自然循环，但高、低压下降管均设有两套强制循环泵（一用一备）。

高低压蒸发器内本循环动力由强制循环泵提供，确保水循环安全可靠。

这类炉型的低压锅筒也可兼作除氧水箱，并安置于锅炉钢架上，可简化管路系统，减少占地面积。

强制循环余热锅炉受热面按部件制成管箱形式出厂，管箱由穿过数块管板的水平错列布置的螺旋鳍片管及进出口集箱组成，在厂内组装成大型箱体，现场整体安装。

2．3卧式自然循环与立式强制循环余热锅炉对比如下：

卧式与立式燃机余热锅炉对比

项目

立式

卧式

水循环

强制

自然

启动时间

短

较长

占地面积

小

较大

结构

较复杂

简单

操作运行

较复杂

简单

厂用电

较多

少

燃料适应性

强

较弱

初投资

较高

低

3．典型炉型介绍

杭州锅炉厂开发的具有代表性的燃机余热锅炉介绍如下：

3．1配MS5000和MS6000系列燃气轮机自然循环余热锅炉

3．1．1配MS5000系列燃气轮机余热锅炉

该锅炉为带烟气旁路系统的单压余热锅炉，与PG5301型23MW燃气轮机相匹配，单层露天布置。

锅炉规范：

·燃机排气参数

流量410000kg/h

温度460℃

燃机燃料0＃轻柴油，油田伴生气

环境温度15℃

·锅炉设计参数

蒸发量40t／h

额定蒸汽压力2.75MPa

额定蒸汽温度390℃

给水温度105℃

锅炉本体受热面采用标准单元模块式结构，烟气水平依次流过高低温过热器、蒸发器和省煤器。

锅炉于1993年5月在深圳金岗电厂投运成功，通过了72小时试运行。

每天启停的运行工况表明，锅炉启停迅速，负荷调节灵敏，参数达到设计要求，最大蒸发量超过40t／h，完全能够适应燃气一蒸汽联合循环发电系统的运行要求和对锅炉压降的要求，锅炉运行简单，水循环安全可靠。

深圳金岗电厂是使用国产燃气轮机余热锅炉的我国第一座燃气一蒸汽联合电站，燃机和汽轮机为老机组，整个循环系统总投资约8个月可回收，企业年受益1600万元，缓和了当时区域电力供需矛盾，取得了良好的社会效益。

3．1．2配MS6000系列燃气轮机余热锅炉

该锅炉与PG6531B型36MW燃气轮机相匹配。

锅炉规范

·燃机排气参数

烟气流量491000kg/h

烟气流量543℃

燃机燃料0＃轻柴油，油田伴生气

环境温度15℃

·锅炉设计参数

蒸发量65t/h

额定蒸汽压力3.82MPa

额定蒸汽温度450℃

给水温度104℃

排烟温度185.4℃

锅炉本体结构形式与受热面组成与上述40t／h锅炉相同。

该余热锅炉于1995年3月由浙江省工业锅炉热工测试中心进行了热工测试，结果表明，锅炉本体性能良好，达到了设计参数，能满足联合循环运行要求。

装在深圳金岗电厂的这套燃气一蒸汽联合循环机组是我国首台全部国产设备组成的联合循环机组，这表明联合循环发电设备国产化已进入了一个新阶段，对我国电力事业的发展起广定的推动作用。

3．2配FT一8轻型双联燃气轮机的自然循环余热锅炉

配FT8轻型双联燃气轮机余热锅炉为带除氧蒸汽系统的三压余热锅炉。

锅炉规范

·燃机排气参数

烟气流量597600kg/h

烟气温度467℃

燃机燃料0＃轻柴油

环境温度15℃

·锅炉设计参数

蒸发量中压／低压59．2／11t/h

额定蒸汽压力中压／低压3．48／0．88MPa

额定蒸汽温度中压／低压435／230℃

给水温度／除氧器进水温度104／35℃

排烟温度～130℃

锅炉本体受热面仍采用标准单元模块式结构，受热面由中压高低温过热器、中压蒸发器、中压省煤器、低压过热器、低压蒸发器。

低压省煤器和除氧器组成，在中压高低温过热器之间设置喷水减温器。

该锅炉是国内首台带除氧蒸发系统的燃气轮机余热锅炉，国内产生的中压、低压蒸汽分别进入汽轮机的中压缸和低压缸作功。

此外在烟温较低处还布置了一组更低压力等级的蒸发器，产生的蒸汽用以加热除氧水箱中的来自冷凝器的冷凝水。

采用三压汽水系统结构复杂，但可更充分利用烟气热烙因而节能效果最佳。

这种联合循环机组设计发电效率可达到49％。

3．3配MS6000系列PG6551B型燃气轮机的强制循环余热锅炉

锅炉规范

·燃机排气参数

烟气流量514000kg/h

烟气温度538℃

燃机燃料180cst重油

环境温度15℃

·锅炉设计参数

蒸发量中压／低压65．6／10．2t/h

额定蒸汽压力中压／低压3．82／0．4MPa

额定蒸汽温度中压／低压450／151℃

烟气自下而上依次冲刷高？

低温过热器、蒸发器和省煤器，然后经烟囱排入大气。

鳍片管受热面水平错列布置，而各级受热面分成若干管箱，组装出厂。

采用喷水减温控制蒸汽温度。

◆燃气轮机的性能特点

2009-07-2217:

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现在有运行业绩的50Hz大型燃气轮机为GE和阿尔斯通公司的9E、9EC和9FA，西屋和三菱重工的701D和701F，西门子公司的V94.2，V94.2A和V94.3A，ABB公司的GT13D、GT13E2和GT26等四大类型燃气轮机。

现在有运行业绩的50Hz大型燃气轮机为GE和阿尔斯通公司的9E、9EC和9FA，西屋和三菱重工的701D和701F，西门子公司的V94.2，V94.2A和V94.3A，ABB公司的GT13D、GT13E2和GT26等四大类型燃气轮机。

目前在建的和已经投入运行的50Hz大容量联合循环发电机组，使用的全部是以上燃气轮机。

燃气轮机以空气为工作介质，空气的温度和比重随厂址条件而变化，国际上规定环境温度为15℃，大气压力为101.3kPa，相对湿度60为ISO工况（即标准工况），制造厂按ISO工况设计制造燃气轮机。

当大气温度和大气压力超过ISO工况时，燃气轮机的发电出力和效率都要下降，其中发电出力的降幅较大。

燃气轮机的起动时间很短，一般从起动到带满负荷不到30min。

如果加上联合循环的蒸汽部分，在热态下起动，也不超过70min。

所以在停机后采取保温措施，机组可以迅速起动带负荷。

燃气轮机利用压气机进气导叶的开度来调节空气进气量，调节范围为100～70。

当负荷小于70，只能通过控制燃料来控制燃气轮机的出力。

所以燃气轮机低负荷运行时，效率大幅度下降，带50负荷时效率下降5～7个百分点，故燃气轮机不适宜于带部分负荷运行。