燃机电厂电气设计特点.docx

燃机电厂电气设计特点东北电力设计院马晓静【内容提要】当今燃气—蒸汽联合循环电厂的应用正在世界各地迅速发展。本文根据燃机电厂的特点在对燃机电厂电气方面的特殊性进行探讨的基础上提出电气设计的特点。燃机电厂的应用前景广阔其电气设计原则的研究将为此类电厂的建设提供参考。【关键词】燃机电厂；电气设计。1前言燃机电厂为燃气轮机发电厂的简称它是洁净发电技术的一种体现。燃机发电厂的燃料为天然气、燃料油或工业伴生气等由于燃烧完全其燃烧生成排放物对环境影响少噪音污染小；又因燃机电厂具有装机快、体积小、投资省、效率高、运行成本低和寿命周期较长等优点目前市场应用非常广泛。在国内由于国家“西气东输”工程的政策实施引进液化天然气和管道气项目也在全面开展因此我国的燃机电厂项目也进入了一个新的发展时期。燃机电厂的电气部分具有与燃煤机组不同的特征本文将重点分析其中某些特征探讨针对性的设计观点。另外鉴于我国目前燃机机组多数承担调峰任务所以本文讨论也针对具有调峰功能的联合循环燃机机组进行分析探讨。2燃机电厂基本流程燃机电厂有简单循环和联合循环两种类型。简单循环的通流部分由进排气管道和燃气轮机的三大件即压气机、燃烧室、透平组成。压气机从大气吸入空气并把它压缩到一定压力然后进入燃烧室与喷入的燃料混合、燃烧形成高温燃气具有做功能力的高温燃气进入透平膨胀做功推动透平转子带着压气机一起旋转带动发电机做功输出电能从而把燃料中的化学能部分地转变为机械功燃气在透平中膨胀做功而其压力和温度都逐渐下降最后排向大气。为了实现高效率低能耗燃气轮机又可组成联合循环。联合循环的基本流程是在上述简单循环的基础上进行的。将简单循环中燃气轮机的高温排气（9E为538℃9F为609℃左右）经过烟道排入余热锅炉（HRSG）应用热交换器原理加热锅炉中的给水产生高温高压的蒸汽进入蒸汽轮机做功并带动蒸汽轮发电机发电。在燃机的联合循环中又有单轴布置和多轴布置之分：单轴布置：一台燃气轮机与一台容量匹配的汽轮机共同带动一台发电机而且它们组装在一根主轴上的布置。多轴布置：每台燃气轮机和每台汽轮机驱动各自发电机的汽轮机和燃气轮机的一种布置。这种布置允许一套以上的燃气轮机/余热锅炉装置与一台汽轮机相连接。燃机电厂中还有以下两个重要概念：ISO条件：温度15℃海拔零米相对湿度60％1标准大气压带基本负荷。2拖1、3拖1或4拖1：用于燃机联合循环中用数字表示为2+2+1、3+3+1、4+4+1第一个数字表示燃气轮机发电机组的数量第2个数字表示余热锅炉的数量第3个数字表示汽轮发电机组数量。3燃机电厂电气部分的特殊性：本文将主要针对我国应用较广的GE公司的9E和9F系列的燃机进行分析。3.1燃机发电机容量选择燃气轮机的一个显著特点是其性能随周围空气温度的变化而改变。当机组所在地点不变时大气压力的波动是很小的而大气温度一年四季变化很大可在五、六十度以上。当大气温度下降时空气比容会减小压缩过程所需消耗的压缩轴功率将随大气温度的下降而不断减小。由于燃气轮机出力的2/3供给压气机因此压气机轴功率的减小相当于增大了燃气轮机传递给发电机的出力。对于制造厂生产的系列燃气轮机而言其额定出力都是以ISO工况标称的。因此燃气轮机安装在不同的地点时应根据安装地点的气象条件核定燃气轮机的额定出力。从图1可以看出周围环境是如何影响出力、热耗率、耗热量及排气流量的。每种机型都有自己的温度影响曲线。它受循环流质的参数和部件的效率以及空气的质量流质的限制。图1燃机性能受周围环境温度影响的曲线由图1可知当环境空气温度为－18℃时燃机的出力可达ISO工况下额定出力的1.2倍；当温度为＋49℃时燃机的出力又为ISO工况下额定出力的0.8倍。因此燃机的额定出力根据环境温度的不同在一个范围值内变化。鉴于发电机的额定出力是一个固定值因此在选择燃机发电机的额定出力时应使发电机的额定出力和燃气轮机的额定出力变化范围相互协调。使发电机的额定容量既不能限制燃气轮机的出力又不能选得过大造成浪费。燃气轮机发电机的出力有多种定义例如在GB/T15135-1994中发电机即有“额定容量、标准额定功率、最大连续功率、尖峰功率、极限出力”的相关术语此处仅对其中经常使用的“额定容量”和“最大连续功率”的选择加以分析。根据相关文献燃气轮机发电机的额定容量的定义为：“在额定频率、额定电压、额定功率因数和额定氢压（如用氢冷）以及预定运行的年平均气温和初级冷却介质温度条件下电机的温升和温度不超过规定值时发电机出线端的有效连续视在功率”。简单循环的发电机的额定容量应与燃气轮机现场额定出力配合选择。这样的配合原则可以保证发电机的额定容量在全年的大部分时间之内与燃气轮机的额定出力范围相匹配。单轴配置的联合循环机组发电机还应计及同轴汽轮机相应的功率多轴配置联合循环机组中汽轮发电