天然气技术发展.docx

天然气技术发展一、 天然气技术概况天然气发电的流程和使用的设备与燃煤电厂不同,燃煤电厂生产流程是:煤炭水—*■ 锅炉 "蒸汽轮机 "发电机—”外输电天然气发电生产流程为：天然气 ■燃气轮机发电机组 》 发电软化水 • 废热锅炉 蒸汽轮机发电机组燃气轮机排气温度可高达430°C以上，通过废热锅炉产生的蒸汽 既进一步用来发电, 也可用来供热, 提高了热效率世界上利用天然 气发电普遍采用燃气一蒸汽联合电厂(CCGT)电厂的形式天然气发 电热效率较高，燃煤电厂的热效率仅为35%〜38% ,而燃气一蒸汽 联合循环电厂的热效率则高达50%〜60%现有火电厂可改用天然气 做燃料燃煤电厂改造为燃气电厂， 在环保、节省人力、运输及工业 用水费用等方面均有显著效益天然气联合循环发电及其热经济性天然气联合循环发电机组自二十世纪 90年代开始在我国逐步应 用与推广，现已积累了一定的建设和使用经验由于天然气联合循环 电厂的一些独特优势，从环境保护、提高能源效率出发，发展天然气 联合循环机组是合理的与燃煤电厂相比，天然气联合循环电厂具有投资少、对环境污染 小、整体循环效率高、调峰性能好、占地少、建设周期短、厂用电率 低、耗水少、可用率高等优点。

缺点是对燃料要求较高，上网电价偏 高当今，在世界范围内，燃气轮机及其联合循环发电的市场份额在 40%~60%1.1 天然气联合循环的基本理论自二十世纪50年代开始，国外的蒸汽轮机技术是与燃气轮机发电 技术同步发展的随着各自热力参数的提高，蒸汽轮机和燃气轮机的 单机容量和供电效率都已获得了巨大的发展表2-1中给出了我国蒸 汽轮机发电机组的技术参数从中可以看出，随着主蒸汽参数的提高， 其供电效率和供电煤耗的改善情况表2-1我国玻汽轮机笈电机组的技术参数单机容ft(MW)蒸汽姿数供电煤荘9效率压力(MPa)温.度煤耗(g/kWli)平均煤耗Cg/kWh)供电效率(%)煤耗降低率(%)62.34435600~8DD70017.5510012-233.434355D0-51050524.3372.1450-100S.S3535391-42940930.0458.4312512.75550/55D382-3S638431.9954.862D012.755501550376^38838232.1654.5730016.255D/55D376-38237932.4254.14600引进机鲍33137.1247.25表2-2中则给出了国外某些燃气轮机发电机组的技术参数。

从中可以 看出：目前，燃气轮机发电机组的单机容量已经达到200MW以上，其 供电效率也已提高到35%~41.57%，它不仅能作为调峰机组使用，而且 也能承担基本负荷舍申称机组型号ISO星水功率压比理气初温c\?>供电效瘵1 %）单俭优价姜元他V7GE境电PG9231(EC)169.014.212SS34.931S3PG9231(FA)226.515.0126D35.661SSABBGT13E2164.315.035.71210GT26240.030.0131035.79204Siemens(KWU)V64.3A70.016.613103S.81319VS4.3A170.016.6131038.00V94.3A240.016.6142738.00198西屋501G235.219.2134939.00ISO70 IF236.715.6116036.771S7GE船用与「.业LM6000-R^41.229.639 78296R-R金司Ti-ent51.1935.0121141.57304普惠FIS25.422D.33S.13362从表2-1和表2-2中可以发现：目前，蒸汽轮机和燃气轮机发电机 组的供电效率都已达到40%左右的水平。

为了进一步提高发电机组的 效率，可以发展超临界参数（30MPa/600°C/600°C以上）的蒸汽轮机 技术，但这对效率的显著提高作用也是有限的而将蒸汽轮机循环与 燃气轮机循环彼此结合起来，就可以创造出效率更高的发电设备这种可能性确实是存在的从热力学基本定律可知，热力循环的 理想热效率只取决于循环的吸热平均温度T1和放热平均温度T2,提高 T1和降低T2都可以提高循环的热效率理想热机的循环热效率可表达为£燃气轮机是一种应用广泛的动力机械，其吸热平均温度T1较高近年来随着材料和冷却技术的发展，燃气轮机初温（进口温度）t3在不断提高，大约每年增加10C~20C，发电用大型地面燃气轮机初温已达1280°C，这种简单燃气轮机装置热效率约为 33%~40%目前采用现代科学技术的气冷叶片可使燃气轮机初温 提高到1370C~1500C，使燃气轮机循环热效率得到进一步提高 大于40%但是，燃气轮机的排气温度t4约有450C~600C，大量 的热能随着燃气排入大气，又由于初温受到材料耐温的限制而使 简单燃气轮机循环的热效率不可能达到很高的数值而对于纯蒸 汽动力循环来说，由于材料耐温耐压程度的限制，汽轮机进汽温 度不可能很高，目前，一般为540C~560C。

但是，纯蒸汽动力 循环具有一个明显的优点，即其循环放热平均温度T2很低，一般 为30C~38C近几十年来，蒸汽动力循环采取了回热再热等措 施，使其循环热效率有了较大幅度的提高，但目前，其装置热效 率一般也不超过41%可见由于吸热平均温度T1不高，故要期待 纯蒸汽动力循环装置的热效率有大幅度提高是不可能的怎样才能进一步提高循环热效率呢？我们利用简单燃气轮机 循环吸热平均温度高和纯蒸汽轮机循环平均温度低的特点，各取 所长，把这两种循环联合起来组成天然气联合循环，此循环具有 较高的吸热平均温度和较低的放热平均温度，根据热力学原理， 其循环热效率就会很高，这就是天然气联合循环燃气-蒸气联合循环型式很多，有无补燃型联合循环、有补燃 型联合循环和增压锅炉型联合循环等图2-1所示为最基本联合 循环形式其基本过程是燃气轮机排气送入余热锅炉用以产生水 蒸汽，水蒸汽引入汽轮机中做功，汽轮机排汽再进入凝汽器中放热这样即增回了总输出功率，又利用了燃气轮机和蒸汽轮机各 自的优点，使整个循环的热效率得以提高图2-2中给出了三种 典型联合循环方案的温熵图排气I抽汽（燃气空气一二81-JK气机 廿燃焼室冃-慕汽透平吐发电机3-熾气選平 1-余热蹒炉|V|燃气-蒸汽联合循环基本形式7-血汽能 4洽水加热器显然，联合循环的实质就是把燃气轮机的“布雷顿循环”与蒸汽轮机的“朗肯循环”叠置在一起，组合成为一个总的循环系统而已。

图2-2中的1-2-3-4-1表示燃气轮机的实际循环过程； 6-7-8-9-10-6 表示蒸汽轮机的实际循环过程在无补燃的余热锅炉型方案中，由燃 气轮机排气的冷却过程4-5释放出来的热能，被用来把蒸汽循环中的 给水，从工况点6起始加热升温，经历过程6-11-7-8-9，变为具有一 定压力的过热蒸汽在该方案中蒸汽的初温T9必然受到燃气轮机温度 T4的限制，即T9〈T4,而且蒸汽量也是有限的，因而，机组的总输出 功率是不可能很大的一般来说，蒸汽轮机的功率大约是燃气轮机功 率的50%左右在有燃料补充燃烧加热到T12,进而被冷却降温到T5, 由此释放出来的热能被子用来加热给水， 使之也经历过程 6-11-7-8-9，变为压力和温度更高的过热蒸汽在该方案中由于 T12〉T4,因而蒸汽的初温T9可以高于T4 （即蒸汽初温不受燃气轮机排 气温T4的限制），而蒸汽量可以大幅度地增加显然，那时蒸汽轮机 发出的功率可以剧增，它能比燃气轮机的功率高2~6倍左右在增压 锅炉型方案中，燃气轮机的燃烧室是与蒸汽循环中的增压锅炉合二为 一的，因而由压气机送来的温度为T2的空气，着先在增压锅炉中被加 热到T13，进而经放热过程13-3释放出来的热能被用来加热给水，使 其经历过程11-7-8-9变成过热蒸汽，供蒸汽轮机使用。

至于增压锅炉 中的燃气在温度降低到T3后，将被送到燃气轮机中去膨胀作功当然， 燃气透平的排气在T4温度下被用来加热给水，使其沿过程线6-11升 温这就是燃气蒸汽联合循环热力过程的大致情况自二十世纪50年代初开始实现上述燃气蒸汽联合循环方案以来， 余热锅炉型的联合循环获得了突飞猛进的发展，特别是近几年来，发 展的趋势更加明显表2-3中给出了某些联合循环发电机组的性能参 数2-3 1些联合狮耳世电机组的fl. fit辱&机粗須号HO 功供电感率英元比wGE踰电S- 10&EC259.65351 fr MSPD01ECS- 10&FA343.554 J81 fr MS9001FA255S-209FA700.S55.12 會 MS9001FA238ABBKA13E2-1241.6525IfT 1SE2-如1攥汽轮饥KA13E2-1244.253 JOlfr 1SE2 -汕茂汽轮札2S2KA13E2-2490.85332 fr 13E2 -汕遵M轮饥KA13E2-3737.353.43fr 1SE2 -汕茂汽轮札255KA13E2-49S3.55354 fT 13E2 -KA26-1361.556P1 會 GT26262KA26-2725.957.12 ff GT26SieiueiuKWU&DU1P4.2235.051P1 fr W4.2255GUDIS.94 3 A354.05721 fr W4.3A1 晳 1 501F250.554 J81 ff 501F1 此 1 501G24S.S5SJ01 fr 501G2X 1 501G697.658J02 ff 501G从表2-3中可以看出，联合循环的单机功率已达到350MW，供电效率则已超过54.8%（近期内有望提高到58%），远远领先于任何形式的 发电设备，并能装备成为承担基本负荷的大功率电站。

加上这种设备 的投资费用比较低、设备简单、占地面积小、建设周期短，因而更加 具有广泛使用的潜力据不完全统计，到1990年底，全世界已经投入运行的烧天然气的联合循环发电机组的总功率为14019MW, 1991年到1 9 96年之间，估计投入运行的这种新机组容量的总和不会低于 27400MW而烧油和烧天然气的燃气轮机及其联合循环的装机容量则 已高达4亿KW目前，全世界每年增长的发电容量中，有35%~36%系采 用天然气联合循环机组，而美国则为48%应该说：在今后世界电力 工业的发展历程中，燃气轮机及其联合循环的发电机组必将成为一个 重要的组成部分，它的作用也将日益增升1.2 天然气联合循环的分类燃气蒸汽联合循环就是在进一步提高发电效率、降低煤耗，减少 污。