燃气—蒸汽联合循环发电

燃气一蒸汽联合循环发电简介

天然气是绿色能源

天然气的主要成分是甲烷（CH4）,其分子由一个碳原子（C）与四个氢原子（H）组成。

天然气无色、无味、无腐蚀性，天然气燃烧生成水（H20）与二氧化碳（C02）,不产生灰、渣、二氧化硫等 有害物质，天然气是世界公认的清洁能源。

LNG就是液化天然气，液化后的天然气体积是气体形态的六百份之一，方便大量储存和远距离运输。釆

用LNG为原料，采用“燃气一蒸汽联合循环”技术来发电的电厂称为燃气一蒸汽联合循环发电厂。釆用天 然气发电可大大减少对环境的污染，釆用“燃气一蒸汽联合循环”技术发电，发电效率高达57%,燃煤电厂为40% 左右，发同样的电能C02排放量仅为燃煤电厂的40%左右。

燃气一蒸汽联合循环发电系统的 流程

这是燃气一蒸汽联合循环发电系统设备与生产流程图，显示了天然气发电的主要流程。

经过加热后的天然气进入燃气轮机的燃烧室，与压气机压入的高压空气混合燃烧，产生高温高压气流推动 燃气轮机旋转做功。

从燃气轮机排出的高温气体高达摄氏600度，进入余热锅炉把水加热成高温高压蒸汽。 高温高压蒸汽推动蒸汽轮机旋转做功，将内能转换成机械能。

燃气轮机、蒸汽轮机、发电机的转轴相互连接，同轴旋转，实现燃气轮机、蒸汽轮机同时推动发电机旋转 发电,这样的组合称为单轴系统。

燃气轮机概述

燃气轮机的原理与中国的走马灯相同，据传走马灯在唐宋时期其是流行。走马灯的上方有一个叶轮，就像风 车一样，当灯点燃时，灯内空气被加热，热气流上升推动灯上面的叶轮旋转，带动下面的小马一同旋转。燃气轮 机是靠燃烧产生的高温高压气体推动燃气叶轮旋转。

下面是一台燃气轮机模型，通过它来了解燃气轮机的工作原理。

模型的前端是空气进入口；环绕燃气轮机安装的是燃烧室；在燃烧室端面有天燃气的入口；燃气轮机的后面 是燃烧后的高温气体排出口。

把燃气轮机剖去1/4,可以看到内部的结构。

燃气轮机由三大部分组成，左边部分是压气机，有进气口，内部一排排叶片是压气机叶片；中间部分是燃烧 器

段，围绕一圈的是燃烧室；右边部分是燃机透平，其中有透平叶片，右侧是燃气排出口。

燃气轮机之压气机

压气机负责从周围大气中吸入空气，增压后供给燃烧室。为了生成高压空气，压气机装有多级叶轮，若干 叶轮固定在压气机的转轴上构成压气机转子，转子上的叶片称为动叶。

在每两级动叶之间有一组静止的叶片（简称静叶），一组动叶与后面相邻的静叶，称为压气机的一个级。 多数燃气轮机的压气机有十几级，高速旋转的动叶把空气从进气口吸入压气机，经过一级又一级的压缩，变成 高压空气。由于压气机内气体流动方向与旋转轴平行，称为轴流式压气机。

燃气轮机启动时，先把发电机当作电动机带动压气机旋转，把空气压入燃烧区。燃机点火后，则逐渐转变带动压气机旋转压气。

燃气轮机之燃烧室

燃气轮机一般有十几个燃烧室，安装在燃机外围。

下面展示一个燃烧室的剖面模型。燃烧室由外壳与火焰筒组成，在外壳端部有天然气入口，在火焰筒尾部段，在燃烧室内装有燃料喷嘴。

天然气通过燃烧室端部燃气入口进入燃烧室，喷入的天然气与压气机压入的空气在燃烧室火焰筒里混合燃使气体体积剧烈膨胀，生成高温高压燃气从燃烧室过渡段喷出，进入透平做功。

燃气轮机之透平

至由透平联接过渡烧。燃烧

燃气透平也称为燃气轮，从燃烧室喷出的高压燃气推动透平叶轮旋转，把燃气的内能转化为透平的机械能。

燃气推动旋转的叶轮上的叶片称为动叶，在每级动叶的前方还安装一组静止的叶片（静叶），静叶起着喷嘴 的作用，使气流以最佳方向喷向动叶。一组静叶加一组动叶为透平的一级。为了充分利用燃气的热能，透平一 般为3级或4级。

透平叶轮安装在透平转轴上构成透平转子。压气机转子与透平转子是安装在同一根转轴上，称为燃气轮机 转子，透平旋转时也就带动压气机旋转工作。

透平转子带动发电机发电，额定转速是每分钟3000转。下面是一台燃气轮机的剖面图。

锅炉的基本原理

下面是锅炉的原理模型图，模型包括上升管、汽包、下降管主要部件。上升管是 由密集的管道排成的管簇，由上联箱、下联箱连成一体；上联箱通过汽水引入管连 通汽包，汽包再通过下降管连到下联箱；上升管管簇、汽包、下降管构成了一个环 路。上升管管簇在炉膛内，汽包与下降管在炉体外面。

把水注入汽包，水便灌满上升管管簇与下降管，把水位控制在靠近汽包中部的位

置。当高温燃气通过管簇外部时，管簇内的水被加热成汽水混合物。由于下降管中 的水未受到加热，管簇内的汽水混合物密度比下降管中的水小，在下联箱形成压力 差，推动上升管内的汽水混合物进入汽包，下降管中的水进入上升管，形成自然循 环。

上图是汽包（也称锅筒）结构示意图，汽包是水受热、蒸发、过热的重要枢纽， 保证锅炉正常的水循环。上升管内的汽水混合物进入汽包后，通过汽水分离器分离 成饱和蒸汽与水，饱和蒸汽通过汽包上方蒸汽出口输出；分离出的水与给水管注入 的水再进入下降管。