9FA之燃机介绍

9FA 燃机介绍燃机介绍 9FA 燃机的研发历程燃机的研发历程 美国 GE 公司于二十世纪八十年代中期投入了大量资金 进行 F 型燃气轮机的开发研制 主要是将 飞机发动机的先进技术和部件移植到工业和发电用燃气轮机上 从而使其性能大幅度提高 GE 公司 于 1987 年制成了首台 60Hz 的 MS7001 F 型燃气轮机发电机组 输出功率 135 7MW 发电效率 32 8 接着 GE 公司与 GEC Alsthom 公司联合开发 通过 MS7001 F 型燃气轮机的模化放大 模化系数 1 2 制成了 50Hz 的 MS9001 F 型燃气轮机发电机组 输出功率 212 2MW 发电效率 34 1 其燃气轮机的所有部件 除轴承和燃烧室以外 都是按 1 2 的比例进行模化放大 第一台 MS9001 F 型燃气轮机发电机组于 1991 年 8 月在美国南卡罗莱纳州的格林维尔 Greenville 厂 制造成功并满意地运行 接着 GE 公司又将其 MS7001 FA 型燃气轮机模化缩小 模化比 2 3 于 1995 年末研制成 70MW 等级的 MS6001 FA 型燃气轮机 通过齿轮箱减速 用于 50Hz 60Hz 发电 GE 公司还与 其意大利的伙伴新庇隆公司联合开发了 50Hz 的 9EC 型燃气轮机发电机组 该机组结合了 9E 燃气 轮机的设计和 9F 型燃气轮机的透平段技术 使 9E 型燃气轮机发电机组的性能有了较大幅度的提高 烧天然气时 9EC 型机组的额定功率达 169MW 发电效率 35 首台 9EC 型发电机组于 1996 年秋天制成 9F 型燃气轮机的结构和性能型燃气轮机的结构和性能 1 9FA 型燃气轮机的结构 点击查看清晰大图 以上是 9FA 型燃气轮机的纵剖面图 该机组为典型的单轴结构 与传统的 9E 型燃气轮机相比较 省去了一个中间轴承 三支承变成了双支承 动力输出由透平排气端 热端 改变为压气机进气端 冷端 透平改变为轴向排气 有利于与余热锅炉的连接 其控制系统应用 GE 公司的 Speedtronic MKV 有三冗余度 由 3 台计算机分担燃气轮机的控制职能 三冗余的计算机或传感 器之一发生故障时 内部的表决逻辑将透平控制重新定向于两台能工作的计算机和传感器 因而有 较高的可靠性 其辅机安装在分开的底盘上 也有一定的冗余度 9FA 型燃气轮机主要部件的结构 性能和材料的情况如下 压气机 18 级轴流式 压比 15 4 1 空气质量流量 645kg s 头两级为跨音速级 带可调进口 导叶 用于调节透平的排气温度 提高运行效率 第 9 级和第 13 级开有排气口 以配合起动过程 其转子是由单个叶轮用多根 IN 738 合金钢轴向拉杆连接成的刚性转子 末级叶轮上附有一向心式 透平槽道 将压缩空气引入中心孔 用于透平段的冷却 转子的一阶临界转速高于同步转速 20 燃烧室 有 18 个逆流管环形燃烧室 直径 350mm 每个燃烧室有 6 个燃料喷嘴 共 108 个燃料 喷嘴 可烧天然气 蒸馏油和中热值气体燃料 两只高能点火器分装在两个燃烧室上点火 各燃烧 室之间用联馅管联馅 可以注蒸汽或注水抑 NOx 的形成 或应用干式低 NOx DLN 燃烧室 9FA 采用的 DLN 2 6 燃烧室主要由火焰筒 过滤段 导流衬套 帽罩 喷嘴 端盖 前外壳和后 外壳等部件构成 其中 端盖 喷嘴 前外壳和帽罩又形成了一个可以单独拆卸的头部组件 压缩 空气由压气机的排气缸流出 首先对过滤段形成冲击冷却 再逆流向前 流过火焰筒与导流衬套之 间的环形空间 流向燃烧室头部 其中 有少量空气用于冷却帽罩 其余空气经喷嘴上的旋流器进 入头部的预混区 与由燃料喷管喷出的燃料气进行预混合 燃料 空气混合物由预混区经帽罩流入火 焰筒 被置于 2 个上部燃烧室上的高能点火器点燃 火焰附着在喷嘴尖端与帽罩形成的平面上 并 被火焰筒包容 燃烧产物经过渡段进入透平第一级喷嘴环 各燃烧室之间用联焰管连接 未安装点 火器的燃烧室靠联焰管联焰而着火 每个燃烧室外的头部均布置了 6 个预混喷嘴 其中 5 个喷嘴均 布于四周 称为外围喷嘴 但在其中央增加了一个喷嘴 这样 当周围的 5 个燃烧器的燃料 空气比 维持高于其贫着火极限时 可以使中央燃烧器的燃料 空气比低于周围的贫着火极限 同样可以保持 火焰的稳定 由于增加了中央燃烧器 使总燃料 空气比可以比均匀地供燃料的燃烧器减到更低的数 值 从而使总预混空气量增加了 6 因而 降低了燃烧区的火焰温度 减少了热 NOx 的产生量 点击查看清晰大图 透平 为 3 级轴流式 应用压气机的排气冷却 第 1 2 级动叶应用空气内冷 并采用真空等离子 喷涂保护涂层 第 3 级动叶不冷却 但应用堆积涂层保护 第 1 级动叶无围带 第 2 3 级动叶应 用整体的乙形围带 3 级静叶都应用空气内冷 第 1 2 级静叶设计成 2 叶片块结构 应用真空等 离子喷涂合金保护涂层 第 3 级静叶设计成三叶片块结构 应用堆积涂层保护 三级动叶图片 点击查看清晰大图 轴承 由拉杆组装的整体转子支承在两个可倾瓦支持轴承上 轴向推力由双销轴推力瓦轴承自行平 衡 排气 排气缸应用加长的轴向扩压器 减小了排气速度 降低了排气损失 材料和涂层 压气机的 1 9 级动叶和静叶以及进口导叶的材料为 C 450 Custom 450 这是一种抗腐蚀的 不锈钢 可以不加保护涂层安装在受化学侵蚀的环境中 其它级的叶片应用加铌的 AISI403 不锈钢 同样不加保护涂层 气缸用球墨铸铁铸造 叶轮用 CrMoV 钢和 NiCrMoV 钢制造 燃烧室外的火焰筒由 Hastelloy X 制造 后段应用 HS 188 材料 内表面加隔热涂层 过渡段材料 为 Nimonic 263 带冷却 后座为铸造的 FSX 414 外壳为 SA 516 55 钢 透平的三级动叶都应用 GTD 111 材料 它是由 Rene 80 改进了抗热腐蚀性能而形成的 与常用的 U 500 材料比较 其强度提高了 50 低周疲劳性能改进了 20 动叶为精密铸造 第一级动叶 为定向结晶 头两级动叶应用了 CoCrAly 涂层 外面再复以氧化物表层 第 3 级动叶采用堆积工艺 的高铬涂层 并进行了扩散热处理 气缸由 CrMo 钢制造 轴和叶轮都是 Inconel 706 合金 第 1 级喷嘴是熔模烧铸的 FSX 414 钴基超级合金 第 2 3 级静叶为熔模烧铸的 GTD 222 镍基合金 第 1 级喷嘴加真空等离子喷涂涂层 第 2 级静叶加堆积工艺涂层 气缸由 SA 516 55 钢制造 再 加 347 不锈钢内衬 燃气轮机 辅机组件和内部连接组件都有完全配套的罩壳 其中装有照明系统 插座 CO2 灭火保 护系统 出入门 通风系统和隔音层 隔音层和消音设施根据需要使用 可以满足 1m 处噪声等级 85dBA 的要求 9F 燃气轮机发电机组还备有一电气设备控制室 该外箱中装有 Mark V Speedtronic 透平控制盘 发电机控制盘 马达控制中心 带双充电器的机组蓄电池和励磁系统 所有电气设备都是在工厂内 组装 并加 PEECCTM 快装电气设备控制室 标签 9F 燃气轮机发电机组应用 GE 公司的 324S 型发电机 用刚性联轴器连接到燃气轮机的压气机进气 端 这是一种氢冷发电机 有一套低速盘车设备连接到发电机的集流环端 进口空气过滤器一般布置在发电机上面 其滤芯水平安装 该过滤器为 自洁型 脉冲反吹下来的 灰尘依靠重力排出 整个进气系统的额定压降为 89mmH2O 此外 还有一套压气机水洗设备 能 够离线或在线清洗压气机 以清除积垢 减少堵塞 保持压气机的效率接近新机状态 9F 型燃气轮机连同底盘的净重约 299 吨 连同罩壳的体积约 870m3 9FA 燃机的性能燃机的性能 单循环的性能 点击查看清晰大图 联合循环的性能 点击查看清晰大图 S109FA 和 S209FA 联合循环机组的性能 型号 净功率 MW 净效率 热耗率 kJ kWh 燃机功率 MW 汽机功率 MW 燃气轮机 S109FA 390 8 56 7 6350 254 1 141 8 1 MS9001FA S209FA 786 9 57 1 6305 508 2 289 2 2 MS9001FA 9FA 燃机的启动和运行 燃机的启动和运行 S209FA 联合循环电厂的起动是从燃气轮机开始 燃气轮机是将发电机用作电动机起动的 电网的供电经变 频器转变成变频电源 用来驱动发电机 在起动程序开始之前 循环水系统 冷却塔 闭路冷却水 系统和压缩空气系统等辅机系统先投入运行 当燃气轮机达到 10 额定转速时 供入燃料气并开始点火 使燃气轮机加速直到自持转速 这时 关断供向发电机的变频电源 燃气轮机继续加速 燃气轮机起动后不久 透平的排气便开始加热余热锅炉 余热锅炉没有燃气轮机的排气旁通烟囱 也不供应辅助蒸汽 所以 整个系统必须同时起动 最初 余热锅炉产生的蒸汽通过排汽管和疏水 管泄放 当主蒸汽压力达到某一数值时 汽轮机的密封可以起作用 凝汽器的抽气机起动 在凝汽 器中建立真空 一旦凝汽器中建立了真空 从余热锅炉向凝汽器的排汽阀便可打开 汽轮机可以开 始暖机 根据余热锅炉和汽轮机允许的暖机速率 燃气轮机可以同步和带到选择的负荷 汽轮机的 工况跟随余热锅炉的输出而变 节流以维持一不变的蒸汽压力 带到 80 负荷以后 再滑压力升至 100 负荷 每一台发电机配一台升压