燃气轮机原理、结构及运行维护

1、燃气轮机原理、结构及运行维护,1,1,2,3,课程目标,2,目录,3,燃气轮机的基本原理 燃气轮机的基本结构 3. 燃气轮机的运行与维护 4. 燃气轮机技术的最新发展,第一章 燃气轮机的基本原理,目录,4,1.1 基本原理-引言,5,理想简单循环压容图和温熵图,透平,压气机,负载,燃料,绝热压缩过程 等压燃烧过程 绝热膨胀过程 等压放热过程,理想简单循环四过程：,1,3,4,2,1.1 基本原理-理想简单循环,6,绝热膨胀过程34s ：面积34sp1*p2*3就是透平膨胀做功,等压放热过程 4s 1：面积4s1s1s34s则是燃气排气耗能,面积34s12s3=面积34s p1*p2*3-面积1

2、2sp2*p1*1=lts-lys=lcs,绝热压缩过程12s：面积12sp2*p1*1就是绝热压缩耗功,等压燃烧过程2s 3：面积2s3s3s12s就是空气从外界吸入的热能,1.1 基本原理-理想简单循环,7,实际简单循环压容图和温熵图,由于：1）压气机的叶型损失、环端面损失及二次流损失；2）燃烧过程中的滞止压力降低 ； 3）燃气透平中的型阻损失、端部损失、轮盘摩擦损失、余速损失等 ； 4）透平的排气总压p4*要比大气压压力略高等。,透平的膨胀功lt减少了，而压气机的压缩功lys增大 ，对外界输出的实际循环净功lcs=lts-lys 减少了，实际循环的循环效率减少。,1.1 基本原理-实际简

3、单循环,8,实际循环中循环热效率 gt与和*的变化关系,实际循环中比功率lcs/cpTa 与和*的变化关系,1.1 基本原理-实际简单循环,9,1，理想简单循环的比功与压比和温比都有关系 2，理想简单循环的效率只与压比有关。,理想简单循环,1，随着温比的增加，实际简单循环比功和效率均有所增加 2，一定的温比条件下，存在一个最佳压比，此时实际简单循环的比功达到最大。,实际简单循环,1.1 基本原理-对比,10,1.1 基本原理-实例,11,减少损失,最佳压比,提高效率,提高比功,提高温比、透平效率、压气机效率和燃烧室效率，或是减少机组各部分的流阻损失，都可以提高燃气轮机热效率和比功。,为了使机组

4、的热效率和比功达到最大值，还必须合理选择最佳压比。,提高燃气轮机机组热效率的措施还有采用回热循环和燃气-蒸汽联合循环的方案。,提高燃气轮机机组比功的种措施还有采用间冷循环和再热循环。,提高燃气轮机效率和比功的措施：,1.1 基本原理-措施,12,环境温度的影响,1.1 基本原理-影响因素,13,1.2 叶轮机械原理-引言,14,1.2 叶轮机械原理-对比介绍,透平与压气机的对比,15,气体流经压气机级的参数变化,1.2 叶轮机械原理-参数变化,16,1.2 叶轮机械原理-速度三角形,基元级速度三角形,C = w + u,17,压气机基元级沿叶高的变化：,基元级叶栅形状和气流流入角沿叶高不同，因

5、此轴流压气机的工作轮叶片和导流器叶片呈扭曲状。,1.2 叶轮机械原理-扭曲叶片,18,气流进入叶片示意图,1.2 叶轮机械原理-喘振,攻角：压气机在工作时，气流进入叶片的流入角1一般情况下与叶片的几何进口角1k不相一致，它们的差值，称为攻角。,19,基本理论的两点结论？ 大气温度的影响？ 叶片为何是扭曲的？ 喘振发生的机理？,对一个燃机联合循环电厂来说，采用进气冷却是否有用？,本章小结,20,第二章 燃气轮机的基本结构,目录,21,燃气轮机,2.1 整体结构-引言,22,国内目前引进最先进的燃气轮机,2.1 整体结构-引言,23,目前最先进的燃气轮机,2.1 整体结构-引言,24,2.1 整体

6、结构-总体结构,25,2.1 整体结构-结构对比,26,2.1 整体结构-结构对比,27,2.2 部件-压气机,28,轴流压气机的增压原理？,2.2 部件-压气机,29,燃气轮机一般有十几个燃烧器，每个燃烧器都可看成一个单独的燃烧室（环管形）。如下图所示：,2.2 部件-燃烧室,30,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，在火焰筒尾部联接过渡段，在燃烧室内装有燃料喷嘴。,2.2 部件-燃烧室,31,燃烧室的燃烧过程：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烧，生成高温高压燃气从燃烧室过渡段喷出，进入透平做功。,2

7、.2 部件-燃烧室,32,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。,2.2 部件-燃气透平,33,2.2 部件-燃气透平,高温部件,透平一级静叶示意图,结构复杂,材料、冷却,34,燃气轮机结构,2.3 M701F燃机-整体结构,35,Torque Pins Between Compressor Disks 压气机叶轮之间的传扭小圆柱,在透平之间的 齿状耦合 Curvic Coupling Between Turbine Disks,切向支撑结构 Tangential Strut,Easy Blade Exchange 动叶换装容易的叶根结构

8、,External Cooler for Rotor Cooling Air 用于冷却轴系的外部冷却系统,Cold End Drive 低温部的轴动力驱动装置,2.3 M701F燃机-结构特点,36,压气机隔板环,2.3 M701F燃机-压气机,37,燃烧器结构及工作原理,2.3 M701F燃机-燃烧室,38,燃烧器结构及工作原理,2.3 M701F燃机-燃烧室,39,2.3 M701F燃机-燃烧室,燃烧器旁路阀,40,抽气冷却,2.3 M701F燃机-燃气透平,41,2.3 M701F燃机-燃气透平,动、静叶的冷却,42,2.3 M701F燃机-燃气透平,一级动、静叶叶片上的冷却技术,43,

9、三大品牌 三大部件 技术难点,三大品牌（GE、西门子、三菱），你更喜欢哪个品牌？,本章小结,44,目录,第三章 燃气轮机的运行与维护,45,空气烟气系统主流程,3.1 辅助系统-空烟系统,空气,烟气,46,3.1 辅助系统-空烟系统,IGV：,47,3.1 辅助系统-水洗系统,48,离线水洗流程图,3.1 辅助系统-水洗系统,49,调节前 调节后,3.1 辅助系统-燃气调节系统,50,如何防止喘振？如何防止热悬挂？,3.2 燃机的运行-启动,燃机的启动：,51,高速盘车：,3.2 燃机的运行-高速盘车,高速盘车？有何作用？,52,3.2 燃机的运行-猫拱背,“猫拱背”现象：,53,3.2 燃机

10、的运行-猫拱背,54,压气机出口椭圆形变形：,CompressorBlade Ring,3.4 燃机的运行-椭圆形变形,55,3.3 燃机检修-检修周期,检修周期的计算：,56,连续运行机组 等效运行小时数 两班制运行机组 启停次数,燃机检修分为燃烧室检修（CI）、透平检修（TI）及大修（MI）三类。 燃机热通道部件为强制性row in-row out（进一出一）式备件，即整体将热通道部件拆卸并送至专业修理厂进行维护，现场用新部件或修理件来代替。,3.3 燃机检修-检修内容,57,三菱F3燃机热通道部件预期使用寿命及保证寿命,3.3 燃机检修-高温部件寿命,58,3.3 燃机检修-燃机缺陷,5

11、9,故障原因 拉杆螺栓（右侧）有400左右，温度应力变化对轮盘的影响没有考虑到，冷启动中，有一小段时间温度应力超限发生于低周到期高周的变化中。,故障现象：振动发生变化，拉杆螺栓处检查有裂纹。,压气机三级轮盘裂纹,3.3 燃机检修-燃机缺陷,60,处理措施：加工倒角扩大为设计值1.5,压气机三级轮盘裂纹,3.3 燃机检修-燃机缺陷,61,辅助系统：空烟、水洗、燃气调节 机组运行：启动、高盘、猫拱背 机组检修：检修周期和检修内容,本章小结,62,目录,第四章 燃机技术的最新发展,63,4.1 发展趋势,2. 更大出力,1. 更高效率,3. 更加环保,4. 安全可靠运行,单机效率、联合循环效率,降低

12、单位kw造价等经济成本,降低NOx及CO等污染物排放,节能，降低单位kw发电成本,快速启动及加减负荷，满足调峰运行需要 延长寿命，特别是热通道部件,目标,64,2. 减少损失,2） 提高,1） 降低,1. 提高温比,3）减少压气机损失 4）减少透平损失,3. 燃烧优化,4. 调峰运行设计,8）压气机优化设计 9）燃烧调整优化,5）低NOx排放设计 6）提高燃烧效率 7）低热值燃料燃烧,设计工具 验证平台 测试技术 冷却技术 叶片铸造工艺 叶片涂层 修复技术 耐高温材料 长叶片材料 排气优化 减少制造成本 减少维修成本,目的,思路,技术发展,4.2 发展方向,65,发展高温叶片金属材料 末级叶片叶型设计优化 透平叶片间隙的动态调整 高温叶片的内部冷却空气 流道优化设计,压气机,改进叶型设计 增大压气机流量 提高压气机压缩比 压气机长弯扭叶型设计 压气机进气流量控制,空燃比精确控制 燃烧控制 减少冷却空气量,燃烧室,透平,1）燃机转子三大部件的结构设计优化,2）材料技术、冷却技术、燃烧控制技术的提高,高温透平叶片材料制造工艺 热通道部件的TBC涂层工艺 冷却空气或蒸汽的优化使用 测试技术提高,4.2 发展方向,66,“十五”期间863重