燃气轮机知识基础介绍.ppt

1、燃气轮机,燃气轮机的工作过程,压气机连续地从大气中吸入空气并将其压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气透平中膨胀作功，推动透平叶轮带着压气机叶轮一起旋转；燃气轮机由静止起动时，需用起动机带着旋转，待加速到能独立运行后，起动机才脱开 。,传统三大应用领域： 陆用（发电、工业）燃机 船用（动力）燃机 航空用（动力）燃机,主要性能参数,比功； 能效；,循环理论,基础布莱顿循环 回热布莱顿循环 联合循环 HAT循环,简单循环,由燃气轮机和发电机独立组成的循环系统，也称为开式循环。其优点是装机快、起停灵活，多用于电网调峰和交通、工业动力系统。目前的最高效率的开式

2、循环系统是GE公司LM6000PC 轻型燃气轮机，效率为43%。,简单循环热效率的影响因素,燃气初温和压气机的压缩比，是影响燃气轮机效率的两个主要因素。提高燃气初温，并相应提高压缩比，可使燃气轮机效率显著提高。到70年代末，压缩比最高已经达到31；工业和船用燃气轮机的燃气初温最高达1200左右，航空燃气轮机的超过1350。,前置循环热电联产或发电,由燃气轮机及发电机与余热锅炉共同组成的循环系统，它将燃气轮机排出的功后高温乏烟气通过余热锅炉回收，转换为蒸汽或热水加以利用。主要用于热电联产，也有将余热锅炉的蒸汽回注入燃气轮机提高燃气轮机出力和效率。最高效率的前置回注循环系统是GE公司LM5000-

3、STIG120 轻型燃气轮机，效率为43.3%。前置循环热电联产时的总效率一般均超过80%。为提高供热的灵活性，大多前置循环热电联产机组采用余热锅炉补燃技术，补燃时的总效率超过90%。,联合循环发电或热电联产,燃气轮机及发电机与余热锅炉、蒸汽轮机或供热式蒸汽轮机（抽汽式或背压式）共同组成的循环系统，它将燃气轮机排出的高温乏烟气通过余热锅炉回收转换为蒸汽，再将蒸汽注入蒸汽轮机发电，或将部分发电作功后的乏汽用于供热。形式有燃气轮机、蒸汽轮机同轴推动一台发电机的单轴联合循环，也有燃气轮机、蒸汽轮机各自推动各自发电机的多轴联合循环。主要用于发电和热电联产，发电时的最高效率的联合循环系统是ABB公司GT

4、26-1，效率为58.5%。,整体化循环,由煤气发生炉、燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机共同组成的循环系统，也称为IGCC。主要解决使用低廉的固体化石燃料代替燃气轮机使用气体、液体燃料，提高煤炭利用效率，降低污染物排放。可作为城市煤气、电力、集中供热和集中制冷、以及建材、化工原料综合供应系统。目前，GE公司使用MS7001F技术组成的整体循环系统发电效率可达到42%。,核燃联合循环,由燃气轮机、余热锅炉和核反应堆、蒸汽轮机共同组成的发电循环系统。通过燃气轮机排出的烟气再热核反应堆输出的蒸汽，主要为提高核反应堆蒸汽的温度，提高蒸汽轮机效率，降低蒸汽轮机部分的工程造价。目前处于尝试阶段。,燃机辅助循环

5、,在以煤、油等为燃料的后置循环发电汽轮机组中，使用小型燃气轮机作为电站辅助循环系统，为锅炉预热、鼓风，改善燃烧，提高效率，并将动力直接用于驱动给水泵。1947年美国第一台工业用途燃气轮机就是采用该种方式参与发电循环系统运行的。,燃气烟气联合循环,由燃气轮机和烟气轮机组成的循环系统，利用燃气轮机排放烟气中的剩余压力和热焓进一步推动烟气轮机发电。该系统与燃气蒸汽联合循环系统比较可完全不用水，但烟气轮机造价较高。,燃气热泵联合循环,由燃气轮机和烟气热泵，燃气轮机、烟气轮机和烟气热泵，或燃气轮机、余热锅炉、蒸汽热泵，以及燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机和蒸汽（烟气）热泵组成的能源利用系统。该系统在燃气轮机

6、、烟气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机等设备完成能量利用循环后，进一步利用热泵对烟气、蒸汽、热水和冷却水中的余热进行深度回收利用，或将动力直接推动热泵。这一工艺可用作热电联产、热电冷联产、热冷联产、电冷联产、直接供热或直接制冷使用，该系统热效率极高，如果用于直接供热，热效率可达150%，是未来能源利用的主要趋势之一。,燃料电池燃气轮机联合循环,燃料电池由多个陶瓷管构成，每个陶瓷管就像一块电池。电池以天然气为燃料，能放出高温高压的废气流，燃气涡轮机由燃料电池产生的热废气流驱动。由于燃料电池中没有燃烧过程，只是通过化学分解天然气燃料来产生电力，因此可以大幅度减少污染，其反应产物中的氮氧化物含量不及目前天然

7、气发电设备的2，二氧化碳排放量则减少了15。其发电效率可达到55。,HAT循环,建立在通过水在压气机中的蒸发来实现空气的准等温压缩基础上。这种思想早就存在，但是从来没有完全实现过，因为如果要让水在1-10毫秒的时间内蒸发，水就必须是一种极其细小的水滴，因此旋流闪蒸器是实现这个循环所需要的一种关键设备 。 优点是湿化空气降低了燃烧时的火焰温度，从而明显降低了NOX排放量。一台现有燃气轮机当NOX降低25-40%时，其功率就会增加10-25%。机组改造投资较低，费用还不到新机组的10%。,发展方向,大功率燃气蒸汽联合循环：燃气蒸汽联合循环包括常规的燃气轮机和蒸汽轮机联合循环，以及把燃气轮机与蒸汽轮

8、机合而为一的注水、注蒸汽、湿空气燃气轮机循环。大功率燃气蒸汽联合循环以天然气为主要能源，发电效率大于50% 。 分布式供能系统：先进的小功率燃气轮机与回热、吸收式制冷组成的电、热、冷多联供系统可以在当地获得高效率，还带来了可靠性高的优点。 车用燃机。,联合循环,燃气轮机的命名规则,燃气轮机的命名规则各制造厂各不相同。 我国JBT 27831992的燃气轮机命名规则与GE的类似。 GE各代号的含义规定如下：,用途以大写字母表示，M机械驱动；GD发电设备;PG箱装式发设备； 轴式是指单轴还是双轴，用1或2表示； 循环方式R一回热循环，如此项空缺，则为简单循环。,燃气轮机的设备构成,压气机 燃烧室

9、燃气透平,压 气 机,压气机有轴流式和离心式两种，轴流式压气机效率较高，适用于大流量的场合。在小流量时，轴流式压气机因后面几级叶片很短，效率低于离心式。功率为数兆瓦的燃气轮机中，有些压气机采用轴流式加一个离心式作末级，因而在达到较高效率的同时又缩短了轴向长度。,轴流压气机的稳定性,失速 喘振 颤振,燃气透平的叶片冷却,见P111,燃 烧 室 结 构,见P119,发 展 史,1791年，英国人巴伯首次描述了燃气轮机的工作过程； 1872年，德国人施托尔策设计了一台燃气轮机，并于19001904年进行了试验，但因始终未能脱开起动机独立运行而失败； 1905年，法国人勒梅尔和阿芒戈制成第一台能输出功

10、的燃气轮机，但效率太低，因而未获得实用。,发 展 史,1920年，德国人霍尔茨瓦特制成第一台实用的燃气轮机，其效率为13、功率为370千瓦，按等容加热循环工作，但因等容加热循环以断续爆燃的方式加热，存在许多重大缺点而被人们放弃。,发 展 史,随着空气动力学的发展，人们掌握了压气机叶片中气体扩压流动的特点，解决了设计高效率轴流式压气机的问题，因而在30年代中期出现了效率达85的轴流式压气机。与此同时，透平效率也有了提高。在高温材料方面，出现了能承受600以上高温的铬镍合金钢等耐热钢，因而能采用较高的燃气初温，于是等压加热循环的燃气轮机终于得到成功的应用。 1939年，在瑞士制成了四兆瓦发电用燃气

11、轮机，效率达18%。同年，在德国制造的喷气式飞机试飞成功，从此燃气轮机进入了实用阶段，并开始迅速发展。,发 展 史,随着高温材料的不断进展，以及透平采用冷却叶片并不断提高冷却效果，燃气初温逐步提高，使燃气轮机效率不断提高。单机功率也不断增大，在70年代中期出现了数种100兆瓦级的燃气轮机，最高能达到130兆瓦。,发 展 史,与此同时，燃气轮机的应用领域不断扩大。1941年瑞士制造的第一辆燃气轮机机车通过了试验；1947年，英国制造的第一艘装备燃气轮机的舰艇下水，它以1.86兆瓦的燃气轮机作加力动力；1950年，英国制成第一辆燃气轮机汽车。此后，燃气轮机在更多的部门中获得应用。,发 展 史,在燃

12、气轮机获得广泛应用的同时，还出现了燃气轮机与其他热机相结合的复合装置。最早出现的是与活塞式内燃机相结合的装置；5060年代，出现了以自由活塞发动机与燃气轮机组成的自由活塞燃气轮机装置，但由于笨重和系统较复杂，到70年代就停止了生产。此外，还发展了柴油机燃气轮机复合装置；另有一类利用燃气轮机排气热量供热(或蒸汽)的全能量系统，可有效地节约能源，已用于多种工业生产中。,微型燃气轮机,重型燃气轮机,是目前地面上应用最广泛的机组，其主要的要求是寿命长(一般按工作10万h来设计)，能长期连续安全运行；其次是要求达到较高的效率，少用贵重合金材 料，因而其重量较重，尺寸也较大。,国产燃气轮机模型,2005年

13、8月15日,轮南8MW燃气轮机发电机组,驱逐舰上使用的燃气轮机,发电用燃气轮机的分类,结构型式大体可以分为两类： 一类是工业型，也称为重型燃气轮机； 另一类是航机改装型，也称为轻型燃气轮机。,轻型燃气轮机,航空用的涡桨、涡轴、涡喷、涡扇等发动机。 加以改装后也用于发电机组，其主要特点是结构比工业型的轻巧、燃气初温 高、机组效率高。,涡轮喷气发动机,推力=？效率=？,涡扇发动机,推力=？效率=？,Pratt & Whitney PW4084 turbofan used to power Boeing 777 aircraft(1995, 美联航）,最大起飞推力373.1kN,4.87 m 长， 6800 kg重，风扇直径2.84 m,涡桨发动机,伊尔-76运输机,伊尔-76,早期使用D-30发动机,新型号PS-90发动机,C-17战略运输机,C-17的发动机,C-17的发动机,H6K,FC-1,al-31f发动机,J10,斯贝发动机 发展出WS9,泰山WS-13发动机替代俄制RD-93,WS10太行发动机:3911,F100航改陆,昆仑WP-14,WP-5 1956,WP-14 2002,燃 气 轮 机 余 热 锅 炉,单压； 双压