搜索
MS9E&9F燃机本体结构及主要系统介绍一、概述GE公司的工业型燃气轮机是于40年代后期，在TG180飞机发动机的基础上发展起来的。第一台型号称为MS3002、功率为4800hp的工业型燃气轮机于1984年制成，用作机车的牵引动力，此后，功率增至5000hp，被用于天然气管线的增压。1955年为了满足市场的需要，设计了新的压气机，发展了MS5001和MS5002机组，其功率为2万多千瓦。1970年左右，在MS5001机组的基础上，发展成功率为47260kw、频率60hz的MS7001A型机组。在该机组的基础上于1975年发展成功率为85200kw、50hz的MS9001B型机组，并于1978年发展了功率为75000kw、60hz的MS7001E型机组，进而于1979年发展成功率为31050kw、50hz的MS6001A型机组；于1980年发展成功率为36730kw、50hz的MS6001B型和功率为105600kw、50hz的MS9001E型机组。1985年则由MS7001E型机组发展成功率为80080kw、60hz的MS7001EA型机组，并由MS7001E演化成为功率达147210kw、60hz的MS7001F型机组。此后，在该机组的基础上于1992年发展成功率为211070kw、50hz的MS9001F型机组和功率为158090kw、60hz的MS7001FA型机组。并于1994年派生成功率为222000kw、50hz的MS9001FA型机组，于1995年派生出功率为70140kw的MS6001FA型机组。其发展过程见下图所示。二、MS9001E型机组以南山电厂9E机组为例，本公司“以大代小”项目的燃机是GE公司生产的9E系列9171E型燃气轮机。由一个额定功率为1000KW的启动马达，一个17级的轴流式压气机、一个由14个燃烧室组成的燃烧系统、一个3级透平转子组成。轴流式压气机转子和透平转子由法兰连接，并有3个支撑轴承。燃机的发电机是空冷、三相、二极、3000rpm转速、50HZ频率的交流电、实心铸铁转子的同步发电机。发电机在基本负荷下运行的输出功率为120MW。发电机的励磁机系统为带有旋转二极管的交流励磁机。为无刷励磁。该机组的结构特点是：（1）整体式单轴结构型式，即压气机、燃烧室和燃气透平，包括压气机进气机闸和燃气透平的排气扩压机闸，彼此连接成为一个整体安装在同一个底座上。一些辅助设备，诸如润滑油系统、冷却水系统、燃料系统、启动系统、传动齿轮箱等也都安装在底座上。这样可以节省现场的安装时间和机组设备的运输费用。（2）在燃气透平侧的热端输出功率，这样有利于减小压气机转子的传扭负载，但不利于排气扩压机闸与余热锅炉的联结。（3）采用三个轴承的支撑方案，这是由于转子刚性不够好的缘故。这种支撑虽能改善转子刚性，可以使压气机后几级的径向间隙减小，略能提高压气机的效率，但是多了一个轴承将使机组的结构复杂化，特别是对三个轴承的同心度要求很高，否则会因轴承之间同心度的偏差而影响转子的临界转速。（4）压气机由进气机闸、气缸、静叶、转子、动叶、气封和排气扩压缸等部件组成，压气机有17级，为了防止启动过程中压气机发生喘振，压气机的进口装有可转导叶，并在第4级和第10级静叶后设置防喘放气口。当机组用于联合循环时，进口可转导叶可以在特定的负荷范围内，确保透平前的燃气温度恒定不变，有利于改善机组的部分负荷效率。（5）燃烧室采用分管逆流式布置，共有14个。这样能缩短整台机组的轴向长度，改善转子的刚性，并使燃烧室能够作全尺寸、全参数的调整试验。每个燃烧室分别配置单燃料喷嘴或双燃料喷嘴，可燃用天然气、轻油及重油。4个紫外线式火焰探测器，#4、#5、#10、#11燃烧室上各一个。两个电极高压火花塞，#13、#14燃烧室各一个。三、MS9001FA型机组MS9001FA单轴重型燃气轮机，50HZ（3000RPM），由MS7001FA发展而来，简单循环的功率为255.6MW，在ISO和标准进气、排气损耗及以天然气为燃料的条件下联合循环额定功率为390.8MW。采用DLN（DryLowNOx）18个燃烧室的燃烧系统，并采取冷端输出功率，这一特性显著改善了压气机负载对中控制，允许热端轴向排气，优化了联合循环电站布局，减少了流阻损失。用于单轴联合循环，蒸汽轮机转子与燃气轮机转子通过一刚性联轴器联结，发电机转子也是通过联轴器与蒸汽轮机转子末端联结。整个驱动端的轴向对中由位于燃气轮机中的推力轴承维持。燃气轮机与蒸汽轮机气缸之间的拉杆用来保持定子部分的对中。该机组也是整体式单轴结构形式，与9E型燃气轮机基本上相似，但也有以下一些区别：（1）在改善整个转子的刚性以后，改为两个轴承的支承方案，两个轴承分别位于压气机和燃气透平转子两端，这样可以使燃气轮机总体结构最简单。（2）改为在压气机侧冷端输出功率，这样在联合循环时，可以使燃气透平的排气扩压器直接与余热锅炉相联，有利于减少流阻损失，并改善机组布局关系。但是，这必将增大压气机的转扭负载，因此必须对压气机转子的转扭参数进行调整，即加大压气机转子拉杆的预紧力，并将拉杆数量增为18。（3）压气机级数增为18级，防喘放气口改到第9级和第13级后，压比由12.3增至15.4，空气流量由403.7kg/s增为623.7kg.s。压气机的静叶和动叶均采用C450和403+C6不锈钢制造，前几级叶片还喷涂GECC-1号防腐涂层。（4）燃烧室改用干式预混低污染排放型结构式。配置18个DLN火焰筒。4个紫外线式火焰探测器，#15、#16、#17、#18燃烧室上各一个。两个电极高压火花塞，#2、#3燃烧室各一个。每个火焰筒配有5个喷嘴，可燃用天然气，轻油。不能烧重油。随着燃气透平前温的进一步提高，燃烧室出口燃气过渡段的冷却必须加强。为此，在FA型机组专门设计了一种有冲击冷却效果的燃气过渡段结果。该燃气过渡段是双壳体型式的，内过渡段被一个形状相同的、钻有许多小孔的外套包围着，从压气机流来的压缩空气可以通过这些小孔，形成射流去冲击冷却内过渡段。并且内过渡段内表面喷涂有耐热涂层，这样可以使金属的温度梯度减至最小。(5)叶片的改进。为了提高燃气透平的前温，目前采用的主要措施有三：1）改善透平叶片的冷却结构，并适当增大冷却空气流量；2）采用具有热屏障效应的陶瓷涂层，以降低高温燃气对叶片的传热效应。以上两项措施能确保第一级叶片的温度低于900℃；3）采用耐高温的合金材料制造叶片。见图所示PG9351(FA)型机组采用的动叶冷却结构。以第一级动叶为例，它除了有对流冷却外，在头部还有冲击冷却，并在型面多处有气膜冷却。为了强化出气边的冷却结果，在冷却流道内还铸有多排针状的肋条。（6）利用发电机作为启动马达，为此需要配置一套变频设备。（7）PG9351(FA)型联合循环燃气轮机电站的布置图如图所示。四、主要系统介绍1、雾化空气系统（1）MS9001E雾化空气系统的目的是将燃油滴分裂成非常小的微滴。这些变成微滴的燃油可以快速、完全地燃烧。这种方式仅在燃烧室的喷嘴出口处完成，为达到此目的，燃油在喷出燃油喷嘴后与雾化空气喷射器喷出的气流相混合。不同的燃油被雾化成不同性能的燃油滴。燃油粘度增加，雾化的难度也增加。雾化空气是从燃机压气机抽取，先进入空气预冷器，然后进入雾化空气压缩机。主雾化空气压缩机是离心式的，由辅助齿轮箱驱动。辅助压缩机由交流马达驱动，在燃机启、停过程中提供给机组雾化空气。系统设备：CA1：主雾化泵CA2：辅助雾化泵88AB-1：辅助雾化泵电机15KW/2925RPM23AB-1：88AB电机加热器20AA-1：雾化空气旁路三位电磁阀1到2打开，1到3关闭20AB-1：雾化空气调节电磁阀1到2打开，1到3关闭96AD-1：雾化泵压差变送器AAT-1A，2A：雾化空气冷却器出口温度FH4-1：雾化空气滤网HX1-1：雾化空气冷却器VA18-1：雾化泵旁路阀VA22-1：辅助雾化空气隔离阀VPR68-1：辅助雾化空气压力调节阀设定：55±2PSIG（3.79BAR）（2）MS9001FAMS9001FA机组烧燃油时使用雾化空气。雾化空气系统提供带有一定压力的空气，通过燃油喷嘴中的附加孔板，直接撞击燃油使之雾化后进入燃烧室。高速雾化空气将燃油削减成小液滴使之混合良好，燃烧更完全，显著地提高效率，减少排向大气中乏气的燃烧颗粒排放。除了给燃油提供雾化，雾化空气系统还提供清吹空气，用于燃气运行时燃油管线吹扫和燃油运行时主燃气环管的吹扫。主要组件说明：1、雾化空气压缩机该系统包括两台满容量马达（CA1/CA2）驱动雾化空气压缩机2、雾化空气预冷器HX1-1该预冷器冷却水管材料采用铜镍合金，设计热负荷为1538kw，壳侧压力2068kpa，水侧压力1034kpa，入口空气温度415℃，出口温度107℃；冷却水流量1325l/m，进口水温60℃，出口水温76.9℃。3、雾化空气进口电动阀20AA-1该电动阀位于压缩机上游，其旁路带有一截流孔板（42mm），根据燃料选择由MKV控制全开或全关。烧气时该电动阀关闭，空气由旁路通过，压缩机出口压力为CPD的1.15倍；燃油时，该电动阀全开，压缩机出口压力为CPD的1.46倍。该电动阀设计运行温度为180℃，外部短时间可承受410℃。当密封垫片和填充箱爆裂时，必须将阀拆下检查。4、雾化空气温度控制阀VA32-2该温控阀是一三通气动阀，用来控制雾化空气预冷器空气出口温度。温度控制器VTR2-2是双金属温度探测器，探测下游空气温度，调整控制阀，以维持空气温度在107℃范围内。如果预冷器空气出口温度高于定值，控制阀减少旁路的冷却水流量，让更多的冷却水通过预冷器；若低于定值，则关小主路冷却水流量，更多的冷却水走旁路。5、键联锁系统该系统可避免压缩机在无滑油润滑或入口、出口阀门关闭的情况下运行。每一个阀门（压缩机入口、出口阀及两个滑油供给阀）都有一个锁和一个键。这个键不能被取走，除非该阀门处于全开位置；该阀门也无法关闭，除非对应的键在阀门锁内。电机不能启动除非所有相关的键插入到马达控制中心开关正确的插座内。因此，雾化空气压缩机电机不能启动或是置于备用，除非滑油供给阀、压缩机入口、出口阀上的键均取走并插入到MCC开关对应插座中。隔离压缩机也是一样的情况，电机停转后，开关断开，键从MCC中取下，插回到阀门里，阀门才可以关闭，才能隔离压缩机。系统说明：压气机排气中的一部分通过一手动碟阀HV018引至雾化空气预冷器，该预冷器空气出口温度由温控三通阀VA32-2控制。出口温度维持在107℃（正常、温态下运行），三个温度开关（26AA-1A,26AA-1B,26AA-2）避免压缩机及下游部件因高温空气受损。26AA-1A,26AA-1B装在压缩机进口前，动作值为135℃；26AA-2位于压缩机出口，动作值191℃。任一开关探测到温度高于定值即报警，三个开关中的两个动作燃机遮断。热天空气湿度大，经压缩后有凝结水的可能。为此专门设置了若干连续排污口，消除可能进入到雾化空气或清吹空气回路的凝结水。所有排污经AA7接口排除雾化空气站。进口滤网利用可更换滤芯吸收可能进入压缩机中的颗粒、杂质，保护压缩机。装有压差开关63AF-1。冷却并经过滤的空气进入雾化空气压缩机（燃机运行时，始终保持一台运行）。差压开关63AD-1A,63AD-2A,63AD-2B（定值15PSI）监视雾化空气压差。一个压差开关动作时仅报警，三个中的两个开关动作时，现运行的泵停止，备泵启动。就地还装有压差表计用于就地监视，包括弹簧隔离阀和试验阀。供应雾化空气时，雾化空气进口电动门打开，压缩机出口压力为CPD的1.46倍，仅供应清吹用空气时，电动阀关闭，空气走旁路，压缩机出压缩机出口压力为CPD的1.15倍。正确操作键联锁系统可以避免压缩机打空泵过热受损，前已谈及，这里就不再赘述了。燃机烧气时用雾化空气清吹燃油管线和冷却雾化空气喷嘴，所需的雾化空气量比雾化燃油少得多。因此，清吹时雾化空气进口电动门关闭，空气走旁路，较低的入口压力也可以减少压缩机和电机的负载。2、冷却水系统（1）M