燃气轮机基础知识

1燃气轮机基础知识目录一、燃气机组与我们的工作二、燃气机组概况（一）组成（二）类型（三）特点（四）应用三、燃气轮机循环概况（一）简单循环及其特性（二）改进循环措施（三）燃气----蒸汽联合循环四、电站燃气机组控制要求特点启动、控制转速、负荷控制温度控制防喘振2燃气轮机基础知识一、燃气机组与我们的工作1.能源趋势煤→火力发电油气→燃气轮机电厂（联合循环）原子能→核电站水力、风力、太阳能→水电站、风力电站、太阳能电站2.电站发展趋势1）火电站→超临界（高效、环保）、大容量（60~100万行瓦级）2)燃气→蒸汽联合循环电站是方向（高效、环保）3)大力发展可再生能源电站3.电站控制趋势火电站→燃气电站→水电、风电、核电4.我们工作领域将会逐渐转化我们必须跟上时代，不断学习新知识进入新的领域。3二、燃气机组概况〈一〉组成：1.压气机：多级轴流式压气机2.燃烧室：多管或筒式3.燃气透平：高温、燃气气轮机4.拖动负载：发电机、螺旋浆、泵等一般说燃气轮机装置主要是：压气机、燃烧室、燃气透平三大件。在T－S图上工作过程如图所示。1342大气排气燃料S燃烧室1432压气机透平0图一单轴燃气机组4＜二＞类型单轴机组（图一）单轴发电机组：转速变化很小变负荷效率低双轴机组（图二）高压变转速低压定转速变负荷效率高KT~KC高压轴低压轴B(供气)BK型KT~KC（发电）B(供气)BB型BKHTH图二双轴燃气轮机装置5＜三＞装置特点单位重量下功率大→轻启动快环保好单机效率不高，联合循环效率很高（57%以上）＜四＞应用1.燃气轮机发电机组（带发电机）列车电站（移动电站）燃气轮机电站（尖峰负荷机组）燃气－蒸汽联合循环电站2.船用燃气轮机（带螺旋浆）3.输气管线增压站（带压缩机）4.飞机（各类喷气发动机）6三、燃气轮机循环概况＜一＞简单循环及其特性（Braition）1.压气机及其特性过程：绝热压缩（消耗功）压比：功率：转矩：压气机效率（）：压气机特性曲线（图四）GKP2T2P1T1nKKKKKPPTT111212)(12PPk)(1]1[111TGfTCAGNKKKPKKKK)(1TGfNMKKKKk1'212TTTTk为导叶转角）（或）（GGnKKffkkSQ1T1NT0NKT2T2＇P2T3T4Q2图三燃气循环GK喘振边界线0n0G0K图四压气机特性曲线72.燃气轮机及其特性过程：绝热膨胀、对外做功压比：功率：转矩：汽机特性：(图五)在亚音速区：P3T3P4T41243PPPPT)(]11[331TGfTCAGNTTTTPTTKK)(3TGfNMTTTT）（T3GTfT)(1133240302433303030TPfPPPPTTPPGGP3T3P4T40T4＇T0GTG等温线P30T30T3图五燃气轮机特性曲线83.燃烧室及其特性过程：等压燃烧过程GK→压气机流量，即进入燃烧室空气流量Gn→燃料流量GT→燃气流量，进入透平流量在等压下（P2≈P3），燃烧后燃料热转化为燃气温度升高。热平衡方程：燃烧燃料GnGTT3P3GKT2P2TnKTPTnKCPHKPKGGGGTCGQGTC32)G(T2nK3TGf即：94.循环效率η：理论效率：可推出：考虑各种损失后，实际循环效率（图六）提高燃气温度T3，增加压比可提高循环效率。GE公司9FA燃机机组T3＝1300℃ε＝15η＝37%与中压火电机组差不多ηε5t3=1300℃t3=800~900℃t3=600℃6~101520%35%30%),0.1(32PPTK）（fKK1110）（3,,,TfTK1QNNKT图六燃气机组循环效率105.运行工况点1)带发电机的燃气机组（图七）：各工况下转速基本不变，工况点在等转速线上。压气机特性、透平特性、等压燃烧特性综合其工况变化如图七。通过温度来调节，适应工况变化，而流量变化不大，属于质的调节。部分负荷效率低。工况线为A－B。2）带压气机或推进器（浆叶）的燃气机组（图八）转速随着工况而变化，转速变化大，即流量变化大，而温度变化不大，属于量的调节。部分负荷效率较高。工况线为：A－C0GGεABG1ε0图七等转速工况曲线0GGεACGn0n图八变转速工况曲线11＜二＞改进循环的措施为了进一步提高燃机装置的效率，提出一些新的措施，改进循环。1)回热循环增加回热器，回收部分燃气排气热。2)多级压缩中间冷却减少压气机消耗的功。3）中间燃烧提高透平平均进气温，即提高循环效率，以上措施可分别使用也可同时使用。当高温材料问题未突破前，以上这些措施还是采用比较多的。KTC回热器图九复杂循环K2T1C1回热器K1冷却器T2C2燃烧室C12＜三＞燃气－蒸汽联合循环燃气循环和蒸汽循环联合在一起的循环即燃气－蒸汽联合循环。燃气机组效率：KGT~QGTQEXhPGTSTPST余热锅炉燃气循环蒸汽循环　　　　　型　　例如　　　联合循环效率：或　　　蒸汽机组效率：　　57%20%37%0.37)-31.7%(137%31.7%37%9FAGE)-(1Q)P-(QQPQPQPP)(P-QPQPSTGTGTSTGTGTGTGTSTGTGTSTGTGTGTSTGTGTGTSTEXhSTSTGTGTSTSTGTGTGTPQPQP图十燃气－蒸汽联合循环TS01300℃600℃450~550℃图十一联合循环T-S图13四、电站燃气机组控制要求和特点启动控制：外加动力源，带到一定转速时点火、升速。设计专门启动控制逻辑和回路。转速、负荷控制：与汽轮机差不多，控制燃料量。温度控制：任何情况下都要防止超温、设计专有温度控制回路，参与负荷限制。压气机防喘振控制：轴流式压气机易进入喘振区，引起机组损坏，必须设计专门防喘振保护回路。燃气机组对象特性控制系统，有专门的培训内容讲解。