西门子公司燃气轮机和联合循环技术 1

sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlants西门子公司燃气轮机和联合循环技术Datum2004-05sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlantsV94.3A燃气轮机设计特点12876543(1)发电机连接方式-冷端驱动(2)气缸--水平中分(3)转子-两个轴承-中空轴-叶轮之间通过Hirth齿噛合-叶轮用中心拉杆轴向固紧(4)压缩机-15级-优化流动设计-进口可转导叶(5)燃烧室-环形燃烧室-24个组合式燃烧器-陶瓷与金属遮热瓦块(6)燃烧器-低NOx技术-可燃烧多种燃料(7)透平-4级-先进的冷却技术-叶片隔热塗层-叶型气膜冷却(8)排气-轴向排气sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlants已安装的机组数和运行小时数94739480204060801003A-SeriesV64.3AV84.3AV94.3A已安装的机组数3A3A系列系列1000000840002660007320003ASeriesV64.3AV84.3AV94.3A运行小时数0500,0001X1063A3A系列系列sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlantsVX4.3A压气机叶片设计Î先进的可控扩散度叶型Î边界修正(3维叶片)Î级数少/级压比大Î先进的可控扩散度叶型Î边界修正(3维叶片)Î级数少/级压比大第6级静叶片压气机叶片sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlants燃气轮机转子压气机叶轮透平叶轮中空轴Hirth齿啮配中心拉杆sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlants压气机叶轮上的Hirth齿Hirth齿sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlants转子设计z设计特点-在所有转子部件之间有沿径向的啮配齿(Hirth齿)-中心拉杆z优点-传递扭矩可靠-所有转子部件精确定中心,即使这些部件径向膨胀量不同时也无妨-若中心拉杆的固紧力有变化,转子的轴对称性不受影响-在现场转子可拆装,而且不需再做动平衡-用液压加载装置可以轻易地施加和调整中心拉杆压紧力-允许快速启动-临界转速高z设计特点-在所有转子部件之间有沿径向的啮配齿(Hirth齿)-中心拉杆z优点-传递扭矩可靠-所有转子部件精确定中心,即使这些部件径向膨胀量不同时也无妨-若中心拉杆的固紧力有变化,转子的轴对称性不受影响-在现场转子可拆装,而且不需再做动平衡-用液压加载装置可以轻易地施加和调整中心拉杆压紧力-允许快速启动-临界转速高sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlants通过转子内部的冷却空气流通过冷却空气通道和Hirth齿之间隙的空气循环可以全面加热和冷却转子元件优点与只有径向传热相比（焊接转子），温度变化速度快而且更均匀热应力小迅速达到稳定工况，这样叶片顶部不会碰擦，漏气损失小sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlants热再启动和快速变负荷能力热再启动和快速变负荷能力„内部有空气流动的转子可以使它的温度变化和气缸几乎一样快„在受热和冷却时,转子和气缸的直径及长度同时改变(被动间隙控制)„径向Hirth齿使叶轮能单独热膨胀且保持同心„对称的气缸设计防止变成椭园及偏心sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlantsV94.3A环形燃烧室2424个组合个组合式燃烧器式燃烧器环形燃烧室环形燃烧室外缸外缸组合式燃烧器环组合式燃烧器环((HBR)HBR)和环形燃烧室和环形燃烧室sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlants计算NOx生成量图线停留时间:筒形燃烧室筒形燃烧室:150:150毫秒毫秒环形燃烧室环形燃烧室:30:30毫秒毫秒((混合式燃烧器混合式燃烧器))NONOXX排放排放过量空气系数过量空气系数温度温度停留时间停留时间,,毫秒毫秒sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlants西门子组合式燃烧器燃油回油燃油蒸汽或水喷水助燃空气内旋流器值班燃料气值班燃料气扩散燃烧燃料气喷蒸汽预混燃料气外旋流器燃料气/空气混合物燃油扩散燃烧燃料气sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlants扩散扩散和预混预混燃烧扩散火焰扩散火焰天然气天然气空气空气预混火焰预混火焰天然气天然气((预混火焰预混火焰))空气空气均匀的天然气均匀的天然气//空空气混合物气混合物天然气天然气((值班火焰火焰))sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlantsV84.3A的NOx和CO排放(工厂试验)天然气燃油预混燃烧方式运行预混燃烧方式运行扩散燃烧方式运行扩散燃烧方式运行在最大喷水量在最大喷水量160%160%时时,,可以达到可以达到4242ppmppmz燃烧天然气:-在约50%基本负荷时由扩散燃烧切换到预混燃烧-在基本负荷时NOx排放量约25ppm-CO排放量非常小z燃烧燃油-用扩散燃烧方式运行-为了减少NOx排放,需要喷水或喷蒸汽z燃烧天然气:-在约50%基本负荷时由扩散燃烧切换到预混燃烧-在基本负荷时NOx排放量约25ppm-CO排放量非常小z燃烧燃油-用扩散燃烧方式运行-为了减少NOx排放,需要喷水或喷蒸汽sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlants用喷水或喷蒸汽减少NOx排放z使一次区惰性化的3种技术:-喷水-喷蒸气-天然气/蒸汽混合喷入z西门子混合式燃烧器能采用上述任一种技术z喷水会减低效率z在水与燃料比为1:1时,NOx排放约减少60%;在天然气/蒸汽混合喷入时,NOx约减少90%z使一次区惰性化的3种技术:-喷水-喷蒸气-天然气/蒸汽混合喷入z西门子混合式燃烧器能采用上述任一种技术z喷水会减低效率z在水与燃料比为1:1时,NOx排放约减少60%;在天然气/蒸汽混合喷入时,NOx约减少90%喷水喷水喷蒸汽天然气与蒸汽预先混合天然气与蒸汽预先混合喷水喷水//蒸汽时时NOxNOx排放排放不喷水不喷水//蒸汽时时NOxNOx排放排放sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlants使用陶瓷瓦块的丰富经验使用陶瓷瓦块的丰富经验VX4.31.322.000OHVX4.3A211.000OHVX4.210.800.000OH总共:1200万运行小时OH=运行小时数弹性长度弹性长度夹紧力夹紧力弹性长度弹性长度sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlants燃烧室金属金属遮热瓦块瓦块ScrewMetallicheatshieldNutCupspringsCoolingairholesCoolingairchamber螺钉螺钉金属遮热瓦块金属遮热瓦块冷却空气通道冷却空气通道冷却空气孔冷却空气孔蝶形弹簧蝶形弹簧螺母螺母支承构件支承构件sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlantsV94.3A燃气轮机燃烧系统环形燃烧室燃烧器出口透平进口sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlants透平sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlants带有Hirth齿的透平叶轮sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlants3A型燃气轮机的冷却空气源供冷却空气供冷却空气详图AAsSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlants供给清洁的冷却空气•通过管子的是压力最大，含尘量最少的冷却　空气•予旋流器：　能最大程度地减少进入　转子的压力损失，此股　冷却空气仅用于第１级　动叶片冷却•由于转子中的离心力,灰尘被分离出来•清洁的空气进入第1级静叶片冷却系统sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlants透平叶片的冷却方法隔热塗层(TBC)过渡层叶片形成冲击式冷却的芯子冷却方式:A冲击式冷却B利用扰流片增强对流冷却效果C内部传热D气膜冷却热燃气側sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlantsVX4.3A第1级静叶片和动叶片静叶片静叶片动叶片动叶片sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlants第1级动叶冷却方式ABCABCsSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlants透平第1级静叶片的低周疲劳单个静叶比静叶弧段能承受更多的载荷交变次数总应变容许的载负荷交变次数1010.1101001000100,000满负荷时突甩负荷正常启停由3个静叶片组成的静叶弧段单个静叶片%sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlantsV94.3A透平第4级动叶片空心空心sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlants先进的透平叶片铸造技术PolyCrista(PC)DirectionallySolidified(DS)SingleCristal(SC)多晶多晶定向凝固定向凝固单晶单晶sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlants单晶和常规铸造超级合金的比较单晶另件有高得多的设计寿命和能承受高几个数量级的载荷交变次数100003000012循环次数标称应变单晶光滑试样单晶带孔试样等轴结晶光滑试样等轴结晶带孔试样10000.230000.5sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlants隔热涂层(TBC)性能温度温度热燃气热燃气陶瓷陶瓷过渡层过渡层基体金属基体金属冷却空气冷却空气sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlantsV94.3A燃气轮机可用性率–2002年统计在2002年有8个月以上商业运行记录的燃气轮机8188919293949595959596969797979898989898999999999910005010012345678910111213141516171819202122232425262111平均可用性率96%平均可靠性率99,7%1大修大修加改进2sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlantsComparisonV94.3A-GE9FB在FB中进行的改进而在FA中所不具有特点,已经是V94.3A中的成熟技术„高效率,坚固的用3维技术设计的压气机„透平中用单个静叶片以避免在多叶片弧段中的低周疲劳裂纹„第1级动叶片是单晶叶片„有竞争力的出力和效率一些西门子重要的设计特点,它仍是FB设计中所没有的:„转子中的扭矩传递用齿形连接(Hirth齿)„用于第1级静叶片和1-3级动叶片的冷却空气中的灰尘被分离出去„被动间隙控制„转子不解体,可更换压气机叶片sSiemensGasTurbinesandCombinedCyclePowerPlants3A型燃气轮机的运行灵活性„燃料质量:组合式燃烧器能控制热值和天然气密度波动的影响,保持稳定运行„多种燃料运行:可使用天然气,柴油,石脑油和凝析油。例如，菲律宾的SantaRita电站„从天然气到燃料油的相互切换可在60-80%负荷时进行,仅需5分钟„甩负荷特性:无论是用天然气或柴油,可