燃气轮机设备及运行

燃气轮机设备及运行燃气轮机设备及运行燃气轮机发电简介燃气轮机工作原理燃气轮机本体结构燃气轮机辅助系统燃气轮机运行主要内容燃气轮机设备及运行知识点:一、燃气轮机组成二、燃气轮机及联合循环特点三、本厂燃气轮机及联合循环型号四、本厂联合循环机组布置及组成燃气轮机发电简介燃气轮机设备及运行燃气—蒸汽联合循环发电机组空气压气机燃料燃气透平燃烧室电力发电机燃气轮机电力发电机余热锅炉汽轮机Brayton+Rankine循环燃气轮机设备及运行特点热效率高启动快调峰性能优运行灵活自动化程度高建设周期短、占地面积小环境污染小多种燃料燃气轮机设备及运行燃气轮机工作原理知识点:一、简单循环四个热力过程二、简单循环主要性能指标及影响因素三、压气机级的增压原理四、压气机的主要性能指标五、压气机中发生喘振现象的原因及防止措施六、等压燃烧室的类型七、扩散燃烧和预混燃烧的概念八、燃气透平的主要性能指标燃气轮机设备及运行燃气轮机设备及运行简单循环热力过程：理想：1-2s：等熵压缩过程实际：1-22s-3s：等压燃烧过程2-33s-4´s等熵膨胀过程3-44´s-1等压放热过程4-1一、燃气轮机简单循环P41燃气轮机设备及运行简单循环主要性能指标1、热效率——工质经过工作循环，把加入到循环中的热量转变为输出功的百分数P41燃气轮机设备及运行（1）循环效率ηiucTcTiifHwwqwwqw11q1——相对于1千克空气来说加给机组的热量，kJ／kgwT——相对于1千克空气来说的透平的膨胀轴功，kJ／kgwc——相对于1千克空气来说的压气机的压缩轴功，kJ／kgwi——相对于1千克空气来说的循环净功，kJ／kgHu——燃料的发热量，kJ／kgf——燃料流量与空气流量之比，即燃料空气比燃气轮机设备及运行（2）装置效率ηswT-wC-摩擦耗功usmcTmisfHwqww1ηm——燃气轮机机械效率ws——相对于1千克空气来说在透平功率输出上测得的轴功，kJ／kg燃气轮机设备及运行（3）机组有效效率ηewe（wT-wC-摩擦耗功-发电机耗功）uegmiueeeBHNfHwqw36001ηg——发电机效率Ne——发电机的功率，kWB——每小时加给机组的燃料量，kg/h燃气轮机设备及运行2、比功gmcTgmieGNwee——进入燃气轮机的每1千克空气，在燃气轮机中完成一个循环后所能对外输出的功G——空气流量，kg/sP41燃气轮机设备及运行3、压比4、温比12pp12ppaTT3——压气机出口压力与进口压力之比——工质的最高温度与最低温度之比，它代表工质被加热的程度．Ta——大气温度，KT3*——透平进口燃气滞止温度，K燃气轮机设备及运行结论：（1）τ↑，we和ηe↑（2）τ一定时存在最佳π，τ↑，最佳π↑（3）三大部件效率↑，各流阻损失↓，we和ηe↑——实际简单循环燃气轮机设备及运行二、轴流式压气机工作原理燃气轮机设备及运行P58燃气轮机设备及运行轴流式压气机的增压原理（1）动叶栅设计成由叶片内弧朝叶片运动方向，气流流过动叶栅时，外部机械功通过动叶传递给气流，转化成为气流动能，使绝对速度变大（2）高速气流流过扩压静叶，使气流速度降低，工质增压。（3）合理设计动静叶栅几何形状，不仅使气流在静叶增压，还使气流在流经动叶栅时降低相对速度，使工质压力在动叶栅中有所提高。燃气轮机设备及运行轴流式压气机主要性能参数：1、空气流量G是指在单位时间内流经压气机的空气质量流量，kg/s2、压缩比是指压气机排气总压与进气总压的比值1p2p12/pp即：app/11——压气机吸入口的总压保持系数P77燃气轮机设备及运行0.88～0.91s*1*2*1*2*iiiiss3、压气机的等熵压缩效率等熵压缩功与实际消耗功之比，衡量压气机设计和运行经济性的重要指标燃气轮机设备及运行4、压气机所消耗的功率N**1*2*1*2/)()(ssiiGiiGN*1/11sKKaRTKKGTa——外界大气的绝对温度K——空气绝热指数，一般取1.4G——空气质量流量燃气轮机设备及运行轴流式压气机通用特性曲线：表达压气机的通流能力、效率、压缩比与折合转速之间的变化关系曲线*1*1pTG*s**1Tn燃气轮机设备及运行分析：P83（1）压气机工作特性可用四参数来表示（2）决定压气机运行工况和工作特性的独立参变量只有两个（3）空气流量随转速降低而减小。当折合转速不变时，随工质折合流量（又称为通流能力）的增大，压比将逐渐下降。随折合转速的升高，等折合转速线（压比与折合流量变化关系）更加陡削。（4）喘振边界线：绝不能允许压气机在喘振区内工作（5）在每一条等折合转速线上，压气机都有一个最佳效率运行点。当折合流量偏离了该运行点所对应的折合流量时，压气机的效率就会降低燃气轮机设备及运行在压气机中发生喘振现象的原因及防止措施1、喘振现象的产生原因：（1）气流脱离现象：当流经工作叶栅的空气流量减小到一定程度，气流正冲角增大到一定值，就会在叶片背弧侧发生气流附面层的脱离现象，当气流发生较大脱离时，就会朝叶栅进口倒流，为发生喘振现象提供了条件。P84燃气轮机设备及运行燃气轮机设备及运行（2）旋转脱离现象：气流脱离往往先在某一个或几个叶片上发生，随空气积流量进一步减小，气流脱离区并不固定在某一个叶片上，它会以一个于叶栅运动方向相反的方向移动，这种脱离现象又称旋转脱离。P84燃气轮机设备及运行（3）喘振现象：当空气流量继续减小，旋转脱离就会强化和发展，当发展到某种程度，由于气流的强烈脉动，在整台压气机中出现不稳定的喘振现象。那时，压气机的流量和压力就会发生大幅度的、低频率的周期性波动，并伴随怒吼似的喘振声，甚至有空气从压气机进口倒流出来，这时，压气机完全不能正常工作，往往进一步导致严重设备事故发生。P85燃气轮机设备及运行2、防止喘振的措施：（1）在轴流式压气机的第一级，装设可转导叶燃气轮机设备及运行（2）在压气机通流部分的某一个或若干个截面上，安装防喘放气阀燃气轮机设备及运行三、等压燃烧室原理燃气轮机设备及运行等压燃烧室基本要求及性能指标：（1）满足给定的出口平均温度3tP108（2）燃烧稳定性好熄火极限：表示燃烧室燃烧稳定性的安全指标（3）燃烧完全、燃烧效率高燃烧效率是表示燃料在燃烧室燃烧的完全程度以及燃烧室散热多少的经济性能指标（4）燃烧室压损小燃烧室总压保持系数232/pp0.95～0.97燃气轮机设备及运行（5）火焰短、稳定、出口温度均匀燃气轮机工作原理——燃烧室（6）整体尺寸要小，燃烧室热强度要高燃烧热强度是单位容积的燃烧空间中或单位面积的燃烧截面上，能够释放出来的热量。（7）启动点火性能好（8）火焰管壁面温度低而且均匀（9）排气对大气污染少燃气轮机设备及运行等压燃烧室类型：圆筒型分管型环管型环型按结构分：P114燃气轮机设备及运行扩散燃烧：燃料与空气没有预先均匀混合，而是依靠扩散和紊流交换的作用，使它们彼此掺混，在过量空气系数α=1的火焰面上进行燃烧。（1）在高负荷下向燃烧室喷射一定数量水或蒸汽（2）在余热锅炉中安装选择性催化还原反应器（SCR）扩散燃烧型燃烧室控制NOx排放方法：P125燃气轮机设备及运行预混燃烧：燃料气与空气预先混合成均相、稀释的可燃物，使之以湍流火焰传播的方式通过火焰面进行燃烧。通过对燃料与空气实时掺混比的控制，使火焰面温度低于空气中的N2与O2起化学反应生成NOx时的起始温度1650℃，从而控制NOx的生成。燃气轮机设备及运行干式低污染燃烧室（DLN）的设计措施：（1）合理选择燃料的实时掺混比和火焰温度,使NOx和CO的排放量都较低P126对于天然气：1700-1800K来选择燃料／空气的混合较合适燃气轮机设备及运行（2）适当增大燃烧室的直径或长度。（3）在低负荷工况下（包括起动点火工况）保留一小股扩散燃烧火焰，以防燃烧室熄火。（4）合理控制均相预混可燃混合物从调节阀门喷口到燃烧区之间的输运时间，以防发生燃烧振荡。燃气轮机设备及运行（5）采用分级燃烧方式以扩大负荷变化范围。燃气轮机设备及运行四、轴流式燃气透平工作原理P137燃气轮机设备及运行轴流式燃气透平主要性能参数1、燃气的初温和初压3T3p是指燃气透平的进气总温和总压P155燃气轮机设备及运行2、燃气流量TG是指在单位时间内流经燃气透平的燃气质量流量)1(GGGGGGGGGclfclfT燃气轮机设备及运行3、膨胀比或TT是指燃气透平的进气总压与透平排气总压或静压的比值3p4p4p43/ppT即：燃气轮机设备及运行0.90～0.92。TT4、透平的绝热膨胀有效效率(或)透平实际绝热膨胀功与等熵膨胀功与之比*4*3*4*3*sTiiii燃气轮机设备及运行5、透平总功率TN*1**311TKKTprTTTTTCGN注意：透平发出总功率并不是整台机组对外输出有效功率，它需要消耗相当大一部分功率，用来带动压气机和机组辅助设备工作，还需要克服轴承机械摩擦损耗等。燃气轮机设备及运行一、压气机结构特点二、燃烧室的类型及结构特点三、叶片冷却型式四、燃气轮机主要辅助系统的任务知识点:燃气轮机本体结构燃气轮机设备及运行透平的冷却燃气轮机设备及运行静子冷却：第一股空气从压气机出口，较多部分流入一级静叶持环，再流入一级静叶内部冷却流道，冷却静叶后从静叶出气边小孔排至主燃气流中。另一部分经一级护环去冷却二级静叶，其中一部分再经二级护环去冷却三级静叶，流入二级静叶的空气，一部分冷却叶片后从出气边排至主燃气流中，另一部分从内环前端的孔流出，冷却一级叶轮出气侧和二级叶轮进气侧。第二股冷却空气从压气机第5级引来，经气缸上均布的一圈孔道冷却气缸后，进入排气扩压机匣与扩压器之间的外腔，再经扩压机匣上筋板处的流道流入内腔，最后自三级叶轮出气侧流入扩压器中，冷却了扩压机匣和三级叶轮出气侧。燃气轮机设备及运行转子冷却空气：第一股是从压气机出口处气封流过来的，至转子进气侧冷却一级叶轮进气侧。第二股从压气机16级经转子内部流道引来，其中多数流入一级动叶内部冷却，然后从叶顶排入主燃气流中，其余的一部分去冷却二级动叶，另一部分流至二级叶轮出气侧，对二级叶轮出气侧和三级叶轮进气侧进行冷却。此外，从压气机第5级引入后轴承密封的空气，有一部分要漏入转子出气侧，它可视为对转子出气侧的冷却燃气轮机设备及运行透平叶片冷却对流冷却、冲击冷却、气膜冷却、发散冷却燃气轮机设备及运行6B、9E型透平第一级静叶采用燃气轮机设备及运行动叶：仅采用对流冷却，如6B、9E型透平一、二级动叶目前也采用有冲击冷却的综合冷却燃气轮机设备及运行（1）在燃气轮机启停过程中，当转子以部分转速旋转时关小IGV角度，防止压气机发生喘振（2）当联合循环时，调节IGV的开度可维持比较高的燃气透平排气温度，以获得较高的联合循环效率。（3）机组启动时关小IGV，减小启动过程中压气机的阻力矩，缩短启动加速时间。进口可转导叶系统的功能燃气轮机设备及运行气体燃料系统的功能向燃烧室提供适量的符合质量要求的气体燃料燃气轮机设备及运行知识点:一、大气参数（温度、压力）变化、进、排气压损变化对燃气轮机出力和效率的影响二、燃气轮机启动主要阶段三、热挂产生原因，如何消除燃气轮机运行燃气轮机设备及运行燃气轮机变工况产生原因：外界负荷变化环境条件（大气参数）变化部件性能变化进、排气压损变化燃气轮机设备及运行评价燃气轮机变工况性能指标经济性稳定性加载性适应性燃气轮机设备及运行注意：（1）τ越高，等温比线趋近于压气机喘振边界线；（2）透平通流面积越小，同一数值的等τ线就越趋近于喘振边界线燃气轮机设备及运行燃气轮机设备及运行单轴恒速简单循环燃气轮机部分负荷工况性能分析稳定性好加载性好经济性差燃气轮机设备及运行二、大气参数变化对燃气轮机性能影响燃气轮机设备及运