燃气轮机原理、结构及运行维护

燃气轮机原理、结构及运行维护1复述燃气轮机的基本原理和相关结论陈述燃气轮机的基本结构和技术难点说出燃气轮机的运行和检修的特点123课程目标2目录31.燃气轮机的基本原理2.燃气轮机的基本结构3.燃气轮机的运行与维护4.燃气轮机技术的最新发展第一章燃气轮机的基本原理目录4燃气轮机循环•理想循环：布雷顿循环（Brayton）•利用高温高压燃气在燃气轮机中膨胀做功，带动发电机转动的动力循环装置。1.1基本原理-引言5理想简单循环压容图和温熵图透平压气机负载燃料①绝热压缩过程②等压燃烧过程③绝热膨胀过程④等压放热过程理想简单循环四过程：13421.1基本原理-理想简单循环6绝热膨胀过程3→4s：面积34sp1*p2*3就是透平膨胀做功等压放热过程4s→1：面积4s1s1s34s则是燃气排气耗能面积34s12s3=面积34sp1*p2*3-面积12sp2*p1*1=lts-lys=lcsmystscqqqqqqll111121211循环效率：绝热压缩过程1→2s：面积12sp2*p1*1就是绝热压缩耗功)1()(*1*1*2mppysTcTTcl等压燃烧过程2s→3：面积2s3s3s12s就是空气从外界吸入的热能)(*2*31TTcqp)11()(*3*4*3mpptsTcTTcl)(*1*42TTcqp111*1mmpcsTcl*1*3TT温比：4.1k空气：kkm1-系数：*1*2pp压比：1.1基本原理-理想简单循环7实际简单循环压容图和温熵图由于：1）压气机的叶型损失、环端面损失及二次流损失；2）燃烧过程中的滞止压力降低；3）燃气透平中的型阻损失、端部损失、轮盘摩擦损失、余速损失等；4）透平的排气总压p4*要比大气压压力略高等。透平的膨胀功lt减少了，而压气机的压缩功lys增大，对外界输出的实际循环净功lcs=lts-lys减少了，实际循环的循环效率减少。1.1基本原理-实际简单循环8实际循环中循环热效率ηgt与τ和ε*的变化关系实际循环中比功率lcs/cpTa与τ和ε*的变化关系1.1基本原理-实际简单循环91，理想简单循环的比功与压比和温比都有关系2，理想简单循环的效率只与压比有关。理想简单循环1，随着温比的增加，实际简单循环比功和效率均有所增加2，一定的温比条件下，存在一个最佳压比，此时实际简单循环的比功达到最大。实际简单循环1.1基本原理-对比101.1基本原理-实例11减少损失最佳压比提高效率提高比功提高温比、透平效率、压气机效率和燃烧室效率，或是减少机组各部分的流阻损失，都可以提高燃气轮机热效率和比功。为了使机组的热效率和比功达到最大值，还必须合理选择最佳压比。提高燃气轮机机组热效率的措施还有采用回热循环和燃气-蒸汽联合循环的方案。提高燃气轮机机组比功的种措施还有采用间冷循环和再热循环。提高燃气轮机效率和比功的措施：1.1基本原理-措施12环境温度的影响1.1基本原理-影响因素131.2叶轮机械原理-引言14透平压气机能量转换：叶栅通道：流动过程：级的构成：叶型：轮缘功：工作环境：级数：多级流程：效率：焓＝》机械能收敛式膨胀加速静叶＋动叶厚、弯度大大高温少扩展单级：0.88-0.91多级：0.91-0.94机械能＝》压力势能＋热能扩散式扩压减速动叶＋静叶薄、弯度小小低温多缩小单级：0.88-0.90多级：0.83-0.871.2叶轮机械原理-对比介绍透平与压气机的对比15气体流经压气机级的参数变化1.2叶轮机械原理-参数变化161.2叶轮机械原理-速度三角形基元级速度三角形C=w+u17压气机基元级沿叶高的变化：基元级叶栅形状和气流流入角沿叶高不同，因此轴流压气机的工作轮叶片和导流器叶片呈扭曲状。1.2叶轮机械原理-扭曲叶片18气流进入叶片示意图1.2叶轮机械原理-喘振攻角：压气机在工作时，气流进入叶片的流入角β1一般情况下与叶片的几何进口角β1k不相一致，它们的差值，称为攻角。19基本理论的两点结论？大气温度的影响？叶片为何是扭曲的？喘振发生的机理？对一个燃机联合循环电厂来说，采用进气冷却是否有用？本章小结20第二章燃气轮机的基本结构目录21燃气轮机2.1整体结构-引言22燃机型号M701F4SGT5-4000F(4)9FB（03）燃烧室形式环管形DLN环形DLNDLN2.6+压比1817.218燃机简单循环出力，MW312287295燃机简单循环效率，%39.339.538.6单轴联合循环出力，MW470423455单轴联合循环效率，%59.558.6659.3透平进气温度，℃1427*13431370燃机排气温度，℃597590633.6空气流量，kg/s730672.5648.6国内目前引进最先进的燃气轮机2.1整体结构-引言23型号三菱M701JGE9FB（05）西门子SGT5-8000H压气机压比（级数）23（15级）19.7（14级）19.2（13级）透平入口温度（℃）1600（静叶入口）简单循环出力（MW）460330375单轴联合循环出力（MW）670510578联合循环效率（%）616060.75NOx排放（mg/Nm3）25ppm30-50（25ppm）启动时间（点火到FSNL）10-15min6min带负荷时间从230MW到460MW仅需11.5min热态启动满负荷小于30min标准25分到375MW快速10分钟到375MW目前最先进的燃气轮机2.1整体结构-引言242.1整体结构-总体结构压气机透平燃烧室25序号型号单位M701F4S109FBSGT5-4000F(4)1总体1.1点火转速rpm约600~4203961.2自持转速rpm约2000~240015601.3电子超速跳闸转速rpm3330330032401.4重量(法兰与法兰之间)t440309.6423121.5燃机转子重量t93841301.6尺寸(长×宽×高)m17.3×5.8×5.810.5×5×510.8x5.2x4.92压气机2.1级数级1718152.2类型轴流式轴流式轴流式2.3汽缸中分面水平水平水平2.4压比1818.3172.5转子结构类型拉杆轮盘拉杆轮盘中空轴，叶轮由中心拉杆连接2.6可调叶片级数1112.1整体结构-结构对比26编号型号单位M701F4S109FBSGT5-4000F(4)3透平3.1级数4343.2喷嘴空气冷却1~3级第1、2、3级1~4级3.3叶片空气冷却1~3级第1、2级1～4级叶片叶根冷却4燃烧系统4.1类型环管形，干式低NOx环管形，DLN2.6+环形DLN4.2燃烧室数量个201814.3每个燃烧室的燃料喷嘴数量个256244.4点火器数量个22244.5火焰监测器数量个4424.6火焰监测器类型紫外线检测紫外线UV&IR火焰传感器4.7燃烧器的空冷系统对流、薄膜冲击冷却冲击、气膜4.8过渡段的空冷系统对流、薄膜冲击冷却不适用2.1整体结构-结构对比272.2部件-压气机28轴流压气机的增压原理？2.2部件-压气机29燃气轮机一般有十几个燃烧器，每个燃烧器都可看成一个单独的燃烧室（环管形）。如下图所示：2.2部件-燃烧室30燃烧室的剖面模型：燃烧室由外壳与火焰筒组成，在外壳端部有天然气入口，在火焰筒尾部联接过渡段，在燃烧室内装有燃料喷嘴。2.2部件-燃烧室31燃烧室的燃烧过程：天然气通过燃烧室端部燃气入口进入燃烧室，喷入的天然气与压气机压入的空气在燃烧室火焰筒里混合燃烧，生成高温高压燃气从燃烧室过渡段喷出，进入透平做功。2.2部件-燃烧室32燃气透平也称为燃气轮：从燃烧室喷出的高压燃气推动透平叶轮旋转，把燃气的内能转化为透平的机械能。2.2部件-燃气透平332.2部件-燃气透平高温部件透平一级静叶示意图结构复杂材料、冷却34燃气轮机结构2.3M701F燃机-整体结构35TorquePinsBetweenCompressorDisks压气机叶轮之间的传扭小圆柱在透平之间的齿状耦合CurvicCouplingBetweenTurbineDisks切向支撑结构TangentialStrutEasyBladeExchange动叶换装容易的叶根结构BladeRingStructure(DoubleCasing)双层机匣结构ExternalCoolerforRotorCoolingAir用于冷却轴系的外部冷却系统ColdEndDrive低温部的轴动力驱动装置2.3M701F燃机-结构特点36压气机隔板环2.3M701F燃机-压气机37燃烧器结构及工作原理2.3M701F燃机-燃烧室38燃烧器结构及工作原理2.3M701F燃机-燃烧室392.3M701F燃机-燃烧室燃烧器旁路阀40抽气冷却2.3M701F燃机-燃气透平412.3M701F燃机-燃气透平动、静叶的冷却422.3M701F燃机-燃气透平一级动、静叶叶片上的冷却技术43三大品牌三大部件技术难点三大品牌（GE、西门子、三菱），你更喜欢哪个品牌？本章小结44目录第三章燃气轮机的运行与维护45空气烟气系统主流程3.1辅助系统-空烟系统空气烟气463.1辅助系统-空烟系统IGV：473.1辅助系统-水洗系统为何要洗？该怎样洗？48DryingOperation1hourForcedCooling2min.TimeSpeed2min.2min.1hr.**1hrfordrainandrestorethevalvepositions.800rpm离线水洗流程图3.1辅助系统-水洗系统49调节前调节后3.1辅助系统-燃气调节系统50如何防止喘振？如何防止热悬挂？3.2燃机的运行-启动燃机的启动：51高速盘车：3.2燃机的运行-高速盘车高速盘车？有何作用？523.2燃机的运行-猫拱背“猫拱背”现象：533.2燃机的运行-猫拱背54压气机出口椭圆形变形：CompressorBladeRing3.4燃机的运行-椭圆形变形553.3燃机检修-检修周期检修周期的计算：56连续运行机组等效运行小时数两班制运行机组启停次数燃机检修分为燃烧室检修（CI）、透平检修（TI）及大修（MI）三类。燃机热通道部件为强制性rowin-rowout（进一出一）式备件，即整体将热通道部件拆卸并送至专业修理厂进行维护，现场用新部件或修理件来代替。检修间隔检修与维护的类型需要检查的部件第一次{8,000等效运行小时（1）或者300次启动，以先达到者为准}燃烧室检修（拆卸燃烧室部分）·外观检查和NDT*1燃烧室火焰筒，过渡段和燃料喷嘴·目视检查，点火器点火试验，火焰探测器功能试验·第一级透平动叶片的外观检查，第一级和第四级透平静叶片的外观检查·压气机进口导叶，第一级叶片，最后一级隔板以及出口导叶的外观检查第二次{16,000等效运行小时（1）或者600次启动，以先达到者为准}透平检修（卸除透平缸盖）·透平动叶片，静叶片和密封的外观检查和NDT*1·压气机进口导叶，第一级叶片，最后一级隔板以及出口导叶的外观检查。·同时进行燃烧室的检修第三次{24,000等效运行小时（1）或者900次启动，以先达到者为准}燃烧室检修（拆卸燃烧室部分）·外观检查和NDT*1燃烧室火焰筒，过渡段和燃料喷嘴·目视检查，点火器点火试验，火焰探测器功能试验·第一级透平动叶片的外观检查，第一级和第四级透平静叶片的外观检查·压气机进口导叶，第一级叶片，最后一级隔板以及出口导叶的外观检查第四次{32,000等效运行小时（1）或者1,200次启动，以先达到者为准}透平检修（卸除透平缸盖）·透平动叶片，静叶片和密封的外观检查和NDT*1·压气机进口导叶，第一级叶片，最后一级隔板以及出口导叶的外观检查。·同时进行燃烧室的检修第五次{40,000等效运行小时（1）或者1,500次启动，以先达到者为准}燃烧室检修（拆卸燃烧室部分）·外观检查和NDT*1燃烧室火焰筒，过渡段和燃料喷嘴·目视检查，点火器点火试验，火焰探测器功能试验·第一级透平动叶片的外观检查，第一级和第