燃机结构与原理课件.ppt

燃 气 轮 机 装置,燃气轮机装置,概述 燃气轮机循环 燃气轮机的结构和工作原理 燃气轮机变工况 燃气轮机的主要系统,Company Logo,,1.燃气轮机的组成和任务2.燃气蒸汽联合循环3.燃气轮机的发展简史4.我国燃气轮机技术的发展与应用5.燃气轮机发电装置的分类和命名,第一章 概论,Company Logo,,,一、燃气轮机的组成燃气轮机（Gas Turbine）主要由压气机（Compressor） 燃烧室（Comburstion） 燃气透平（Turbine）三大部分组成燃气轮机的组成和任务,Company Logo,,,燃气轮机的组成和任务,二、燃气轮机的任务 燃气轮机是以空气和燃气作为工作介质（即工质）将其热能转换为机械能的高速旋转式动力机械其任务就是将燃料的化学能转变为燃气的热能，又将燃气的热能部分转变成旋转机械能燃气轮机及其外负荷通称为燃气轮机装置或燃气轮机机组 外负荷（压气机（升压站）、船舶飞机（螺旋桨）、车辆飞机（发动机）及发电机等）Company Logo,,燃气轮机的组成和任务,三、燃气轮机工作过程 在压气机中空气从外界连续被吸入，并使之增压，同时其温度也相应提高。

在燃烧室中高压空气与燃料（天然气、煤气或油）混合燃烧形成高压高温燃气 在燃气透平中燃气膨胀做功（压力降低、温度降低）将燃气的热能转变为透平转子的机械能，透平转子带动压气机和外负荷转子高速旋转 从透平中将做完功的燃气乏气排至大气中放热Company Logo,,Company Logo,,GE公司9FA燃气轮机机剖面图,Company Logo,,,,,,GE公司9FA燃机转子 实物图：,V94.2燃气轮机,,Company Logo,,燃气轮机的组成和任务,四、燃气的轮机优点 与内燃机相比： 优点：单机功率较大；重量轻、体积小；启动快； 排气污染小 缺点：油耗高；制造成本高 与汽轮机相比： 优点：装置简单、紧楱、重量轻、体积小；启动快、带负荷快；不需大量冷却水 缺点：单机功率较小 、效率较低、运行寿命短Company Logo,,燃气蒸汽联合循环,一、燃气蒸汽联合循环的特点 燃气蒸汽联合循环由燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机组成 将燃气轮机循环透平排出的工质（排气温度较高，约为450600；大型机组排气量达100600kg/s）燃气透平产生的一部分能量用于驱动压气机，而其余部分能量用于驱动发电机；膨胀后的气体则通过余热锅炉从主烟囱排入大气。

进入余热锅炉将水加热成过热蒸汽，过热蒸汽进入蒸汽轮机中做功 对于燃气轮机循环，排气温度T2受排气压力限制，排气温度T2限制了其效率的提高（等效卡诺循环t=1-T2/T1）一般可达到3640%,Company Logo,,燃气蒸汽联合循环,对于蒸汽轮机循环，平均吸热温度T1受到了汽轮机材料的耐温耐压的限制（汽轮机进汽温度一般为450600），平均吸热温度T1限制了其效率的提高（等效卡诺循环t=1-T2/T1）一般循环效率可达到40% 采用燃气蒸汽联合循环（发电或热电联产），系统中能源从高品位到中低品位逐级利用，即形成能源的阶梯级利用一般效率可达5860%,Company Logo,,燃气蒸汽联合循环,二、燃气蒸汽联合循环发电的主要优点 （1）电厂整体循环效率高； （2）对环境污染小 ；（无SO2排放，NOx和 CO排放低） （3）在相同条件下，单位容量投资小； （4）调峰性能好，启动快捷； 燃气轮机从启动到带满负荷运行一般不到20min 联合循环从启动到带满负荷运行热启60min、温启90min、冷 启120min 蒸汽轮机循环热启90min、温启180min、冷启300min。

（5）占地少；（火电厂的3040%） （6）耗水量少；（燃机循环为火电厂210%的用水量联合循环为同容量火电厂1/3的用水量 （7）建厂周期短； （8）自动化程度高 总之，从电网运行的机动性（调峰灵活）和安全可靠（可实现黑启动）性出发，1520%的燃气轮机循环机组是必要的Company Logo,燃气蒸汽联合循环,Company Logo,,燃气轮机装置的分类和命名,一、燃气轮机装置的分类 （1）按用途分 燃气轮机装置可分为地面燃气轮机、船（车辆）用燃气轮机和航空燃气轮机 地面燃气轮机可分为工业用燃气轮机和发电用燃气轮机 （2）发电用燃气轮机按结构形式可分工业型和航机改装型两大类 工业型燃气轮机是目前应用较广泛的机组，它具有寿命长、能长期连续安全运行、效率高、节省贵重金属材料等优点缺点机组重而大Company Logo,,燃气轮机装置的分类和命名,（3）按循环分 按燃气轮机热力循环特点可分为简单循环、中间冷却循环、再热循环和回热循环 （4）按燃气轮机转子结构分 按燃气轮机转子结构分可分为单轴、双轴或三轴燃气轮机装置Company Logo,,燃气轮机装置的分类和命名,二、燃气轮机装置命名规则 燃气轮机的命名规则各制造厂各不相同，现以GE公司的重型和航机改装型燃气轮机为例介绍 我国JB/T2783-1992的燃气轮机命名规则与GE的类似。

各代号的含义规定如下： 含义 用途燃气轮机系列号输出功率轴式循 环方式压气机改型号 （1）用途以大写字母表示 M 机械驱动 GD 发电设备 PG 箱装式发电设备,Company Logo,,燃气轮机装置的分类和命名,（2）燃气轮机系列号3、5、6、7、9 相应表示:MS3002、MS5000、MS6001、 MS7001和MS9001等系列 （3）输出功率大致为几百、几千或几万hp hp表示英制马力，1hp=0.7457kW （4）轴式单轴用“1”、双轴用“2” （5）循环方式“R”表示回热循环，此项缺省表示简单循环 （6）压气机改型号代表压气机型号及相关技术,Company Logo,,燃气轮机装置的分类和命名,举例 PG9171E表示箱装式发电机组（Package Generator），MS9001系列E型，简单循环，单轴机组，其出力约为17万hpCompany Logo,,,燃气轮机装置的分类和命名,三、联合循环命名规则（GE公司产品为例） 含义 联合循环代号燃气轮机数量0（无意义）燃气轮机系列号压气机改型号 （1）联合循环代号用“S”表示，S是STAG（Steame and Gas蒸汽与燃气）的缩写。

（2）燃气轮机数量是指一套联合循环装置中燃气轮机的台数，用1，2，3..表示 举例 S309E表示配备3台MS9001系列E型燃气轮机和1台汽轮机的燃气蒸汽联合循环机组Company Logo,,,,,,,,,第二章 燃气轮机热力循环,1.概述 2.理想简单燃气轮机循环 3.实际简单燃气轮机循环 4.燃气轮机回热循环 5.复杂燃气轮机循环 6.闭式燃气轮机循环,Company Logo,概述,以理想简单燃气轮机循环为例 燃气轮机的工质视为理想气体；理想简单燃气轮机循环为可逆循环，组成循环的过程分别为： 在压气机中实现工质可逆绝热压缩过程12； 在燃烧室中实现工质可逆定压吸热过程23； 在燃气透平中实现工质可逆绝热膨胀过程34； 燃气透平排气（乏气）排入大气实现工质可逆定压放热过程41 循环由布雷顿（Brayton）于1872年提出，也被称为布雷顿循环Company Logo,,概述,Company Logo,,概述,Company Logo,,,概述,Company Logo,,概述,燃气轮机发电装置循环的主要性能指标 一、压缩比（增压比） 压缩比（）指压气机出口的气体压力与进口气体压力之比，表示工质被压缩的程度。

一般情况下，压气机进气压力即为大气压力Company Logo,,概述,二、温比（循环的加热比） 温比（）是指燃气轮机循环中所达到的最高温度T3*与最低温度T1*之比 T3*亦为燃气的初温，可定义如下： （1）燃烧室出口处燃气的温度 （2）燃气透平第一级喷嘴叶栅后燃气的温度 （3）以进入燃气透平的所有空气流量计算的平均温度 T3*是一个参考性的透平入口燃气温度，一般根据试验测得的相关参数，进行燃烧系统热平衡计算而得到Company Logo,,概述,Company Logo,,概述,三、比功 比功是指相应于进入燃气轮机的1kg空气，在燃气轮机中完成一个循环后所能对外输出的功，用符号“wt”表示，单位的符号kJ/kg空气 wtPGT/G 式中： PGT燃气轮机输出的额定功率 （kW） G 单位时间流入压气机的空气质量（kg/s） 比功的大小在一定程度上反映了机组尺寸的大小，因为当燃气轮机装置输出功率一定时，比功越大，则流经压气机的空气质量流量越少，装置尺寸就可以小些 比功是航空燃气轮机的重要性能指标Company Logo,,,概述,地面电站燃气轮机对装置的重量没有严格要求，因此对比功不做特别的限制，而将燃气轮机发电装置的输出电功率作为主要的性能指标。

四、单机功率 （1）标准额定功率 标准额定功率是指在ISO工况下（环境温度15，海平面高度，相对湿度60%）以燃天然气的工况连续运行，发电机输出的最大功率 （2）合同额定功率 （3）现场额定功率 （4）尖峰功率,Company Logo,,概述,五、热效率 （1）循环效率 循环效率是指当工质完成一个循环，燃气轮机输出的比功与相应1kg空气的燃料所放出的热量的百分比 GT wt/q= PGT/Gf.Hu （2）装置效率 MGT wMt/q= GT M （3）发电效率 GGT wGt/q= GT M G,Company Logo,,,概述,六、热耗率 HRGT=3600Gf.Hu/PGTG 七、有用功系数 有用功系数是指相对于1kg空气的循环净功（比功）与燃气透平输出的轴功之比“” wt /wT,Company Logo,,理想简单燃气轮机循环,一、理想简单燃气轮机循环比功 结论：图32所示， （1）压比不变时，比功随着温比的增加而增加； （2）温比不变时，比功随着压温比的变化有一最大值，相应于比功最大值时的压比称为比功最佳压比 图33所示， 温比不变时，压比从小变大，循环面积先从小变大后从大变小，中间必然有一个最大的面积，即最大比功，它相应的压比为比功最佳压比。

Company Logo,,理想简单燃气轮机循环,二、理想简单燃气轮机循环热效率 结论：图34所示， 理想简单燃气轮机循环热效率只与压比有关，并随压比的增加单调增加Company Logo,,实际简单燃气轮机循环,一、实际简单燃气轮机循环比功,Company Logo,,实际简单燃气轮机循环,二、实际简单燃气轮机循环效率,Company Logo,,实际简单燃气轮机循环,三、影响实际循环比功和实际循环效率的因素 （1）压气机和透平的效率 压气机和透平的效率： 轴流式压气机效率：0.880.91 轴流式透平的效率: 0.890.92,Company Logo,,,实际简单燃气轮机循环,（2）燃烧室效率 燃烧室效率是工质在燃烧室实际获得的热量与加入燃烧室中的燃料完全燃烧时所放出的热量的比值由于存在着不完全燃烧和散热损失，燃烧室效率小于1燃烧室效率一般范围为0.96 0.99 结论：燃烧室效率主要影响循环效率 燃烧室效率对循环比功的影响是通过对工质流量的差别来影响的Company Logo,,,实际简单燃气轮机循环,（3）压力损失 进气压力损失： 进气压力损失系数： 进气压力保持系数： 燃烧室压力损失 燃烧室压力损失系数： 燃烧室压力保持系数： 排气压力损失： 排气压力损失系数： 排气压力保持系数： 保持系数： 压力损失使压比减小。

Company Logo,,,实际简单燃气轮机循环,（4）工质流量的差别 结论：在燃气轮机中f值一般不超过0.02， cl大约为0.040.12，因此进入透平。