燃气轮机发电技术

贫燃料预混燃烧的主要问题
燃烧的稳定性、燃料的适应性和变负荷范围。必 须认识到，为了降低燃烧温度、减少NOx的生成，燃/ 空比被减少到接近熄火点的程度，这会严重影响燃烧 的稳定性。
燃气轮机的技术特点
燃烧不稳定引起的后果
当DLN燃烧调整不当引起燃烧振荡时，轻则引起机组跳机， 严重时会损坏燃机昂贵的热通道部件，或者缩短热通道部件的维 护周期。
燃气轮机的技术特点
控制燃气轮机NOx排放的方法：
注水或蒸汽 LHE火焰筒 干式低NOx燃烧器 催化燃烧 CLN方法 SCR方法 SCONOx方法
燃气轮机的技术特点
注水或蒸汽降低NOx
燃气轮机的技术特点
干式低 NOx 技术（DLN: Dry Low NOx）
采用空气替代蒸汽或水作为稀释剂，在燃料进入燃烧区域前， 与过量空气预先均匀混合，然后进入燃烧区域燃烧，从而达 到控制燃烧温度目的的燃烧技术。 是一种预混燃烧技术
目前比较成熟的控制燃机NOx排放 技术是 DLN 技术、常规 SCR 技术和
注水/蒸汽技术，三种技术各有优
缺点和适用范围。从技术的先进 性、运行成本、实际运行等情况
来看，燃气轮机应优先考虑采用
DLN技术控制NOx排放。
燃机辅助系统
进气系统
燃机辅助系统
排气系统
燃机辅助系统
燃油系统 燃气轮机控制油模块系统
能源的优化和综合利用技术：压气机、透平、叶型、燃烧、材料、 涂层、热部件的冷却，以及机械结构、制造工艺和控制技术的优 化 发展IGCC技术（煤气化联合循环发电技术） 分布式冷热电联供领域中燃气轮机的应用。
IGCC技术
IGCC（Integrated Gasification Combine Cycle）整 体煤气化联合循环发电系统——是将煤气化技术和高 效的联合循环相结合的先进动力系统。 IGCC由两大部分组成——煤的气化与净化部分和燃气蒸汽联合循环发电部分。
1.压气机
压气机负责从周围大气中吸入空气，增压后供给燃烧室。为了 生成高压空气，压气机在主轴轴向装有多级叶轮，构成压气机 转子。
高速旋转的动叶把空气从进气口吸入压气机，经过一级又一级
的压缩，变成高压空气。燃气轮机启动时，先把发电机当做电
动机带动压气机旋转，把空气压入燃烧区。燃机点火后，则逐 渐转变至由透平带动压气机旋转压气
分布式能源的应用案例
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燃气轮机结构
燃气轮机主要由压气机、燃烧室和燃气透平三大主要 部件组成，还包括进气过滤系统、附件齿轮箱等辅 助设备。 基本流程：
燃气轮机结构
燃气轮机整体结构
燃气轮机的工作过程
压气机连续地从大气中吸入空气并将其压缩。 压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为 高温燃气，随机流入燃气透平中膨胀做功，推动透平叶轮带 着压气机叶轮一起旋转。
燃气轮机的技术特点
SCR(Selective Catalytic Reduction)技术
当燃机排气通过余热锅炉时，喷入氨气，在催化剂的作用下 氨气与NOx 发生反应，生成氮气和水。 影响机组运行灵活性 氨的逃逸 对燃料中的硫含量非常敏感 处理废弃催化剂可能形成二次污染
燃气轮机的技术特点
联合循环的配置
简单循环 燃机-发电机 单轴联合循环 燃机-汽轮机-发电机
多轴联合循环
燃机-发电机 & 汽轮机-发电机
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“一拖一”单轴联合循环布置方式
“二拖一”联合循环布置方式
联合循环电站布局图
动力岛
余热锅炉 天然气模块
冷却塔 燃料区 除盐水车间 控制室
余热锅炉（HRSG）
余热锅炉由省煤器、蒸发器、过热器以及联箱和汽包等换热 管束和容器等组成。在省煤器中锅炉的给水完成预热的任务， 使给水温度升高到接近于饱和温度的水平；在蒸发器中给水 变成为饱和蒸汽；在过热器中饱和蒸汽被加热升温成为过热 蒸汽。
运转、保养费用 （美元/kw）
热电联产建造成本 （美元/kw） 余热回收形态 所需燃气压力 （MPa） NOx排放水平 （mg/Nm3）
400～650℃烟气 1.0～2.5 15～50（低氮燃烧）
250～650℃烟气 0.4～0.8 15～50
分布式发电技术比较
燃气内燃机—性能特点
单机能源转换效率高，发电效率可达40%以上。
燃机辅助系统
燃气轮机罩壳系统
三、燃气-蒸汽联合循环
燃气-蒸汽联合循环
燃气-蒸汽联合循环发电的主要优点
电厂的整体效率高。常规燃煤电厂由于其循环及设备的限制，其 热效率已很难有突破性的提高。目前超临界600MW火电机组，供电 效率约40%左右。而燃气-蒸汽联合循环发电效率达58-60%。 对环境污染小。燃气-蒸汽联合循环采用油或者天然气为燃料，燃 烧效率高，SO2排放消除，NOx排放量低。 调峰性能好，启停快捷。燃气轮机从启动到带满负荷运行，一般 不到20分钟，快速启动时间更短。 占地少。联合循环电厂无需煤场，输煤，除灰等系统，厂区占地 面积比火电厂小得多。占地面积只有火电厂的30%-40%。
燃气轮机的应用
船舶燃气轮机 用于水翼艇、远洋船、油船、护卫舰、巡洋舰、直升机航母
燃气轮机的应用
航空燃气轮机 用于涡轮喷气式、涡轮风扇式、涡轮螺桨式、涡轮轴式、涡轮 桨扇式飞机上。
燃气轮机的应用
车辆用燃气轮机 艾布拉姆斯M1：AGT-1500燃气轮机, 1103kW（1500马力）,主 要燃料是柴油或煤油,燃油消耗率高 T-80主战坦克
余热利用设备
余热吸收式机组
分布式能源的应用
冷热电三联供系统典型示意图
天 然 气 燃烧室 压气机 空气
涡轮
发电机
排气
电力负荷
燃气轮机
余热烟气
热水负荷
补燃天然气
余热回收装置
制冷负荷 采暖负荷
分布式能源的应用
冷热电三联供系统典型示意图
燃气内燃机
天 然 气
内燃机 缸套水 余热烟气 空气
发电机
排气
电力负荷
温高压气体从过渡段出口喷出，进入透平做功。
3.透平
透平是将压气机和燃烧器产生的高温高压燃气热能转变为机械 能的设备。透平由转子和气缸组成。透平转子一般是3-4级，
透平叶片
1～2级动叶片 为单晶叶片， 外面加涂层 第3～4级动叶 片为定向结晶 叶片或者一般 材料的锻件 各级叶片均有 空气冷却孔
透平动叶片内部冷却通道
燃气轮机分类
燃气轮机分类
结构形式
用途
功率
重 型 燃 气 轮 机
轻 型 燃 气 轮 机
微 型 燃 气 轮 机
电 站 燃 气 轮 机
舰 船 燃 气 轮 机
航 空 燃 气 轮 机
大 中 型 燃 气 轮 机
小 型 燃 气 轮 机
微 型 燃 气 轮 机
燃气轮机的应用
电站燃气轮机 用于陆地固定电站、移动电站（列车电站、卡车电站）
120mg/m3
50mg/m3
对于已建机组执行日期2014年7月1日
燃气轮机的技术特点
控制燃气轮机NOx排放的方法：
目前控制燃气轮机NOx排放的方法主要有两种类型，一类就是
在燃烧过程中控制NOx的生成，而另一类就是在NOx生成后排 入余热锅炉时进行尾部烟气脱硝，或者是采用两者的结合来
达到超低的NOx排放效果。
过冷热电三联供等方式
实现能源的梯级利用， 综合能源利用效率在
70%以上，并在负荷中
心就近实现能源供应的 现代能源供应方式，是 天然气高效利用的重要 方式。
分布式能源的应用
分布式能源的应用
三联供系统常用设备 燃气轮机
发电设备
燃气内燃机
燃气微燃机
北京恩耐特分布能源技术有限公司
分布式能源的应用
三联供系统常用设备 余热锅炉
燃气轮机发电技术
缪毅 2016.07
内容提要
1、燃气轮机发展历史 2、燃气轮机原理和结构
3、燃气-蒸汽联合循环
4、燃气轮机的发展前景
一、燃气轮机发展历史
燃气轮机发展历史
1791年，英国人约翰•巴伯申请登记了第一个燃 气轮机设计专利，首次描述了燃气轮机的工作 过程。 1920年，德国人霍尔茨瓦特制成第一台实用的 燃气轮机，其效率为13%，功率为370千瓦，但 因断续爆燃存在许多重大缺点而被人们放弃。 1939年，在瑞士BBC制成了四兆瓦发电用燃气轮 机，效率达18%。同年，在德国制造的喷气式飞 机试飞成功，从此燃气轮机进入实用阶段并开 始迅速发展。
2.燃烧室
燃烧室是燃气轮机能量转化的部件，燃料的化学能转变为热能 进入透平空间膨胀做功，最终热能转变为机械能带动发电机转 子旋转。包括火焰筒、联焰管过渡段、燃料喷嘴。
燃烧室内有燃烧器，对于液体燃料，燃烧器把进入的燃料雾化 从喷嘴喷出；对于气体燃料，燃烧器把进入的气体燃料扩散预 混从喷嘴喷出，与压气机来的空气充分混合后燃烧，产生的高
IGCC技术
IGCC技术
IGCC技术
煤气化联合循环发电技术尚未被广泛应用的主要原因为： （1）担心设备造价太高，影响将来发电厂的综合成本； （2）煤气化高温脱硫、液态排渣和除尘等有一系列新技 术没有长期成熟的运行经验，担心电厂可靠性和运行成本 高。
分布式能源的应用
分布式能源概念： 利用天然气为燃料，通
燃机叶片的冷却方式
影响第一级透平叶片使用寿命的因素
燃气轮机的技术特点
燃气轮机及其联合循环发电排气的主要污染物为燃 烧过程中产生的NOx,其NOx排放浓度根据燃料种类、 燃烧方式的不同而有所变化。
燃气轮机的技术特点
《火电厂大气污染排放标准》GB13223—2011
以油为燃料的燃气轮机组
以天然气为燃料的燃气轮机组
环境变化（海拔高度、温度）对发电效率的影响较小。
所需天然气压力低。 单位造价低。
余热利用较为复杂，氮氧化物排放量略高。
分布式发电技术比较
燃气轮机—性能特点
燃气轮机具有运行成本低、寿命周期较长等优点。 氮氧化物排放低，余热利用系统简单高效。 发电电压等级高、功率大、供电半径大、适用于用电 负荷较大的场所。 发电输出功率受环境温度影响较大。当大气温度由 15℃升至40℃时，功率降低17-23%。
主要用于气体燃料
燃气轮机的技术特点
预混燃烧火焰和扩散燃烧火焰
预混燃烧火焰是指燃料和助燃剂预先均匀混合好，然后进入
燃烧区域进行燃烧产生的火焰。 扩散燃烧火焰是指燃料和助燃剂分别送入燃烧区域进行燃烧 产生的火焰。
燃气轮机的技术特点
燃气轮机的技术特点
燃气轮机的技术特点
燃气轮机的技术特点
燃气轮机的技术特点
卧式余热锅炉：燃气水平地流过过热器、蒸发器、省煤器等， 燃气呈“横向流动”，而与其相配的传热管束为垂直布置。 立式余热锅炉：锅炉中燃气由下向上顺序流过过热器、蒸发 器、省煤器等，燃气呈“纵向流动”，与其相配的传热管束为 水平布置。
余热锅炉（HRSG）
四、燃气轮机的发展前景
பைடு நூலகம்
燃气轮机的发展前景
热水负荷
余热回收装置 补燃天然气
制冷负荷 采暖负荷
分布式燃气发电技术比较表
项目 容量范围（kW） 发电效率（%） 热电联产效率（%） 纯发电建造成本 （美元/kw） 小型燃气轮机 1000～25000 22～37 65～75 600～1400 0.004～0.01 700～1900 内燃机 20～5000 30～43 69～85 700～1000 0.008～0.018 900～1400 400～600℃烟气； 80～110℃缸套水； 40～65℃润滑油冷却水 ≤0.2 250～500（无控制时） 微燃机 28～300 23～26 61～67 1500～2300 0.013～0.02 1700～2600
燃气轮机厂家介绍
二、燃气轮机原理和结构
燃气轮机的原理
燃气轮机（Gas Turbine）是以连续流动的气体为工质、把热 能转换为机械功的旋转式动力机械。 燃气轮机是利用气体作为工质在燃烧室里燃烧，将燃料的化 学能转变为气体的内能。在喷嘴里，气体的内能转变为气体 的动能，燃气高速喷出，冲击叶轮转动。