余热驱动的燃机进气冷却系统_姜周曙
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tempera阳re
waste heat of exhaust g副 in all year w臼 developed. Making use of inlet air cooling system，也eg臼 turbine output power can be increased in higher ambient condition. At low
时，可降低进气温度 4-6 "C;在湿度较小时，可降
低 S"C 以上，机组出力可提高1. 12---- 1. 68酬，最高
166
。 1994-2014
China Academic Joumal Electronic Publishing House. All rights reserved.
h句://www.cnki.net
工作压力 4.22MPa ，凝结水(补给水)温度 41 "C, 中压给水温度 138'C ，锅炉排烟温度 160 "C。 金华属亚热带季风气候区，受季风影响，冬冷 夏热，四季分明。根据金华气象站 1953~2003 年 资料统计，累年平均最高气温 22 .l 'C ，累年平均最 低气温 13.6 "C ，累年平均气温 17.6.C ，极端最高气 温 4 1. 7.C ，极端最低气温-9.6 "C ，最热月平均最高 气温 35.2 "C ，累年平均气压 1 008.9hPa ，累年平均 湿度 77%RH.
排烟余热及废油锅炉产生的蒸汽制取冷量以降低
3. 43MPa ，主汽温度
汽轮机背压 4.5kPao
435.C ，额定进气流量 65t/h ，
167
。 1994-2014
China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
与顺序，以提高运行效率和可靠性。控制门可选择 手动和自动两种操作模式。下位机采用 Simens/300
系列 PLC ， Profibus 通信模式。上位机上运行的测
控软件可实现工况监测与控制( I!O 点 214个)，故
环水的补水。空气冷却器采用铝合金板翅式换热
器，其换热效率高、结构紧凑、流阻小。空气侧阻
LM6000 燃气轮机 (43酬，效率 4 1. 37%) 配备了进
驱动一台单效蒸汽型澳化理冷水机组。冷量不足 时，废油锅炉产生的蒸汽驱动-台双效蒸汽型澳化 理冷水机组。冷冻水经混合后，由水泵送入两台燃 机的空气冷却器。
当气温高于 15.C 时，系统进入燃机进气冷却工
气冷却装置，采用 R123 为制冷剂、压缩机功率为 1281kW 的冷水机组，冷源通过闭式循环回路送到燃 气轮机空气冷却器，使燃气轮机进气常年维持在
8'"'-'10'C 的最佳温度，常年保持高出力和高效率。
况:低压蒸发器回收余热锅炉尾部烟气的余热，产 生的蒸汽供给制冷机制冷，如图 3 所示。
一一一一
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运
S
2100
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坦 90
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璀灿
70 -20 -10
固 1
双效澳化领制冷机很效澳化钮制冷机低压蒸发摞 1#
0
进气温度 CC)
10
力约 27 1. 5Pa (<300Pa) ，外形尺寸 200皿 X3600mm
X 4253mm ，空气侧传热面积 2323. 4m ，水侧传热面 积 622.4m气错流流动，重量 2950kg 。通过空气冷
160'C ，烟气流量 117.93kgls ，经低压蒸发器余热回 收后，排烟温度 138'C ，温降 22 "C，余热锅炉压力 降<500Pa ，余热回收产生的蒸汽量 3.8X2仙，排烟 余热和废油被全年回收利用。在 35 "c、 latm 和 70%阳1 的环境条件下，进气温降 l1 SC ， 压力降
关键诩燃机空气冷却制冷涣化程
GAS TURBINE INLET AIR COOLING SYSTEM POWERED BY WASTE HEAT
Jiangzhou Shu Huang Guohui Wang Jian (lnstitute of Re企igeration and Cryogenics, Hangzhou Dianzi University , Hangzhou, 310018) Abstrad A double working mode gas turbine combined cycle inlet air cooling system which can recovery
、-'
法 100
性叶 革要
所示。
古可 ♀E
10
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30
40
50
大气温度 CC) 固 2 大气温度对 PG6551 (8) 燃机效率的影晌曲线
浙江金华燃机发电有限公司在 2 台 PG6551 (B)
燃机上加装了进气冷却装置，并于 2005 年 8 月投 入运行。该系统在进气冷却工况，能有效地增加燃 机出力:在低压力日热工况，能提升余热锅炉的进水
在 15 "C、 latm 和 60%RH 的环境条件下(lSO
点、烟气阻力、余热锅炉承重等因素。 电厂燃油处理装置获得的废油经锅炉燃烧产 生蒸汽，以驱动双效澳化理冷水机组。废油锅炉额
定蒸汽量 5.5t/h ，额定蒸汽压力1. 25MPa ，额定蒸
汽温度 194 "C ，饱和蒸汽驱动双效澳化理冷水机组， 放热后成为饱和水，经水泵送回废油锅炉再次加热 而形成循环。根据废油取样化验获得的油质特性，
20
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固 3
燃机进气冷却工况系统
大气温度对 PG6551 (8) 燃机出力影晌曲线
当气温低于 10.C 时，系统进入燃机低压加热工 况:低压蒸发器回收余热锅炉尾部烟气的余热，将
Leabharlann Baidu
，四、
104 102 98 96 94 92 -20 -10
。
产生的蒸汽供给低压加热器，对来自于除氧器的汽
轮机凝结水进行加热，以提高汽轮机出力，如图 4
佐治亚州萨亚纳电力公司对麦克印托希电站的 8 台
817MW 燃气轮机加装了蒸发冷却器，出力增加 8.5翩。世界上最大的燃气轮机制造商 GE 公司已考
虑为 6FA 和 9H 燃气轮机配备进气冷却系统。
了进气冷却技术 [2][叫。 1991 年，美国林肯电气系统
公司洛克拜燃机电站的 MS7001B 燃气轮机发电机组
1997 年，我国首台自行设计生产的燃机进气
冷却装置在深圳金岗投入运行，一台 PG6 541B 燃机
在大气温度 31.C 、湿度 75% 阳下，进气温度降低 14.C ， 燃机出力增加 3.94阳。广州明珠电力公司 2
安装了进气冷却装置。 1993 年，美国 Butler-Wamer
电站采用规模更大的空气冷却技术，并引起巨大反
2
1. 2
系统工艺流程 根据余热回收产生的蒸汽量，经热力计算，选
用 1 台 3489kW 单效蒸汽型澳化理冷水机。根据废 油锅炉的蒸汽参数，选择 l 台 4652kW 双效蒸汽型
澳化理冷水机组。单效澳化理冷水机优先运行，制 冷量不能满足降温需要时，启动双效澳化埋冷水
机，以补足冷量。 两台澳化理冷水机的冷冻水汇合后，由冷冻水
<500Pa 。
低压加热器采用管壳式换热器，外碳钢、内铜芯材
质，换热面积26. 8m ，容积0.89旷，重量 1152kg.
来自于低压蒸发器的饱和蒸汽，在低压加热器内放 热后，成为饱和水，井由水泵送回至低压燕发器被 再次加热，来自于凝泵的凝结水，经低压加热器， 吸热升温后，被送至除氧器。 燃机进气冷却装置配备了一套 DCS 系统，以确 保系统安全经济运行。 DCS 系统可对燃机尾部烟气、 锅炉蒸汽与凝结水、冷水机组的冷却水/冷冻水、 进气与凝结水的温度、流量、压力等热工参数进行
briefly analyzed. Keywords
g田 turbine
inlet air cooling
re企igeration
Lithium-bromide
0
引言
燃机是一种容积式动力机械，其输出功率与进
HRT 动力公司为约 50 套 LM6000 燃机去装进气冷却
装置。 1997 年，美国加州日棚热电眼严电厂的一台 STIC-GE-LM2500 燃气轮机发电机组加装了一套氨 机械压缩式进气冷却装置，将 38.C 进气冷却至 5.56
达 2MW(4)[51 。新疆塔里木油田轮南燃气轮机电站 3
台 Solar 公司生产的 Mars-l00 型燃气轮机加装了
进气温度。在余热锅炉烟道尾部加装螺旋蜡片管式
低压蒸发器，所产生的饱和蒸汽 (0.
14MPa , 110.C)
喷雾蒸发冷却器后，机组出力增加，热耗和排气温 度下降。江苏无锡华达电厂投运的美国双 S 公司
.C ， 出力提高 20% ，热耗率降低 3----5% 0 1999 年，
口空气的质量流量正相关。气温升高，空气密度与 进气质量流量减小，燃机输出功率和效率则下降。
如图 1 和图 2 所示[川。在高温环境下运行的燃机，
若技术经济合理，可安装进气冷却装置。
1987 年，在美国芝加哥，燃气轮机首次应用
采用 200#重油改进型燃油喷嘴，废油经加温后，粘
度降低。 在气温低、进气冷却不投用时，通过低压加热
标准工况) ，燃机进气量 414.67 X 10元gIh。根据
PG6551 但燃机性能曲线，燃机额定出力为 32MW 。 进气冷却系统的设计参数:余热锅炉排烟温度
器回收烟气余热，可以提高锅炉蒸发量，增加蒸汽 轮机的负荷，真正实现烟气余热的全年回收利用。
低压西E发辘"
固4
燃机1lt压加热工况系统图
温度，以提高蒸汽轮机负荷。根据气候变化，燃机
进气冷却和低压力日热两种工况交替运行，可实现余
热的全年利用，经济效益显著。
1. 1 设计条件
燃机发电机组的设计参数为:出力 38480kW ，
热比 11400kJ/kWh ，热耗 438.8 X 10 kJ ，排烟流量
press町e
heater working
condition, the waste heat boiler and steam turbine output power can be improved in lower tempera阳re ambient
The working principle of inlet air cooling system is present. The running characteristics of inlet air cooling are
响，美国 Kohlengberger-KACE 能源公司和 MEE 等 公司相继应用进气冷却技术。德克萨斯州休斯顿
台 CW251Bll 型燃气轮机进气系统安装了美国唐纳 森公司生产的蒸发冷却器。在空气湿度 70-80% 阳
作者简介 2 美周晴 (1964化的科研与教学工作.
).男，博士，教授。从事制冷空调及自动
6
1
系统设计
.
511 t/h ，进气量
重油。
500t/h ，排烟温度 542.C ，燃用 180#
浙江金华燃机发电有限公司的 2 台 PG6551 (B)
汽机发电机组型号Ll 8-3.43-2 型，额定输出 功率 16750kW ，热比 11944kJ/kWh ，主汽压力
燃机采用蒸汽型澳化程冷水机组，用余热锅炉尾部
,
余热锅炉额定参数为 z 过热蒸汽压力 3.
82MPa ,
维修和更换。螺旋鳝片管换热器采用耐硫酸腐蚀无 缝钢管，设有蒸汽吹灰器，定时吹灰除污。烟道外 侧平台上放置锅筒。炉墙上设置了检查人孔。低压 蒸发器设计考虑了排烟温降、 #180 重油烟气酸露
过热蒸汽温度 450'C ，蒸发量 65.6t/h ，中压锅筒
泵送入分水器，分流给两台空气冷却器，经换热后， 回到制冷机.湿空气经过冷却后，产生大量冷凝水，
用凝水集箱回收后，用水泵送入机力冷却塔作为循
实时监控，并通过数据分析、处理，确定系统优化 运行模式，达到安全、节能、降低运行成本、延长
使用寿命的目的。 DCS 系统分为集中操作监控级、 现场操作控制站和现场传感器及执行器三个层次。 DCS 系统可以根据运行要求，控制设备的启动台数
余热驱动的燃机进气冷却系统
姜周曙黄国辉王剑
(杭州电子科技大学制冷与低温工程研究所，杭州 310018)
摘
要研制成功一种可全年利用烟气余热的成工况燃机进气冷却系统.在气温高、进气冷却投用工况，
能有效增加燃机出力;在气温低、低压加热器投用工况，通过回收烟气余热，增加余热锅炉出力，提高
蒸汽轮机负荷.介绍了进气冷却系统的工作原理，分析了进气冷却工况的初步运行结果.
waste heat of exhaust g副 in all year w臼 developed. Making use of inlet air cooling system，也eg臼 turbine output power can be increased in higher ambient condition. At low
时，可降低进气温度 4-6 "C;在湿度较小时，可降
低 S"C 以上，机组出力可提高1. 12---- 1. 68酬，最高
166
。 1994-2014
China Academic Joumal Electronic Publishing House. All rights reserved.
h句://www.cnki.net
工作压力 4.22MPa ，凝结水(补给水)温度 41 "C, 中压给水温度 138'C ，锅炉排烟温度 160 "C。 金华属亚热带季风气候区，受季风影响，冬冷 夏热，四季分明。根据金华气象站 1953~2003 年 资料统计，累年平均最高气温 22 .l 'C ，累年平均最 低气温 13.6 "C ，累年平均气温 17.6.C ，极端最高气 温 4 1. 7.C ，极端最低气温-9.6 "C ，最热月平均最高 气温 35.2 "C ，累年平均气压 1 008.9hPa ，累年平均 湿度 77%RH.
排烟余热及废油锅炉产生的蒸汽制取冷量以降低
3. 43MPa ，主汽温度
汽轮机背压 4.5kPao
435.C ，额定进气流量 65t/h ，
167
。 1994-2014
China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
与顺序，以提高运行效率和可靠性。控制门可选择 手动和自动两种操作模式。下位机采用 Simens/300
系列 PLC ， Profibus 通信模式。上位机上运行的测
控软件可实现工况监测与控制( I!O 点 214个)，故
环水的补水。空气冷却器采用铝合金板翅式换热
器，其换热效率高、结构紧凑、流阻小。空气侧阻
LM6000 燃气轮机 (43酬，效率 4 1. 37%) 配备了进
驱动一台单效蒸汽型澳化理冷水机组。冷量不足 时，废油锅炉产生的蒸汽驱动-台双效蒸汽型澳化 理冷水机组。冷冻水经混合后，由水泵送入两台燃 机的空气冷却器。
当气温高于 15.C 时，系统进入燃机进气冷却工
气冷却装置，采用 R123 为制冷剂、压缩机功率为 1281kW 的冷水机组，冷源通过闭式循环回路送到燃 气轮机空气冷却器，使燃气轮机进气常年维持在
8'"'-'10'C 的最佳温度，常年保持高出力和高效率。
况:低压蒸发器回收余热锅炉尾部烟气的余热，产 生的蒸汽供给制冷机制冷，如图 3 所示。
一一一一
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双效澳化领制冷机很效澳化钮制冷机低压蒸发摞 1#
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进气温度 CC)
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力约 27 1. 5Pa (<300Pa) ，外形尺寸 200皿 X3600mm
X 4253mm ，空气侧传热面积 2323. 4m ，水侧传热面 积 622.4m气错流流动，重量 2950kg 。通过空气冷
160'C ，烟气流量 117.93kgls ，经低压蒸发器余热回 收后，排烟温度 138'C ，温降 22 "C，余热锅炉压力 降<500Pa ，余热回收产生的蒸汽量 3.8X2仙，排烟 余热和废油被全年回收利用。在 35 "c、 latm 和 70%阳1 的环境条件下，进气温降 l1 SC ， 压力降
关键诩燃机空气冷却制冷涣化程
GAS TURBINE INLET AIR COOLING SYSTEM POWERED BY WASTE HEAT
Jiangzhou Shu Huang Guohui Wang Jian (lnstitute of Re企igeration and Cryogenics, Hangzhou Dianzi University , Hangzhou, 310018) Abstrad A double working mode gas turbine combined cycle inlet air cooling system which can recovery
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性叶 革要
所示。
古可 ♀E
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大气温度 CC) 固 2 大气温度对 PG6551 (8) 燃机效率的影晌曲线
浙江金华燃机发电有限公司在 2 台 PG6551 (B)
燃机上加装了进气冷却装置，并于 2005 年 8 月投 入运行。该系统在进气冷却工况，能有效地增加燃 机出力:在低压力日热工况，能提升余热锅炉的进水
在 15 "C、 latm 和 60%RH 的环境条件下(lSO
点、烟气阻力、余热锅炉承重等因素。 电厂燃油处理装置获得的废油经锅炉燃烧产 生蒸汽，以驱动双效澳化理冷水机组。废油锅炉额
定蒸汽量 5.5t/h ，额定蒸汽压力1. 25MPa ，额定蒸
汽温度 194 "C ，饱和蒸汽驱动双效澳化理冷水机组， 放热后成为饱和水，经水泵送回废油锅炉再次加热 而形成循环。根据废油取样化验获得的油质特性，
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固 3
燃机进气冷却工况系统
大气温度对 PG6551 (8) 燃机出力影晌曲线
当气温低于 10.C 时，系统进入燃机低压加热工 况:低压蒸发器回收余热锅炉尾部烟气的余热，将
Leabharlann Baidu
，四、
104 102 98 96 94 92 -20 -10
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产生的蒸汽供给低压加热器，对来自于除氧器的汽
轮机凝结水进行加热，以提高汽轮机出力，如图 4
佐治亚州萨亚纳电力公司对麦克印托希电站的 8 台
817MW 燃气轮机加装了蒸发冷却器，出力增加 8.5翩。世界上最大的燃气轮机制造商 GE 公司已考
虑为 6FA 和 9H 燃气轮机配备进气冷却系统。
了进气冷却技术 [2][叫。 1991 年，美国林肯电气系统
公司洛克拜燃机电站的 MS7001B 燃气轮机发电机组
1997 年，我国首台自行设计生产的燃机进气
冷却装置在深圳金岗投入运行，一台 PG6 541B 燃机
在大气温度 31.C 、湿度 75% 阳下，进气温度降低 14.C ， 燃机出力增加 3.94阳。广州明珠电力公司 2
安装了进气冷却装置。 1993 年，美国 Butler-Wamer
电站采用规模更大的空气冷却技术，并引起巨大反
2
1. 2
系统工艺流程 根据余热回收产生的蒸汽量，经热力计算，选
用 1 台 3489kW 单效蒸汽型澳化理冷水机。根据废 油锅炉的蒸汽参数，选择 l 台 4652kW 双效蒸汽型
澳化理冷水机组。单效澳化理冷水机优先运行，制 冷量不能满足降温需要时，启动双效澳化埋冷水
机，以补足冷量。 两台澳化理冷水机的冷冻水汇合后，由冷冻水
<500Pa 。
低压加热器采用管壳式换热器，外碳钢、内铜芯材
质，换热面积26. 8m ，容积0.89旷，重量 1152kg.
来自于低压蒸发器的饱和蒸汽，在低压加热器内放 热后，成为饱和水，井由水泵送回至低压燕发器被 再次加热，来自于凝泵的凝结水，经低压加热器， 吸热升温后，被送至除氧器。 燃机进气冷却装置配备了一套 DCS 系统，以确 保系统安全经济运行。 DCS 系统可对燃机尾部烟气、 锅炉蒸汽与凝结水、冷水机组的冷却水/冷冻水、 进气与凝结水的温度、流量、压力等热工参数进行
briefly analyzed. Keywords
g田 turbine
inlet air cooling
re企igeration
Lithium-bromide
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引言
燃机是一种容积式动力机械，其输出功率与进
HRT 动力公司为约 50 套 LM6000 燃机去装进气冷却
装置。 1997 年，美国加州日棚热电眼严电厂的一台 STIC-GE-LM2500 燃气轮机发电机组加装了一套氨 机械压缩式进气冷却装置，将 38.C 进气冷却至 5.56
达 2MW(4)[51 。新疆塔里木油田轮南燃气轮机电站 3
台 Solar 公司生产的 Mars-l00 型燃气轮机加装了
进气温度。在余热锅炉烟道尾部加装螺旋蜡片管式
低压蒸发器，所产生的饱和蒸汽 (0.
14MPa , 110.C)
喷雾蒸发冷却器后，机组出力增加，热耗和排气温 度下降。江苏无锡华达电厂投运的美国双 S 公司
.C ， 出力提高 20% ，热耗率降低 3----5% 0 1999 年，
口空气的质量流量正相关。气温升高，空气密度与 进气质量流量减小，燃机输出功率和效率则下降。
如图 1 和图 2 所示[川。在高温环境下运行的燃机，
若技术经济合理，可安装进气冷却装置。
1987 年，在美国芝加哥，燃气轮机首次应用
采用 200#重油改进型燃油喷嘴，废油经加温后，粘
度降低。 在气温低、进气冷却不投用时，通过低压加热
标准工况) ，燃机进气量 414.67 X 10元gIh。根据
PG6551 但燃机性能曲线，燃机额定出力为 32MW 。 进气冷却系统的设计参数:余热锅炉排烟温度
器回收烟气余热，可以提高锅炉蒸发量，增加蒸汽 轮机的负荷，真正实现烟气余热的全年回收利用。
低压西E发辘"
固4
燃机1lt压加热工况系统图
温度，以提高蒸汽轮机负荷。根据气候变化，燃机
进气冷却和低压力日热两种工况交替运行，可实现余
热的全年利用，经济效益显著。
1. 1 设计条件
燃机发电机组的设计参数为:出力 38480kW ，
热比 11400kJ/kWh ，热耗 438.8 X 10 kJ ，排烟流量
press町e
heater working
condition, the waste heat boiler and steam turbine output power can be improved in lower tempera阳re ambient
The working principle of inlet air cooling system is present. The running characteristics of inlet air cooling are
响，美国 Kohlengberger-KACE 能源公司和 MEE 等 公司相继应用进气冷却技术。德克萨斯州休斯顿
台 CW251Bll 型燃气轮机进气系统安装了美国唐纳 森公司生产的蒸发冷却器。在空气湿度 70-80% 阳
作者简介 2 美周晴 (1964化的科研与教学工作.
).男，博士，教授。从事制冷空调及自动
6
1
系统设计
.
511 t/h ，进气量
重油。
500t/h ，排烟温度 542.C ，燃用 180#
浙江金华燃机发电有限公司的 2 台 PG6551 (B)
汽机发电机组型号Ll 8-3.43-2 型，额定输出 功率 16750kW ，热比 11944kJ/kWh ，主汽压力
燃机采用蒸汽型澳化程冷水机组，用余热锅炉尾部
,
余热锅炉额定参数为 z 过热蒸汽压力 3.
82MPa ,
维修和更换。螺旋鳝片管换热器采用耐硫酸腐蚀无 缝钢管，设有蒸汽吹灰器，定时吹灰除污。烟道外 侧平台上放置锅筒。炉墙上设置了检查人孔。低压 蒸发器设计考虑了排烟温降、 #180 重油烟气酸露
过热蒸汽温度 450'C ，蒸发量 65.6t/h ，中压锅筒
泵送入分水器，分流给两台空气冷却器，经换热后， 回到制冷机.湿空气经过冷却后，产生大量冷凝水，
用凝水集箱回收后，用水泵送入机力冷却塔作为循
实时监控，并通过数据分析、处理，确定系统优化 运行模式，达到安全、节能、降低运行成本、延长
使用寿命的目的。 DCS 系统分为集中操作监控级、 现场操作控制站和现场传感器及执行器三个层次。 DCS 系统可以根据运行要求，控制设备的启动台数
余热驱动的燃机进气冷却系统
姜周曙黄国辉王剑
(杭州电子科技大学制冷与低温工程研究所，杭州 310018)
摘
要研制成功一种可全年利用烟气余热的成工况燃机进气冷却系统.在气温高、进气冷却投用工况，
能有效增加燃机出力;在气温低、低压加热器投用工况，通过回收烟气余热，增加余热锅炉出力，提高
蒸汽轮机负荷.介绍了进气冷却系统的工作原理，分析了进气冷却工况的初步运行结果.