燃气轮机设备及运行

及
运
行
燃 干式低污染燃烧室（DLN）的设计措施：
气 轮
（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
机
设
备
及
对于天然气：1700-1800K来选择燃
运
料／空气的混合较合适
行
P126
燃 （2）适当增大燃烧室的直径或长度。 气
轮
机
（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。
余热锅炉 汽轮机 电力
发电机
备
及
燃烧室
运 压气机 燃气轮机
燃气透平
发电机
Brayton+Rankine循环
行
燃气—蒸汽联合循环发电机组
燃 气 ➢ 热效率高 轮 ➢ 启动快 机 ➢ 调峰性能优 设 ➢ 运行灵活 备 及 运 行
特点
➢ 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
机 叶顶排入主燃气流中，其余的一部分去冷却二级动叶，另一
设
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
备 气，有一部分要漏入转子出气侧，它可视为对转子出气侧的 及 冷却
运
行
燃 透平叶片冷却
气
轮
机
对流冷却、冲击冷却、气膜冷却、发散冷却
设
备
P84
燃
（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
气 不固定在某一个叶片上，它会以一个于叶栅运动方向相
轮 反的方向移动，这种脱离现象又称旋转脱离。
机
设
备
及
运
行
燃
P85
气 （3）喘振现象： 当空气流量继续减小，旋转脱离就
轮
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，
气
轮
（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
机 气流动能，使绝对速度变大
设 （2）高速气流流过扩压静叶，使气流速度降低，工质增
备 压。
及
（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
燃 气 轮 机 设 备 及 运 行
主要内容
燃
气
燃气轮机发电简介
轮
机
燃气轮机工作原理
设
燃气轮机本体结构
备
及
燃气轮机辅助系统
运 行
燃气轮机运行
燃气轮机发电简介
燃
气 知识点:
轮
一、燃气轮机组成
机
二、燃气轮机及联合循环特点
设
三、本厂燃气轮机及联合循环型号
备
四、本厂联合循环机组布置及组成
及
运
行
燃
电力
气 轮 空气 燃料 机 设
机
设
是指燃气透平的进气总温和总压
备
及
运
行
燃 2、燃气流量 GT
气
是指在单位时间内流经燃气透平的燃气质量流量
轮 机
GT
G Gf
Gcl
G(1 G f G
Gcl ) G
设
备
及
运
行
燃 3、膨胀比 T 或 T
气
是指燃气透平的进气总压 p3与透平排气总压 p4或静
轮
压 p4的比值
机 即：
T p3 / p4
燃 结论： ——实际简单循环 气 （1）τ↑，we和ηe↑ 轮 （2） τ一定时存在最佳π， τ↑ ，最佳π↑ 机 （3）三大部件效率↑，各流阻损失↓， we和ηe↑ 设 备 及 运 行
燃 二、轴流式压气机工作原理 气 轮 机 设 备 及 运 行
燃
P58
气
轮
机
设
备
及
运
行
燃 轴流式压气机的增压原理
机
设
备
we wimg wT wc mg
及 运
we
Ne G
行
G——空气流量，kg/s
燃 3、压比
——压气机出口压力与进口压力之比
气 轮
p2
p1
Leabharlann Baidu
p2 p1
机 4、温比
设 ——工质的最高温度与最低温度之比，它代表工质被加热
备 的程度．
及
T3
运
Ta
行 Ta——大气温度，K
T3*——透平进口燃气滞止温度，K
设
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
备 力矩，缩短启动加速时间。
及
运
行
燃 气体燃料系统的功能 气 轮 机 向燃烧室提供适量的符合质量要求的气体燃料 设 备 及 运 行
设
备
及
运
行
燃 4、透平的绝热膨胀有效效率 T (或 T )
气
透平实际绝热膨胀功与等熵膨胀功与之比
轮
机 设
T*
i3* i4* i3* i4*s
备
及
运
行
0.90～0.92。
燃 5、透平总功率 NT 气
轮
KT 1
机 设 备
NT
GT
C
prT3*
1
1
* T
KT
T*
及
运 注意：透平发出总功率并不是整台机组对外输出有效功率， 行 它需要消耗相当大一部分功率，用来带动压气机和机组辅
及
运
（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）
行
燃 预混燃烧： 气
轮 燃料气与空气预先混合成均相、稀释的可燃物，使之以
机
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
设 于空气中的N2与O2起化学反应生成NOx时的起始温度1650℃， 备 从而控制NOx的生成。
（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 在压气机中发生喘振现象的原因及防止措施
气
轮 1、喘振现象的产生原因：
P84
机 （1）气流脱离现象：当流经工作叶栅的空气流量减小
设
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
备 时，就会朝叶栅进口倒流，为发生喘振现象提供了条件。
及
运
行
燃 气 轮 机 设 备 及 运 行
燃气轮机工作原理
燃 气 轮
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
机
三、压气机级的增压原理
设
四、压气机的主要性能指标
备
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
及 七、扩散燃烧和预混燃烧的概念
运 八、燃气透平的主要性能指标
行
燃 气 轮 机 设 备 及 运 行
行 （4）燃烧室压损小
燃烧室总压保持系数 2 p3 / p2
燃气轮机工作原理——燃烧室
燃 （5）火焰短、稳定、出口温度均匀
气 （6）整体尺寸要小，燃烧室热强度要高
轮
燃烧热强度是单位容积的燃烧空间中或单位面积
机
的燃烧截面上，能够释放出来的热量。
设
（7）启动点火性能好
备
及
（8）火焰管壁面温度低而且均匀
轮 静叶出气边小孔排至主燃气流中。另一部分经一级护环去
机
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
设 燃气流中，另一部分从内环前端的孔流出，冷却一级叶轮
备
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
轮 机
e
we q1
we fH u
i m g
3600 Ne BH u
设
ηg——发电机效率
we（ wT - wC -摩擦耗功-发电机耗功）
备
Ne——发电机的功率，kW B——每小时加给机组的燃料量，kg/h
及
运
行
燃 2、比功
P41
气
轮
——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
行
K——空气绝热指数，一般取1.4 G——空气质量流量
燃 轴流式压气机通用特性曲线：
气
轮 机
表达压气机的通流能力
G
T1*、效率 p1*
*、压缩比
s
*
设 与折合转速 n 之间的变化关系曲线
备
T1*
及
运
行
燃
P83
气
轮
机
设
备
及
运
行
分析：
（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
备
及
运
行
燃
气 （1）循环效率ηi 轮
机
i
wi q1
wT wc q1
wT wc fH u
设
q1——相对于1千克空气来说加给机组的热量，kJ／kg
备 及
wT ——相对于1千克空气来说的透平的膨胀轴功， kJ／kg wc——相对于1千克空气来说的压气机的压缩轴功， kJ／kg wi——相对于1千克空气来说的循环净功， kJ／kg
运 在动叶栅中有所提高。
行
燃 轴流式压气机主要性能参数： P77
气 轮
1、空气流量 G
机
是指在单位时间内流经压气机的空气质量流量，kg/s
设 2、压缩比
备
是指压气机排气总压p2 与进气总压p1 的比值
及 运
即： p2 / p1
行
1 p1 / pa
——压气机吸入口的总压保持系数
燃 3、压气机的等熵压缩效率 s
运
Hu——燃料的发热量， kJ／kg
行
f——燃料流量与空气流量之比，即燃料空气比
燃 （2）装置效率ηs
气
轮
机 设
s
i m
wT
q1
wc
m
ws fH u
备
ηm——燃气轮机机械效率
及
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
运
wT - wC -摩擦耗功
行
燃
气 （3）机组有效效率ηe
机 压气机的流量和压力就会发生大幅度的、低频率的周
设
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，
备 往往进一步导致严重设备事故发生。
及
运
行
燃 2、防止喘振的措施： 气 （1）在轴流式压气机的第一级，装设可转导叶 轮 机 设 备 及 运 行
燃 （2）在压气机通流部分的某一个或若干个截面上，安装 气 防喘放气阀 轮 机 设 备 及 运 行
及 扩压机匣与扩压器之间的外腔，再经扩压机匣上筋板处的
运
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。
行
燃
气 转子冷却空气：第一股是从压气机出口处气封流过来的，至
轮
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
燃 三、等压燃烧室原理 气 轮 机 设 备 及 运 行
燃 等压燃烧室基本要求及性能指标：
P108
气 轮
（1）满足给定的出口平均温度 t3
（2）燃烧稳定性好
机
设 熄火极限：表示燃烧室燃烧稳定性的安全指标
备 （3）燃烧完全、燃烧效率高
及
燃烧效率是表示燃料在燃烧室燃烧的完全程度以及燃
运 烧室散热多少的经济性能指标
助设备工作，还需要克服轴承机械摩擦损耗等 。
燃气轮机本体结构
燃 气
知识点:
轮
机
一、 压气机结构特点 二、燃烧室的类型及结构特点
设
三、叶片冷却型式
备
四、燃气轮机主要辅助系统的任务
及
运
行
燃 透平的冷却 气 轮 机 设 备 及 运 行
燃
气
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
燃 一、燃气轮机简单循环 P41
气
轮
机
设
备
及
运 简单循环热力过程： 理想：1-2s：等熵压缩过程
行
2s-3s：等压燃烧过程
3s-4´s 等熵膨胀过程
4´s-1 等压放热过程
实际：1-2 2-3 3-4 4-1
燃 简单循环主要性能指标
气 1、热效率
P41
轮
机
设
——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
运
行
（9）排气对大气污染少
燃 等压燃烧室类型：
P114
气 轮 按结构分：
机
圆筒型 分管型 环管型 环型
设
备
及
运
行
燃 扩散燃烧：
气 燃料与空气没有预先均匀混合，而是依靠扩散和紊流交 轮 换的作用，使它们彼此掺混，在过量空气系数α= 1的火焰 机 面上进行燃烧。
设 备 扩散燃烧型燃烧室控制NOx排放方法： P125
设
备
及 （4）合理控制均相预混可燃混合物从调节阀门喷口到 运 燃烧区之间的输运时间，以防发生燃烧振荡。
行
燃 （5）采用分级燃烧方式以扩大负荷变化范围。 气 轮 机 设 备 及 运 行
燃 四、轴流式燃气透平工作原理
P137
气
轮
机
设
备
及
运
行
燃 轴流式燃气透平主要性能参数
P155
气
轮 1、燃气的初温 T3和初压 p3
气
等熵压缩功与实际消耗功之比，衡量压气机设计
轮 和运行经济性的重要指标
机
设 备
* s
i2*s i2*
i1* i1*
及
运
行
0.88～0.91
燃 4、压气机所消耗的功率 N 气
轮N
G(i2*
i1* )
G(i2*s
i1*
)
/
* s
机
设 备
G
K K 1
RTa
K 1 K
1
/s*
及
运
Ta——外界大气的绝对温度
及
运
行
燃 气 轮 机 设 备 及 运 行
6B、9E型透平 第一级静叶采用
燃
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
气
轮
机
设
备
及
运
行
燃 进口可转导叶系统的功能
气
轮
（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
机 （2）当联合循环时，调节IGV的开度可维持比较高的燃