燃气轮机节能减排介绍

进排气损失对机组性能的影响： 进气损失使压气机进口压力降低，压气机耗功增 加，导致机组出力和效率降低。并且进口压力降低 使空气比容增加，压气机空气流量减少，出力进一 步降低。所以对进口空气过滤器要进行反吹哨来保 持清洁。 排气损失使透平排气压力升高，减少了透平中的 膨胀比，透平出力降低，导致机组出力和效率降低。
合理安排水洗保持燃机高效、安全运行
压气机结垢速度与周围环境大气状况、空气过 滤情况、机组润滑油的密封状况等有关。一般 可根据机组功率下降程度来安排水洗周期。 透平的结垢速度主要与燃油的钒含量相关，与 机组运行方式也有一定关系。 对烧重油机组，按照保持95%的出力的要求，一 般烧高钒重油，150-200小时左右水洗一次；烧 低钒重油可延长到500小时左右。
燃气轮机提高效率的总体发展方向
提高初温 本质提高
材料、冷却技术
效率提高 降低不可逆损失 改进单元设备 有限提高
燃机元件特性对机组性能的影响：
元件特性每变化1% 透平效率 压气机效率 燃烧室效率 温比 压气机、燃烧室及透平的总压损 燃机效率变化量/% 3.84 2.30 1.00 1.47 2.14
我国燃气轮机发展情况
上海市人民政府与清华大学2012年7月8日在北京 签署《关于开展燃气轮机领域战略合作的框架协 议》，双方就深入贯彻落实国家战略，建立跨区 域产学研用相结合的产业化体系达成共识。
R0110重型燃气轮机
中国自主研究的第一台重型燃气轮机, 2008年12月28日
R0110预期输出功率114500KW(150000马力)，热效率36%。
望亭 临港 中山
负荷率% 90 100
某9F燃机IGV温控按等T3方式调节
投运燃机及联合循环节能小结
检修维护使得透平、压气机等设备处于最佳状态 合理安排水洗保持燃机高效、安全运行 进气系统反吹扫、HRSG合理吹灰 IGV投温控、优化启停过程 联合循环汽机全滑压运行 进气冷却
燃气轮机发展历史简介 燃气轮机原理及构成 燃气轮机节能分析 燃气轮机减排分析 F级燃机的主要技术特点 新技术介绍
注水、蒸汽降低NOx
对于MS7001EA燃机的第一级动叶，注入3%（占 压气机空气流量）的蒸汽量，将NOx排放控制 到25ppm（保持T3不变，即湿温控线运行）， 则高温燃气的热交换系数升高4%，热通道部件 金属温度升高8℃，使用寿命缩短33%。
干式低NOx燃烧技术 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，然后送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
sT th 1
k 1 k k 1 k

1
sC
1

1
sC
实际布雷顿循环
k 2 ( k 1)
opt
T3 sT sC T 1
实际循环效率 与压比、温比 的关系
温比对燃机性能的影响
温比增加，比功升高；再配合 适当的压比，热效率升高； 一般来说，T3每提高100℃，燃 机比功增加20～40% ，热效率增 加2～5%，但是T3的提高受材料 和冷却技术限制； T1 对 比 功 和 热 效 率 的 影 响 相 反，而且T1对燃机性能的影响 比T3大，T1每降低10℃，燃机 比功增加4～10% ，热效率增加 1～2% ； 循环温比越大,实际循环的热效 率越高。
干式低NOx燃烧技术
DLN燃烧器的工作区间非常窄
干式低NOx燃烧技术
扩散火焰与预混火焰NOx生成对比
干式低NOx燃烧技术
燃气轮机第三代技术
主要特征是采用更有效的蒸汽冷却技术，高温部件的 材料仍以超级合金为主，采用先进工艺（定向结晶， 单晶叶片等）进一步改善合金性能，部分静部件采用 陶瓷材料。第三代工业燃气轮机的典型代表是许多公 司的H型技术产品，它们采用蒸汽冷却，以保证达到 1430℃以上的初温，联合循环热效率>60%。
燃气轮机的组成
压气机 燃烧室 燃气透平
燃气轮机的组成
安装中的 燃气轮机
燃气轮机的组成
燃气轮机的组成 MS9001FA
理想布雷顿循环
T3 T2 p 2 T4 T1 p1
k 1 k

k 1 k
实际布雷顿循环
sC sT
h2 s h1 h2 h1 h3 h4 h3 h4 s
燃气轮机减排分析
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。
采用扩散燃烧方式燃机NOx排放水平(ppm，15%O2干基) 项目 轻油 天然气 不注入稀释剂 200 150 注水 40 30 注蒸汽 50 35
燃气轮机减排分析
运行中影响机组性能的原因：
压气机进气口吸入的脏物淤积在叶片上， 压气机效率降低； 烧原油或渣油燃机透平高温燃气部件的积 灰； 余热锅炉受热面积灰导致排烟温度升高， 产汽量下降。
GT-25-700-1燃机： 压气机结垢厚度0.03-0.13mm 压气机压比下降2%-4%，绝热效 率降低2%-3% 压气机结垢不仅使燃机的功率和 效率降低，还会使压气机的运行 点向喘振边界靠近，恶化机组的 运行可靠性。
燃气轮机第四代技术
对第四代燃气轮机的构思是基于采用革命性的新 材料，发动机处于或接近理论燃烧空气量条件下 工作，透平初温将大于1600-1800℃，冷却系统 可能被取消，现采用的熔点1200℃、密度为 8g/cm3的超级合金将被淘汰，新的高级材料应是 小密度（<5g/cm3）的、有更好的综合高温性 能，也许陶瓷材料是一种选择。
联合循环热力特性
在燃烧温度一定的情况下， 压比的增加对机组热效率的 影响不明显，比功率反而随 着压比的增加而下降；而当 压比一定时，燃烧温度增 加，热效率提高，比功率也 增加。
联合循环的热效率、比功率曲线
GE联合循环的发展
GE联合循环的发展
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循环效率与燃机、HRSG、汽机效率关系：
cc GT
(100 GT ) HRSG ST 10000
燃气轮机进气冷却 冷却方式：
直接接触式冷却：除去进气显热，可以将空气冷 却至湿球温度附近，水膜式蒸发冷却和喷雾冷却 间接接触式冷却：除去进气显热和潜热，有压缩 制冷冷却, 吸收制冷冷却, 蓄冷冷却和液化天然气 (LNG) 冷能利用
联合循环变工况性能
联合循环变工况性能
550
排气温度 ℃
529.4
533.4
500 450
443.4
400
376.4
350 20 40 60 80
出力 % 100
某9E燃机IGV温控按等T4方式调节
联合循环变工况性能
排气温度℃ 670 615 560 505 450 30 40 50 60 70 80
燃气轮机减排分析
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 SCONOxTM方法
注水、蒸汽降低NOx
降低NOx幅度有限 增加机组热耗 增加机组水耗 影响热部件寿 命，增加检修 费用
注水、蒸汽降低NOx
注水/蒸汽对燃烧动态压力波动的影响
发电用燃气轮机节能减排 及新技术发展动态
黄素华 13611947051
2012年9月
目
录
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燃气轮机发展历史
1791年英国人约翰·巴贝尔(John Baber)申请登 记第一个燃气轮机设计专利 1872年，德国人施托尔策设计了一台燃气轮机， 并于1900～1904年进行了试验，但因始终未能脱开 起动机独立运行而失败 1939年，在瑞士BBC制成了四兆瓦发电用燃气轮 机，效率达18%。从此燃气轮机进入了实用阶段， 并开始迅速发展。
Βιβλιοθήκη BaiduD-128燃气轮机
北京黎明航发动力科技有限公司
参数 基本负荷主要 额定功率 性能（ISO 大气条件） 热效率 热耗率 数值 11500 27 13333 单位 kW % kJ/kWh
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环境参数变化对机组性能的影响
大气温度的影响：
对单循环机组环境温度 升高出力和效率均下降； 对联合循环机组环境温 度升高出力下降、效率变 化不大。
环境参数变化对机组性能的影响
大气压力的影响： 无论对单循环还是联合循环机组，大气压力只对 机组出力有影响，而对机组效率没有影响。 大气湿度的影响： 湿度对机组的性能影响 比较小，尤其当环境温度 比较低时，可以忽略不 计；当环境温度较高时， 相对湿度增加，机组出力 增大，而效率降低。
《火电厂大气污染物排放标准》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
120mg/m3 50mg/m3
对于已建机组执行日期2014年7月1日
燃气轮机减排分析
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。
燃气轮机应用范围
发电，重型燃机（2～5千克/千瓦） 管线动力 舰船动力 坦克、机车动力（ 2～0.5千克/千瓦） 航空动力（ 一般小于0.2千克/千瓦）
我国燃气轮机发展情况
起步不晚，进展缓慢，基础尚可， 力量分散，面对机遇，亟待突破。 核心技术被国外少数公司垄断 燃气轮机“打捆招标”：市场换技术 整个产业引进的只是部分制造技术，而且缺 少两样核心：一是设计，外方不转让任何的 设计技术；二是材料及核心部件，主要是热 锻部件的制造技术，由于与航空关系密切， 不可能从国外引进任何相关技术。 燃气轮机产业处境尴尬 破题要举全国之力
压比对燃机性能的影响
比功最佳压比 w max 效率最佳压比 max 温比越大，最佳压比也 越大
单循环热力特性
在T3一定的情况下， 压比增加，热效率提 高，燃机出力也增 加；而当压比一定 时，燃烧温度增加， 燃机出力提高，但热 效率由于冷却空气的 损失增加而略有下降。
单循环的热效率、比功率曲线
燃气轮机第二代技术
从七十年代开始，充分吸收先进航空发动机技术和 传统汽轮机技术，沿着传统的途径不断提高性能， 开发出一批“F”、“FA”、“FB”型技术的新产品，透平初 温达到1260-1300℃，压比10-30，简单循环效率3640%，联合循环效率55-58%。 第二代技术特征：轻重结合结构，超级合金和 保护涂层，先进的空冷技术，低污染燃烧，数字式 微机控制系统，联合循环总能系统。性能参数特征 透平初温小于1430℃，简单循环效率小于40%，联合 循环效率小于60%。
燃气轮机第一代技术
1949年世界首套燃气蒸汽联合循环发电装置投入 运行。五十年代初，透平初温只有600～700℃， 当时主要靠耐热材料性能的改善，平均每年上升 约10℃。六十年代后，还藉助于空气冷却技术， 透平初温平均每年升20℃。到八十年代，已把初 温升至850～1000℃。 第一代技术的特点是：初期高温合金，简单 空冷技术，亚音速压气机。性能参数特征：透平 初温小于1000℃，压比在4-10，简单循环效率小 于30%。
干式低NOx燃烧技术 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 燃烧温度的目的燃烧技术。 是一种预混燃烧技术 主要用于气体燃料
干式低NOx燃烧技术
NOx、CO排放与燃烧火焰温度的关系