天然气发电厂 燃气-蒸汽联合循环发电机组.ppt

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1、燃气-蒸汽联合循环介绍V94.3A技术特点主要内容主要内容n联合循环机组的特点联合循环机组的特点n燃气轮机燃气轮机型号型号n燃燃气气电厂的分类和电厂的分类和分布分布n西门子燃气轮机的技术特点西门子燃气轮机的技术特点燃气轮机燃气轮机余热锅炉余热锅炉蒸汽轮机蒸汽轮机燃燃料料空空气气给给水水蒸蒸汽汽燃气蒸汽联合循环生产流程凝汽器凝汽器燃机发电机燃机发电机汽机发电机汽机发电机联合循环机组的特点n效率高n排放少n出力受环境温度影响大n可靠性高n占地少n耗水量少n自动化程度高，运行人员少 联合循环机组的特点效率高n350MW级联合循环机组效率可达到58%，比常规机组高出15-18%，折合标煤212g/kw

2、h，比常规1000MW发电煤耗（290300g/kwh左右）低很多。联合循环机组的特点排放少n最低的环境污染排放。天然气发电，二氧化碳排放量约为燃煤电厂的42%，氮氧化物排放量则不到燃煤电厂的20%，二氧化硫排放几乎为零。可明显减轻日益严重的环保压力。联合循环机组的特点可靠性高燃气发电实现：n自动、保护投入率100%n启停速度快n系统相对简单、辅机相对较少，整机可靠性高n可真正实现AGC控制联合循环机组的特点出力和环境温度关系联合循环机组的特点出力和环境温度关系n环境温度升高时，空气密度减小，燃气轮机的吸气容积流量基本恒定，所以，环境温度升高，必然导致燃气轮机质量流量减小，出力下降。n燃气轮机

3、中压气机的耗功是随环境温度的升高而增大的，而透平的膨胀功并不随环境温度升高而增大，所以，环境温度升高时，燃气轮机的效率必然下降。联合循环机组的特点占地少n与同容量火电厂相比，联合循环电厂占地面积只有火电厂的30-40%，建筑面积也只有火电厂的20%。联合循环机组的特点耗水量少n燃气轮机不需要大量冷却水，单循环机组只需火电厂2%10%，联合循环机组只需同容量火电厂的1/3左右。联合循环机组的特点自动程度高，运行人员少n联合循环电厂采用先进的集散式控制系统，控制人员可以大大减少，一般只有同容量火电厂人员的20%25%。燃机和联合循环机组型号燃机和联合循环机组型号n主要燃机厂家n美国GE/哈尔滨电气

4、n日本三菱/东方电气n德国SIEMENS/上海电气n法国ALSTOM（无转让）n通过以市场换技术，国外燃机厂家已经将制造技术分别转让给国内三大动力集团n关键部件在国内的合资厂生产燃机和联合循环机组型号燃机和联合循环机组型号n燃机种类燃机种类n重型：工业用、大型，一般出力在重型：工业用、大型，一般出力在4万万kW以上。以上。n轻型：航空改型、小型，一般出力在轻型：航空改型、小型，一般出力在4万万kW以下。以下。n频率：频率：50HZ、60HZ燃机和联合循环机组型号燃机和联合循环机组型号n美国GE n燃机型号：nLM6000（轻型）、PG9171FA（重型）nPG6541B6BnPG6101FA6

5、FAnPG7111EA7E（60HZ）nPG9171E9EnPG9351FA9FA，9FBn9H燃机和联合循环机组型号燃机和联合循环机组型号n1=PG箱装式发电设备(Package Generation)；n2=系列号，3、5、6、7、9n3=输出功率，以英制马力为单位的近似值n4=轴的数量，单轴或双轴n5=型号，B、E、F、G、H等燃机和联合循环机组型号燃机和联合循环机组型号n联合循环机组型号（联合循环机组型号（GE）nS109FAnS：STAG-STeam And Gas字首字首n1燃气轮机的台数燃气轮机的台数n0没有意义没有意义n9燃气轮机系列号燃气轮机系列号nFA燃气轮机型号燃气轮机型

6、号燃机和联合循环机组型号燃机和联合循环机组型号 nS209E n2台台9E燃机组成的联合循环燃机组成的联合循环n一般1套9E组成的联合循环机组出力约180MW左右。n2S109FAn2套套9FA组成的联合循环组成的联合循环，每套，每套1台燃机台燃机n一般1套9F组成的联合循环机组出力约400MW左右。燃机和联合循环机组型号燃机和联合循环机组型号n德国SIEMENS/上海电气n燃机型号nSGT5-2000E、SGT5-4000FnSGT表示Siemens Gas Turbinen2000E、4000F相当于GE的9E、9F系列n联合循环机组型号nSCC5-4000FnCC表示联合循环n表示1套9

7、F系列燃机组成的联合循环机组燃机和联合循环机组型号燃机和联合循环机组型号燃机和联合循环机组型号燃机和联合循环机组型号n日本三菱（MHI）/东方n燃机型号nD、F、G、HnM501D、M701F、M701Hn联合循环机组n2M701Fn2台燃机9F系列燃机及联合循环出力生产厂家燃机型号ISO工况燃机出力联合循环机组出力GE/哈尔滨PG9351FA255.6MW395MWPG9371FB284MW426MW三菱/东方M701F3270.3MW406MWM701F4312MW455MW西门子/上海SGT5-4000F（2）271MW406MWSGT5-4000F（4）287MW 430MW 燃机和联

8、合循环机组型号燃机和联合循环机组型号n常规燃机（第二代）n单循环出力为150MW等级、燃烧温度低于1205，也即“E”级及以下燃机n先进的燃机（第二代）n单循环出力为250MW等级、燃烧温度约1315，也即“F”级燃机n最新型燃机（第三代）n单循环出力为300MW等级、燃烧温度约1425，也即“G”或“H”级燃机燃机和联合循环机组型号燃机和联合循环机组型号n最新型燃机nGE公司的9001H型（有定货）n西门子公司的SGT5-8000H 型（开发成功）n三菱公司的M701G型（10几台运行）n没有转让国内最新型燃机介绍公司公司机组型号机组型号投入年份投入年份输出功率输出功率/MW效率效率/%燃烧

9、温度燃烧温度/排放水平排放水平/ppmGEMS9001H2001292.00039.51 42725西门子SGT-8000H2008340.00039.51 42725三菱M701G2005334.00039.51 50025GE 公司MS9001H 燃气轮机n第1 台MS9001H 燃气轮机与1 台汽轮机组成的S109H 联合循环电站额定功率为480 MW,热效率60%，NOx 排放浓度25 ppm，于2003 年9月正式投入商业运行。nH 型燃气轮机的压气机压比为23，空气流量为685 kg/s.n压气机的进口导叶(IGV)和前4 级静叶(VSV)均可调，以控制空气流量，适应环境温度的变化

10、和不同运行工况的要求。GE 公司MS9001H 燃气轮机n4 级轴流透平气缸采用蒸汽冷却，前2 级采用闭式循环蒸汽冷却，第3 级为空气冷却，第4 级无冷却。闭式蒸汽冷却替代了叶片燃气通道侧的气膜冷却，加大了叶片壁中的温度梯度。这种冷却方法使叶片材料中产生更高的热应力，所以第1 级透平叶片使用单晶超级合金材料，并涂以陶瓷隔热涂层。GE 公司MS9001H 燃气轮机n常规的燃气轮机中，用压气机排气冷却第1 级喷嘴。经过第1 级喷嘴后，燃气温度将下降155K；而H 级机组中，经过第1 级喷嘴后，燃气的温降小于4 K，从而使转子进口燃气温度达到1 400 等级，比F 级机组提高100 K，但燃烧室中的

11、燃烧温度并未提高，保证机组的NOx 排放水平不提高。西门子公司SGT-8000H 燃气轮机n2007 年冬季第一次点火，并准备于2008 年开始进行简单循环运行鉴定。它是完全用空气冷却的机组，也是世界上最大的完全空气冷却的燃气轮机。n13 级轴流式压气机，压比19，进口导叶和前3 级静叶可调，确保机组部分负荷运行时具有高的效率，易于启动。西门子公司SGT-8000H 燃气轮机n4 级轴流透平，前3 级均采用空气冷却，第4级无冷却，转子前燃气温度1 427 。第1 级动静叶采用单晶超合金材料并涂以耐热涂层，已具有承受近1 500 高温的能力；第2 级叶片上涂敷了热障涂层。n由SGT-8000H

12、机组组成的联合循环的额定净输出功率超过530 MW，效率超过60%。三菱重工-G 系列燃气轮机n三菱重工(MHI)的G 系列燃气轮机用于60 Hz的是501G 机型,用于50 Hz 的是701G 机型。MHI 的G 型机相对于F 型机来说，透平进口温度从1 400 级提高到了1 500 级。701G2（燃机输出功率334MW）效率39.5，联合循环功率489.MW，效率58.7。三菱重工-G 系列燃气轮机n701G2 型压气机分别为14 级，压比21,空气流量738 kg/s，保持原来25x10-6的NOx 排放水平。n4级透平，第1 级和第2 级动叶采用定向凝固浇铸法制造。透平采用空气冷却。

13、燃燃气气电厂的分类电厂的分类n简单循环n只有燃机和旁路烟囱n联合循环n包括燃气轮机、蒸汽轮机、余热锅炉、发电机等燃机电厂的布置方式燃机电厂的布置方式n布置方式n单轴：燃机、汽机、发电机在同一根轴上n多轴：燃机、汽机和发电机不在同一根轴上n一拖一：1台燃机拖动1台汽机n二拖一：2台燃机拖动1台汽机GTGHRSGGGTHRSGSTG二拖一多轴联合循环机组二拖一多轴联合循环机组二拖一多轴联合循环机组二拖一多轴联合循环机组效果图效果图GTHRSGSTGHRSGGTGST一拖一单轴联合循环机组一拖一单轴联合循环机组GE,三菱SIMENS，ALSTOM一拖一联合循环电厂示意图造价及成本情况造价及成本情况n

14、机组越大，单位投资越小n对9E系列，3600元/千瓦左右n对9F系列，3400元/千瓦左右n对9E系列，每立方米天然气发4度n对9F系列，每立方米天然气发5度西气东输天然气管线及电厂分布公司气源管道燃燃气气电厂的分电厂的分布布-GE燃燃气气电厂的分电厂的分布布-三菱三菱燃燃气气电厂的分电厂的分布布-西门子西门子燃气轮机主要辅助设备及系统n燃气轮机n压气机n燃烧器（室）、n透平n燃机进气系统n冷却和密封系统n燃机罩壳消防系统n燃料模块n燃机控制系统n润滑油、顶轴油系统n燃机液压油系统V943A燃气轮机概况nV94.3A燃气轮机的设计基于西门子可靠的V94.2机型，V942坚固耐用的特性已通过20

15、0多台机的7万次启动和400多万运行小时得到验证。nV943A燃气轮机从1997年英格兰的首台机组开始，已安装（72）200多台，总运行小时数为1 546 000当量运行小时.n中国首台V943A燃气轮机2005年安装于上海石洞口电厂。V94.3A燃机结构V94.3A燃机结构 天然气管道天然气管道 排气管道排气管道 冷却空气管道冷却空气管道V943A燃气轮机主要设计特点V943A燃气轮机V943A燃气轮机-质量流量V943A燃气轮机主要设计特点与发电机连接方式：n采用冷端驱动n通过3S离合器与蒸汽轮机连接HRSGGTGSTSIMENS V94.3A西门子单轴方案西门子采用SSS离合器的单轴方案

16、-优点:n当汽轮机发生故障或检修时，燃气轮机可以作单循环运行，增加了运行灵活性。n启动快,启动机耗功少；不需要大容量的辅助锅在启动时为汽机提供冷却蒸气。n冷凝器在运转层，减少土建工期与费用。V94.3A-轴系布置示意图SSS离合器nA：爪 nB：离合器齿 nC：滑动部件 nD：花键nE：输入轴nF：输出环nG：棘轮齿SSS离合器-工作原理n当输入轴E转动起来，滑块C会随着它转动直到一个棘轮齿G会接触到输出离合器环（F）上面的爪（A）的一端来阻止滑块的转动超过输出离合器环。SSS离合器-工作原理n当输入轴连续地转动，滑块会沿着输入轴的花键轴向移动。当棘轮齿与爪端接触，离合器啮合齿会精确地对中准备

17、内啮合并且将沿直线光滑地滑动。n随着滑块与输入轴啮合，爪会和棘轮齿脱离连接来允许棘轮齿进入侧面连接。SSS离合器-工作原理n当滑块通过连接输入轴的终端来完成其移动，此时，离合器齿完全啮合而爪不承受任何负载，来自输入轴的驱动力矩才被传输。V94.3A燃气轮机-转子V94.3A燃气轮机-转子n转子将压气机和透平段连接在单个轴上，并支撑在两端的轴承上。n转子由前后轴头、一个中空段以及19组轮盘以及起联接作用的中心螺栓组成。空心轴和轮盘用一个中心拉杆拉紧在一起。轮盘与轮盘之间通过端面齿对中，在机组正常工作时通过端面齿来传递扭矩.V94.3A燃气轮机-转子nV943A机组轮盘通过端面齿可以单个轮盘自由膨

18、胀，同时通过中心拉杆可以保证转子的中心度相同，从而有效地避免了各级轮盘胀差对转子变形的影响。n各级叶片可以轴向拆卸安装，由于气缸均为中分面结构，所以在进行叶片检修时可以不必将转子吊出，而直接开缸对叶片进行检查与调换。V94.3A燃气轮机-转子特点n(1)叶轮之间通过端面齿啮合n(2)叶轮之间通过中心拉杆轴向固紧n(3)轮盘通过端面齿可以单个轮盘自由膨胀n(4)各级叶片轴向拆卸安装比较方便V94.3A燃气轮机-转子设计优势：n转动平稳：重量轻、高刚度的设计特点使转子可以满足快速启动的要求n在任何运行条件下各级轮盘均可以单独自由膨胀n在第一次完成动平衡后在检修期间拆装轮盘后不用再做动平衡V94.3

19、A燃气轮机-转子最佳的透平冷却空气抽取方式：n冷却空气取自压气机不同的最佳压力级，经过紧固螺栓与叶轮之间的间隙而进入透平段，冷却空气通过轮盘或持环上的孔通入各级动静叶片，已达到冷却叶片的目的V94.3A燃气轮机-转子V94.3A燃气轮机-转子快速启动：n由于转子采用中空设计，重量轻，利用发电机作为启动的电动机，可使其在6分钟内达到额定转速。V94.3A燃气轮机-压气机n型式：轴流式n额定转速：3000 r/minn叶片级数：15级n压气机压比：17n进口导叶：可调V94.3A燃气轮机-压气机原理：气体从进口流入压气机，经收缩器时流速得到初步提高，进口导叶使气流改为轴向，同时还起扩压管的作用，使

20、压力有所提高。转子在外力作用下作高速转动，装在转子上的动叶片推动气流，使气流获得很高的流速。高速气流进入导叶，气流动能降低而压力升高，相邻导叶叶片间的通道相当于一个扩压管。气体流经每一级连续进行类似的过程，使气体压力逐渐升高。压气机静态压力分布V94.3A燃气轮机-压气机V94.3A燃气轮机-压气机n1.IGV系统n2.防喘放气系统n3.进气系统n4.水洗系统压气机进气可调导叶（IGV）n通常在压气机第一级动叶前还有一列静止固定的叶片，称为进口导流叶片（inlet guide vane，简称IGV），用来控制进入第一级动叶前的气流方向。压气机进口导叶控制就是当机组启停或调整负荷时，通过调节IG

21、V叶片角度的变化，限制进入压气机的空气流量，从而达到保护机组安全运行、提高运行效率的目的。压气机进气可调导叶（IGV）n 可调进口导叶片的两端面装有销子，以插入内环和外环。叶片与内环接触的一端起到定位旋转的作用，与外环接触的一端，在液压传动机构的驱动下，外环绕气缸周向转动，带动叶片进行旋转，从而达到调节叶片角度的目的。压气机进气可调导叶（IGV）n通过调整这个进口导叶的角度来调整气流通过压气机进入透平的压缩空气量。n当进口导叶片打开时，通过燃机的空气量增加，关闭时则减少。在相同量的燃料供给的情况下，当叶片角度开大时透平出口温度下降，反之亦然。n如果燃料和空气量同时增大或减少，透平的出口温度将产

22、生处在一个稳定出口温度。压气机进气可调导叶（IGV）IGV系统的作用：n1、在燃机启动，停机过程低转速过程中,起到防止压气机发生喘振的作用。n2、IGV的温控作用，当燃机用于联合循环部分负荷运行时,通过关小IGV的角度,减小进气流量,使燃机的排烟温度保持在较高水平,以提高联合循环装置的总体热效率。n3、机组启动时，关闭IGV，压气机进气流量减小，使机组的启动力矩减小，减小启动过程中压气机的功耗，有利于减小启动装置的配置功率。在启动功率不变的情况下，可以缩短启动加速的时间。压气机压气机-旋转失速旋转失速n一个或多个低速气流区以小于压气机转速的速度向压气机旋转方向作旋转运动，这种非稳定工况被称为旋

23、转失速低速气流区的生成：n压气机在一定转速下运行时，由于某种原因而出现流量增大或减小，产生负冲角和正冲角，气流就会在叶背（吸力面）或叶盆（压力面）处分离。压气机压气机-旋转失速旋转失速+i-iw1w1w1u压气机压气机-旋转失速旋转失速n叶背分离压气机喘振压气机喘振的定义压气机喘振的定义n压气机沿气流运行方向具有正向压力梯度，当流量减少，叶背气流严重失速时，可能堵塞压气机通道，下游的高压气体会产生倒流而使压气机正向压力梯度消失，这时气流在叶片的作用下又会沿正方向流动，但流量过小，失速区又会迅速扩大而产生堵塞，导致下游气体再度倒流。如此反复，就产生了气流剧烈的轴向振荡，这就是喘振喘振的产生过程流

24、量减少旋转失速流量继续减少叶背气流严重失速堵塞压气机通道下游的高压气体会产生倒流正向压力梯度消失叶片作用气流又沿正方向流动流量过小，失速区又会迅速扩大而产生堵塞下游气体再度倒流轴向振荡 喘振反复压气机放气机构防喘原理示意图当压气机工作转速小于设计值时，首级将发生旋转失速，并可能导致喘振；当压气机工作转速大于设计值时，末级将发生旋转失速，并可能导致喘振。压气机喘振的主要特征压气机喘振的主要特征n音调低而沉闷；音调低而沉闷；n非常强烈的机械振动；非常强烈的机械振动；n转速不稳定；转速不稳定；n推力突然推力突然 下降并大幅波动。下降并大幅波动。n压气机出口总压和流量大幅度波动压气机出口总压和流量大幅

25、度波动压气机的防喘措施压气机的防喘措施n从压气机中间级放气从压气机中间级放气n可调进口导流叶片和静叶片可调进口导流叶片和静叶片n分轴压气机分轴压气机指导思想指导思想：通过减小非设计工况的冲角变化来保持通过减小非设计工况的冲角变化来保持压气机工作的稳定性压气机工作的稳定性压气机-进气系统压气机-进气系统压气机-进气系统压气机-进气系统压气机-水洗系统n由于工作环境的影响，工作一段时问后，在叶片表面会形成积垢，当积垢达到一定程度时不但会严重影响叶片的寿命，还将对压气机的效率产生不利影响，因此无论是SIEMENS，还是GE、三 菱的机组均配置了水洗设备，定期对压气机叶片进行清洗。压气机-水洗系统分类

26、n在线水洗n离线水洗压气机-水洗系统压气机离线水洗要求：n(1)燃机停运后盘车6 h，使燃机各部件进行充分地冷却；n(2)使用德国生产的爱尔克令清洗液，按照1：10的比例配好约500 L清洗液；n(3)全开燃机IGV进气导叶，全开进气挡板和锅炉烟囱挡板，利于清洗液更好地到达压气机后几级叶片；n(4)启动燃气轮机水洗程序，升速至300 rmin时喷入清洗液。当燃机转速降至低于800 rmin时停止喷人清洗液。并打开压气机和透平底部排污阀进行排污。此过程反复操作两次；压气机离线水洗n(5)对叶片浸泡一段时间后进行漂洗程序；n(6)采用与水洗液清洗同样的操作，用除盐水对压气机叶片漂洗三次；n(7)漂

27、洗结束后，开启各排污阀至无水流出，启动机组进行干燥；n(8)启动燃机至全速，根据电网要求带负荷(在30的基本负荷停留一段时间进行烘干)或者全速运行一段时间后停机备用。压气机-水洗系统V94.3A燃气轮机-透平n透平由四级叶片组成，通常情况下机组的压气机部分消耗整体功率的23以上，以单机效率为260MW计算，四级叶片的出力为780MW，四级叶片完成这么高的出力，对叶片的结构强度提出了很高的要求，由于燃烧室出口温度在1300的数量级，所以前三级通常情况下采用定向结晶叶片，第四级叶片则仍采用高温合金叶片。透平叶片透平叶片动叶片动叶片动叶片动叶片静叶片静叶片静叶片静叶片1 12 2级动叶片为单晶叶片，

28、级动叶片为单晶叶片，级动叶片为单晶叶片，级动叶片为单晶叶片，外面加两层涂层外面加两层涂层外面加两层涂层外面加两层涂层第第第第3 3级动叶片为定向结晶叶片，级动叶片为定向结晶叶片，级动叶片为定向结晶叶片，级动叶片为定向结晶叶片，加一层涂层加一层涂层加一层涂层加一层涂层第第第第4 4级由于温度相对比较低，级由于温度相对比较低，级由于温度相对比较低，级由于温度相对比较低，所以采用为一般材料的锻件所以采用为一般材料的锻件所以采用为一般材料的锻件所以采用为一般材料的锻件各级叶片均有空气冷却孔各级叶片均有空气冷却孔各级叶片均有空气冷却孔各级叶片均有空气冷却孔透平-冷却介质n目前在燃气透平中广泛采用的是开式

29、冷却系统，冷却空气从压气机引出，对透平需要冷却部位进行冷却后排入透平通道的燃气中。这一方案比较简单，结构上容易实现，缺点是引用了部分经过压气机压缩的空气，会带来额外损失和作功量的减少。而且随着增压比的增加，冷却空气本身温度增高，冷却效果变差。透平-冷却介质n(a)开式空气冷却n(b)闭式蒸汽冷却冷却和密封空气系统 n透平叶片进行空气冷却，防止透平叶片材料温度超出其最大允许温度。n在机械设计时，考虑到用高压空气来密封燃气轮机中的裂隙、间隙和空心的空间，防止灼热燃气进入这些区域。n用于此种目的的空气由压气机抽出，同时输送至透平叶片、转子和缸体，用于密封和冷却。由于冷却空气在绝大多数情况也具有密封功

30、能，故下面对冷却空气与密封空气不作区分 工作原理n作用在不同位置透平叶片上的冷却空气要求不同的压力水平，故抽气点位于相应的压气机级上。n一部分冷却空气通过外部抽气管道流入透平外壳上各自的接口，并从接口出发通过静叶持环流入要求冷却的透平级叶片。n另一部分冷却空气通过内部通道流至透平各级叶片冷却空气源冷却气流对透平效率的影响：n1）从叶片流出的冷却空气会改变叶片的阻力特性，可能增加阻力；n2）冷却空气在流过冷却通道时有压力损失，因此当它进入下游混合时，压力较低，使混合后的燃气压力下降，混合时还有附加损失；n3）因为燃气主流和冷却空气之间混合时有热交换，燃气的膨胀功减小。叶片的冷却方式：n对流冷却n

31、冲击冷却n气膜冷却n综合冷却叶片的冷却方式：对流冷却n它在叶片中间沿半径方向有一组大小不同、型式不同的小孔，冷却空气和燃气在叶片壁面二侧流过，通过冷却空气进行对流传热降低叶片壁温。n对流冷却的冷却空气通常采用从动叶叶尖排出至主燃气流中的方法。冷却空气的排出除靠冷却空气本身的压力外，还可借离心作用甩出，增加了流动速度，改善冷却效果。冲击冷却n在空心的叶片内部加一导管，导管上开有许多小孔，冷却空气自小孔流出直接向被冷却的叶片内表面喷射进行冷却，故称冲击冷却，实质上也是对流冷却。n通常，叶片以进气边头部温度最高，故冲击冷却首先用于改善头部的冷却。气膜冷却n在叶片前缘处的壁面上开有许多排小孔，冷却空气

32、从空心叶片的小孔或缝隙顺着燃气流动的方向流出，在叶片表面形成一层薄膜，把叶片表面与燃气隔开，减少燃气对叶片表面的热交换，既对叶片起保护作用，同时又冷却叶片。综合冷却n当进口初温进一步提高时(如达到12601350)，为了提高冷却效果和使叶片各部位的温度趋于均匀，仅采用内对流冷却的方式还不足以保证叶片材料的热强度。这时，往往把上述各种冷却方式联合应用。透平叶片的冷却n透平不同级的叶片需要不同压力等级的冷却空气，因此，冷却系统从压气机的不同位置抽取压缩空气到透平动、静叶片。透平叶片的冷却第1级n透平第1级导叶片以及第1级动叶片的冷却空气直接从压气机出口引入叶片的冷却腔室。透平叶片的冷却透平叶片的冷

33、却透平叶片的冷却透平叶片的冷却透平叶片的冷却第2级n透平第2级静叶片的冷却空气抽自压气机13级出口的压缩空气，通过冷却空气管道将空气从压气机传输到透平气缸第一个冷却腔室，冷却空气通过第2级叶片上的工艺孔从叶片的内部通过的四种冷却方式冷却静叶片。透平叶片的冷却n动叶片冷却气体来自压气机12级后的压缩空气。冷却空气通过转子轮盘上的端面齿以及工艺间隙传输到动叶片内腔室，然后通过叶片上的冷却工艺孔把冷却空气传输到叶片的表面，达到冷却第2级动叶片内、外表面的目的。透平叶片的冷却第3级n第3级透平静叶片的冷却空气来自压气机第9级出口，在压气机缸上、下半分别有一根空气管道把压缩空气传输到透平缸壁与透平持环的

34、第二个腔室。冷却过程与第2级静叶片相同。透平叶片的冷却n第3级透平动叶片的冷却空气通过转子工艺间隙从压气机第10级出口引入冷却空气来冷却动叶片。高温燃气通过前两级叶片做功，气体温度大大降低，对叶片的冷却工艺要求相对较低，因此第3级透平动叶片表面没有工艺冷却孔，只是使压缩空气从叶片的内部流过。在叶片内部腔室主要以对流冷却与冲击冷却两种方式来冷却动叶片。透平叶片的冷却第4级n当高温燃气通过三级透平叶片做功之后，温度变低，直接在压气机第5级动叶出口通过一根管道将压力较低的压缩空气引入透平缸与透平持环的第三个腔室，一部分气体用于冷却第4级透平叶片，另外一部分气体引入气封环，达到密封空气的作用。透平叶片

35、的冷却n透平第4级动叶片的工作温度大约在600数量级，通常情况下高温合金材料完全可以满足此温度的要求，所以在V943A机组中第4级动叶片没有采用空气冷却，只有透平动叶片的叶根部分是用从压气机第10级出口部分引入的压缩空气来冷却叶根以及转子轮盘。透平叶片的冷却透平叶片的冷却冷却与密封空气源V94.3A燃气轮机-燃烧室环形燃烧室V94.3A燃气轮机-燃烧室nV943A燃机采用高燃烧效率的环形燃烧室，燃烧室一周均匀分布24个混合型燃烧器。n设计特点可以有效地保证燃烧室内均匀的温度场。n燃烧室内表面为陶瓷瓦块，在燃烧室的出口为了保证气体的顺畅流动，在结构设计时采用圆弧段过渡的方式把高温燃气引入透平的通

36、流部分做功，由于陶瓷工艺的限制，在此部分无法做成弧状的陶瓷瓦块，采用高温合金钢表面喷涂陶瓷涂层的方式来实现高温隔热效果。燃烧器天然气的燃烧过程时有两种基本方案:n1）扩散燃烧式的燃烧方案n2）预先混合式的燃烧方案燃烧原理图扩散燃烧 预混燃烧扩散燃烧式的燃烧方案n是把天然气与空气分别供入燃烧区，一边混合、一边进行燃烧的方案。n特点：燃料在着火之前需要依靠紊流扰动与氧化剂混合，而混合过程比燃烧过程缓慢得多，因此它的火焰要比预混式的长，但燃烧稳定范围却要宽得多，燃烧效率随负荷降低的程度也不那么严重。但是，在组织这种燃烧过程时必须特别注意空气与天然气的配合关系，应防止把过多的天然气喷到缺氧的地段中去，

37、否则就容易出现析炭和冒黑烟现象。预先混合式方案n是把天然气与空气预先混合后，再供入燃烧室（筒）中去燃烧。n特点：1）燃烧火焰比较短，因而燃烧室的容热强度可以相当高；2）燃烧稳定性则比较差，燃烧室就容易熄火；3）在低负荷工况下燃烧效率有较大幅度的降低。燃烧器燃烧器燃烧器的设计思想：n用气体或液体燃料在燃烧器的中心部位建立一个值班扩散火焰。供给值班火焰的燃料量是恒定不变的，在燃烧器根部形成一个稳定的点火源，以确保在变工况下，不会发生熄火。n低负荷工况下，扩散与值班火焰的气体燃料在燃烧器的中心部位，形成一个稳定的扩散火焰。高负荷工况下，将气体燃料供入角向旋流器，与进入该旋流器的空气混合形成均相预混的

38、可燃混合物，随后在前二层火焰之外的燃烧空间中进行燃烧。燃烧器燃烧器-工作过程n(1)从机组的启动时，压气机的进口导叶处于关闭状态，混合型DLN燃烧器将按扩散火焰方式运行。随着机组负荷的增高，透平初温逐渐升高，燃烧区的平均温度也将增高，NOx将随之增大而CO将迅速下降。燃烧器-工作过程n(2)当机组的负荷超过50后，压气机的进口导叶将逐渐打开，它将基本上维持恒定不变。此时，燃烧器则已转为预混火焰方式，NOx排放量迅速降至25ppm的水平。由于那时燃烧火焰的温度已经超过1100，NOx能维持在很低的水平上。燃烧器-工作过程n(2)当机组的负荷超过50后，压气机的进口导叶将逐渐打开，它将使对基本上维

39、持恒定不变。此时，燃烧器则已转为预混火焰方式，NOx排放量迅速降至25ppm的水平。由于那时燃烧火焰的温度已经超过1100，NOx能维持在很低的水平上。燃烧器-工作过程n(3)机组在50和100负荷之问运行时采用扩散燃烧与预混燃烧同时并行的方式进行燃烧。作为扩散燃烧方式的补充，压缩空气以及部分燃气在旋流器的作用下补充部分预混气体进入燃烧。燃烧室燃烧切换（实例）n从燃气轮机启动、加载到并网后整个过程，燃料供应量的变化情况。燃气轮机在300 rmin(5 Hz)转速下启动点火顺序，NG扩散阀首先打开，保持025 kgs的点火质量流量(持续3 s)，随后在12 s内斜率上升至055 kgs，该阶段总

40、的点火质量流量为080 kgs。燃烧切换（实例）n点火成功后，燃气轮机不断升速，在1380 rmin(23 Hz)速度下，预混阀开始打开，注入的预混质量流量为O35 kgs，并随着燃气轮机加速被增强到14 kgs。当3个防喘放气阀在关闭位置上，并有一个20 s的延时后值班气质量流量开始注入，同时NG扩散控制阀关闭到O，完成了从扩散燃烧器运行方式向预混燃烧器运行方式的切换。在燃气轮机并网后只存在预混阀和值班阀供气。天然气疏水系统n当燃气轮机运行在预混燃烧模式下，预混天然气管和值班天然气管中是有天然气的，而扩散天然气管没有天然气进入。而此时在燃烧室中与扩散天然气管之间产生的微小压差将使得部分压气机

41、出口空气通过扩散燃烧筒进入扩散天然气管路。天然气疏水系统n在这个过程中，这部分空气的温度会不断下降，那么取决于现场环境温度情况，该部分空气的温度可能会降低到低于露点温度。这样的话，在扩散天然气管道中以及扩散天然气控制阀门中都可能有凝结物积聚。那么当在经过长时间的预混燃烧方式后向扩散燃烧模式转换时，这些凝结物可能会使得扩散燃烧筒点火失败。NG DM 管道的自动排水步骤：n-GT 启动前n-每次GT 停机后n-在机组正常运行期间每隔2 小时n-在执行压气机水洗之后火焰检测加速度和嗡鸣监测n燃烧的不稳定表现在燃烧室内压力发生大幅度波动并伴有噪声，以及燃烧压力波动加速度增大。n加速度增大的后果是损坏燃

42、烧室内的陶瓷隔热瓦块，故必须监测并识别加速度过高，并且加以快速消除，以最大限度地降低对燃烧室陶瓷隔热瓦块的损害，确保燃气轮机安全运行。加速度和哼鸣监测n哼鸣用于报警，加速度用于保护。n加速度和嗡鸣的持续时间被记录下来。如果这 些现象的累积持续时间超过一个的限量，燃烧室必须进行检查。n加速度由燃烧室上的3个加速度传感器测量，经带通滤波及数据处理后形成加速度信号。n根据燃气轮机运行工况及造成燃烧室内瓷瓦损伤程度，设置4个加速度监测限值。加速度和哼鸣监测nMAX 4(1.5g)，持续时间在0.5秒钟以上，负荷就减低约6 MW。nMAX 1(2.5g)持续时间在4秒钟以上，负荷就减低约6 MW，每4秒钟重复进行减负荷，在首次减负荷以后15秒，就将燃气轮机跳闸。nMAX 2(3g)持续时间在1秒钟以上，就进行一次减负荷，减低约15 MW。在12秒钟以后将燃气轮机跳闸。nMAX 3(8g)等级，燃气轮机跳闸。小结 燃气轮机主要由压气机、燃烧室和透平三大主要部分组成，压气机的压缩空气大部分用于燃料的燃烧，其余部分用于燃烧室、透平叶片以及转子轮盘的冷却，就叶片以及轮盘的冷却过程进行了详细的描述。通过对本体结构、冷却方式等方面系统地介绍，可以更全面地认识、了解V943A燃气轮机组的设计特点、工作原理。谢谢！