燃气轮机简介

燃气轮机简介
燃气轮机简介

我国工业燃气轮机的现状与前景

一、世界工业燃气轮机的发展趋势

1、世界工业燃气轮机的发展途径与现状

自1939年瑞士BBC公司制成世界上第一台工业燃气轮机以来,经过60多年的发展,燃气轮机已在发电、管线动力、舰船动力、坦克和机车动力等领域获得了广泛应用。

由于结构上的分野,工业燃气轮机分为重型燃气轮机和轻型燃气轮机(包括航机改型燃气轮机)。

80年代以后,燃气轮机及其联合循环技术日臻成熟。由于其热效率高、污染低、工程总投资低、建设周期短、占地和用水量少、启停灵活、自动化程度高等优点,逐步成为继汽轮机后的主要动力装置。为此,美国、欧洲、日本等国政府制定了扶持燃气轮机产业的政策和发展计划,投入大量研究资金,使燃气轮机技术得到了更快的发展。80年代末到90年代中期,重型燃气轮机普遍采用了航空发动机的先进技术,发展了一批大功率高效率的燃气轮机,既具有重型燃气轮机的单轴结构、寿命长等特点,又具有航机的高燃气初温、高压比、高效率的特点,透平进口温度达1300℃以上,简单循环发电效率达36%~38%,单机功率达200MW以上。

90年代后期,大型燃气轮机开始应用蒸汽冷却技术,使燃气初温和循环效率进一步提高,单机功率进一步增大。透平进口温度达1400℃以上,简单循环发电效率达37%~%,单机功率达300MW以上。

这些大功率高效率的燃气轮机,主要用来组成高效率的燃气-蒸汽联合循环发电机组,由一台燃气轮机组成的联合循环最大功率等级接近500MW,供电效率已达55%~58%,最高60%,远高于超临界汽轮发电机组的效率(约40%~45%)。而且,其初始投资、占地面积和耗水量等都比同功率等级的汽轮机电厂少得多,已经成为烧天然气和石油制品的电厂的主要选择方案。由于世界天然气供应充足,价格低廉,所以,最近几年世界上新增加的发电机组中,燃气轮机及其联合循环机组在美国和西欧已占大多数,亚洲平均也已达36%,世界市场上已出现了燃气轮机供不应求的局面。

目前,美、英、俄等国的水面舰艇已基本上实现了燃气轮机化,现代化的坦克应用燃气轮机为动力,输气输油管线增压和海上采油平台动力也普遍应用了轻型燃气轮机。先进的轻型燃气轮机简单循环热效率达%。采用间冷—回热循环的燃气轮机在110%~30%工况下,热效率下降很少,可保持在41%。现正在开发功率大于40MW,涡轮前温度为1427℃~1480℃,简单循环热效率达45℃~50℃的轻型燃气轮机。微型燃气轮机作为分布式电源也取得显着进展。

近20余年来,洁净燃煤发电技术已取得重要进展,最有希望的两种解决途径为:整体煤气化联合循环(IGCC)和增压流化床联合循环(PFBC),燃气轮机均是其中的关键设备。至今,全世界已投过了10余座各种功率等级的IGCC电厂,还有一批IGCC电厂正在筹建之中,IGCC电厂已开始进入商业化应用阶段。PFBC电站已投运5座,成功地进行了

示范运行,正逐步进入商业化运行阶段。

世界重型燃气轮机制造业经过60多年的研制、发展和竞争,目前已形成了高度垄断的局面,即以GE、西门子/西屋、原ABB等主导公司为核心,其它制造公司多数与主导公司结成伙伴关系,合作生产或购买制造技术生产。日本的三菱公司值得关注,它最初应用西屋的技术生产燃气轮机,后来发展为与西屋联合开发新型燃气轮机。1998年三菱与西屋分手,成为拥有独立制造技术的世界重型燃气轮机制造企业之一。

燃气轮机与内燃机相比,具有重量轻、体积小、单机功率大、运行平稳、寿命长、维修方便等优点,它早已在飞机发动机中取得了独占地位。由于美、英、俄等国对航空技术高度重视,投入了大量研究开发资金,因此,航空的燃气轮机技术比工业燃气轮机发展更迅速。目前,世界的轻型燃气轮机制造业也形成了GE、(罗尔斯.罗伊斯)、P&W(普惠)三大主导企业。近年来,俄罗斯、乌克兰等国借助前苏联强大的航空工业基础,也在加紧进行航机改型工作,推出了一批轻型燃气轮机。

2、工业燃气轮机技术发展的四代技术

燃气轮机是一项多种技术集成的高技术,按技术特征,工业型燃气轮机可分为四代:过去的半个世纪,世界发展了头两代工业燃气轮机,其传统的提高性能途径是:不断地提高透平初温,相应地增大压气机压比和完善有关部件。未来五十年,可能主要利用新材料和新技术的突破,再开发出两代新的燃气轮机。

(1)第一代始自四、五十年代

1939年秋,瑞士研制出世界首台4MW燃气轮机发电机组。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℃,那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℃。到了八十年代,已把初温升至850~1000℃。

第一代技术的特点是:单轴重型结构(航空移植除外),初期高温合金,简单空冷技术,亚音速压气机,机械液压式或模拟式电子调节系统。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%。

(2)第二代已达当今最高水平

从七十年代开始,充分吸收先进航空技术和传统汽轮机技术,沿着传统的途径不断提高性能,现已开发出一批“F”、“FA”、“3A”型技术的新产品,它代表着当今工业燃气轮机的最高水平:透平初温达到1260-1300℃,压比10-30,简单循环效率36-40%,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%。

(3)第三代正在开制

其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,部分静部件可能采用陶瓷材料。应用智能型微机控制系统也是一个方向。

GE公司的GE37是相当于第三代水平的喷气发动机,正在研制,它使用现有超级合金和少量可提供的陶瓷材料,透平初温在1400℃~1500℃,短时达到1600℃。正在研制第

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。

(4)第四代正在构思

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。

美国工业燃气轮机在总体上处于世界领先地位,已开发出“FA”型产品,正在开发“G”型和“H”型(透平初温1430℃,单机功率280MW,单机联合循环功率480MW,系统效率将突破60%),正在实施多项大的发展计划,如先进动力透平系统(ATS)等,还和欧洲合作执行将高性能航空发动机改型为先进工业燃气轮机的先进燃气轮机合作计划(CAGT)。欧洲在发电用大型燃气轮机方面不比美国逊色。德国、瑞士和瑞典有自己研制的高性能燃气轮机。日本、英国、意大利、法国等国都生产当今性能最好的“FA”型燃气轮机,但都沿用外国的技术。英国和法国有航机陆用领域有很大进展。日本在开发高温的陶瓷燃气轮机上进展迅速。

注:

⑴美国IHPTETT和ATS计划:在国际市场上,美国燃气轮机在技术水平和产量方面均具有领先地位,是其在贸易方面保持大量顺差的主要产业之一。为了保持在军务和商业竞争方面的领先地位,美国对下一代燃气轮机的发展,正在投入大量资金,实施多项大的发展计划。如:

·IHPTET计划:这项为期16年(1987~2003年)的计划是针对航空的要求提出的,要使航空发动机的推重比现有最高水平的基础翻一番,达到20。该项计划的投资为45亿美元。除此之外,近年来美国还有4~5个大中型航空发电动机研制项目。这些,都为美国先进燃气轮机技术的发展提供了技术基础。

·ATS计划:即先进透平动力系统(Advanced Tubine Systems)计划。由美国能源部主持,政府与工业界共同投资7亿美元历时8年(1992~2000年)的计划,主要目标是:透平初温1427℃,系统效率约60%,以煤为燃料,更好的RAM性能,低水耗,低污染(Nox<9ppm,CO<10ppm)。

⑵美国和欧洲合作的CAGT计划:即先进燃气轮机(Collaborative Advanced Gas Turbine)合作计划。是一项由美国牵头,美、欧22个部门和公司参加的多国计划,主要是将波音777飞机配装的三种超级风扇发动机(GE90,PW4000和Trent)改为先进的燃气轮机。当前首要项目是ICAD(中间冷却)方案,透平转子前温度为1700~1755K,简单循环效率为45~47%。ICAD是实现更先进的循环-HAT的第一步。HAT循环的热效率可达61~63%。

⑶欧共体EC-ATS计划:从80年代中期起,欧共体赞助研究新一代高效率(简单循环效率为40%,联合循环效率为>60%)的先进燃气轮机(EC-ATS)计划。其研究内容和美国ATS计划的第1和2阶段研究内容相仿。这个计划由一个叶轮机械研究协会(Turbo AG)来协调和组织,成员包括ABB,BMW,Daimler Benz,Rolls-Royce,和Siemens。

⑷日本发展高效率燃气轮机:一九七八年,日本通产省工业技术院制订了主要内容

为能源技术研究和开展“月光计划”,共有五个项目,第一个就是“先进燃气轮机”。日本的燃气轮机是靠与美国进行技术协作发展起来的,即购买生产许可证仿制美国的产品,而“月光计划”研制的高温高效燃气轮机则完全依靠日本自己掌握的技术来赶超国际水平了,这是日本燃气轮机行业的一个新的起点。另外,日本在开发高温的陶瓷燃气轮机上进展迅速。

二、我国燃气轮机工业现状

1、我国重型燃气轮工业的现状

我国重型燃气轮机制造业始于五十年代末。六十年代至七十年代初,上海汽轮机厂股份有限公司(原上汽厂)、哈尔滨汽轮机厂有限责任公司(原哈汽厂)、东方汽轮机厂和南京汽轮电机(集团)有限责任公司(原南汽厂)都曾以厂所校联合的方式,自行设计和生产过燃气轮机,透平进气初温为700℃等级,与当时的世界水平差距不大。典型机型有1MW、、3MW、6MW发电机组,6MW船用机组,3500hp、4500hp机车用机组。

七十年代中期,为配合川沪输气管线的建设,由国家计委批准,以南汽为基础,投资亿,并将各地燃机专业人员200余人调入南汽,建设了我国重型燃气轮机科研生产基地。并由原第一机械工业部负责在南汽组织了由全国近百个单位参加的“2万3千千瓦燃机”大会战,透平进气初温990℃等级。于1978年成功地完成了第一台全国产化样机的试制工作并通过了国家鉴定,这是我国当时最大功率的燃气轮机。之后,共生产同型号机组3套用于发电,目前仍在役。“2万3燃机大会战”充实和壮大了重型燃气轮机设计和科研队伍,到目前为止,仍是我国重型燃气轮机工业的技术基础。

70年代后期,哈汽厂、上汽厂、东汽厂和南汽厂按国家川沪输气管线计划,联合设计了驱动用燃气轮机。由于国家能源政策的调整,未能投入生产。

八十年代南汽厂在原机械电子工业部的主持下,与美国GE公司合作生产透平进气初温1100℃等级的MS6001B型燃气轮机,单机功率40MW,效率32%,是世界上该功率等级的主力机型,国产化率约60%-70%。该品于1988年通过国家鉴定,迄今已生产22套,其中出口国外占一半,实现了替代进口的目标,其合作生产的方式是:(1)燃机核心部件由美国GE公司提供,如:a.压气机—透平转子;b.燃机控制系统;c.燃烧室和喷嘴;

d.静叶及压气机可转导叶。(2)国内生产有困难的配套件可向GE公司采购。(3)由南汽生产的燃机的其余部分部件和零件按GE公司提供的图纸、标准进行生产,组装和试车。(4)整机性能参数经GE公司认可后出厂。(5)技术改进产品更新与GE公司同步。由此保证了该合作生产产品的质量和性能与美国GE公司产品相当。

近年来,为解决冶金企业高炉煤气的利用,南汽厂与美国GE公司合作,在MS6001B 的基础上,开发了以高炉煤气为主要燃料的低热值6B-L型燃气轮机,可以烧1300大卡/NM3低热值燃料。

在科研能力方面,南京燃气轮机研究所、上海发电设备成套设计研究所、国电公司热工研究院、中国船舶工业总公司703研究所、中科院工程热物理研究所、清华大学、西安交通大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学等单位都有一定数量的科研人员和试验研究设备,取得了一些科研成果,如东风Ⅰ型、红旗Ⅰ型和360等叶型,低热值煤气燃烧室等。但设备比较分散,多数性能现在已不太先进。虽然取得了一些成果,但要形成设计先进燃机的完整资料,还需要进行大量的工作。

在制造能力方面,机械系统的企业以南汽厂为代表经八五、九五改造,拥有大型制造厂房,大型数控加工设备和精密测试设备,除高温合金叶片、燃烧室、特殊涂层等少

数关键设备、工艺外,生产大型燃气轮机的能力缺口不大。

六、七十年代我国自行研制燃气轮机取得了一些成功的经验,主要有:国家领导部门的支持;产学研联合科研和设计;许多单位的联合攻关和协作等。这些都可供今后自主开发燃气轮机时借鉴。

2、我国轻型燃气轮机工业的现状

我国轻型燃气轮机工业主要集中在航空系统,40多年来航空发动机工业已经建成了7个制造厂和4个研究设计所,拥有14万职工的航空发动机产业。研制生产了20多个型号的航空发动机,5万多台。七十年代开始,410厂、331厂、120厂等在航空发动机基础上改型生产了WJ-5G、WJ-6G、WP-6G、WZ-6G等型号的工业燃气轮机100多台套,用于油田、石化、邮电等部门。

1983年国家经委等下达由中船总703所与航空部614所、430厂跨部联合,承担斯贝航机舰改任务,并确定今后轻型燃气轮机走航改道路。1985年国家计委、经委批准在航空部成立“中国轻型燃气轮机开发中心”,统一归口轻型燃气轮机的规划、研制、生产、成套和引进工作。

1986年国家计委、经委批准航空部与美国普惠公司合作开发FT-8燃气轮机,功率25MW,效率%,是世界上同功率等级中效率最高的。我国负责制造低压压气机、动力涡轮、燃烧室、机匣、成套件等零部件,约占整机工作量的30%。到目前为止,该机组在国内销售9套,国外销售的100多台机组中也有我国生产的零部件,主要用于发电和管线驱动。 90年代,国家决定引进乌克兰的GT25000舰用燃气轮机,由430厂负责燃气发生器国产化,哈汽厂制造动力透平,703所负责成套,目前正在试制过程中。

目前,606所与410厂合作,在先进航空发动机基础上,改型研制功率为7MW,热效率为31%的轻型燃气轮机。

航空发动机工业在研究开发能力方面,有一个部件预研所、两个型号设计所和一个电子调节监控系统研究设计所。有成套的部件性能、强度和整机试验设备,可以满足航空及轻型燃气轮机的试验需要。两个型号设计所具备了开发现代航空燃气轮机的能力,正在开制的有A型、WPX和40号等先进航空发动机和燃气轮机。

在制造方面,经过了近几年来的技术改造,已经掌握了制造先进燃气轮机的工艺技术,除有成套的精密机加设备外,还配齐了现代燃气传输线机的特种工艺设备,可以制造各种压气机和内腔较复杂的定向结晶、单晶等气冷涡轮叶片。还可制造先进的燃烧室、火焰筒、内外套及喷嘴等零部件,以及重型燃气轮机的部分核心零部件。我国航空和轻型燃气轮机系统的制造能力是比较强大的。

3、对我国燃气轮机工业现状的评价

由于近20年来组织不力,缺乏投入,我国的燃气轮机工业可以说至今未形成严格意义上的产业。我国燃气轮机技术的现状可以归结为:起步不晚,进展缓慢,基础尚可,力量分散,面对机遇,亟待突破。

我国发展燃气轮机的基础力量虽然相对薄弱,但认真分析,缺口不是很大,尤其是综合了机械和航空两个部门的能力后。在设计能力、试验能力、加工能力和材料四大要素中,基础最好的是加工能力,最薄弱的环节是设计能力和高温材料。在加工能力方面,除大型定向结晶叶片的工艺和设备、大型轮盘超速应力处理工艺和设备尚不具备能力外,其它均可使用现有设备制造。其中:航空部门在叶片、火焰筒、过渡段、一次测控元件、液压件制造及特殊工艺(例如特殊形面成型、特种焊接、激光加工、涂镀)方面拥有优

势,机械部门在大型轴类件、盘类件、缸体、焊接结构件制造、装配及成套能力方面拥有优势。如果可以成功地组织起全国的力量,完成样机试制应只需添加有限的设备。其次是试验能力。综合两部及科研院所、大专院校现有的试验设备,部件试验多数可以进行,包括研究性试验及工业性试验。需增加的主要是压气机整机模化试验台、燃烧室全尺寸高参数试验台、燃气轮机辅机/整机试车台等工业性试验台位。这也是机械部门关五五期间未完成的建设项目。在设计能力中,机械部门、航空部门和中科院、有关院所拥有先进的热力、气动、强度、振动计算方法和手段,在结构设计、系统设计、工艺方法方面拥有一定的能力。目前最缺乏的是独立设计经验、先进的设计数据库和资金投入,其次是人才流失和不能很好地组织各方面的力量,取长补短,有效地开展工作。

三、我国工业燃气轮机的发展前景

1、我国燃气轮机的应用现状

近年来,由于我国经济快速发展,燃机的应用已经起步并较快增长。截止1999年底,我国燃气轮机的装机总容量为5939MW(不包括港澳台地区),占当年全国发电装机容量的%,其中,重型燃气轮机,占%。并且,已从八十年代的简单循环为主逐步过渡到联合循环为主。据初步统计,在发电用重型燃气轮机中,已有%组成了联合循环发电机组。其中,30MW 以上的联合循环发电机组有42套,有4套已达300MW等级,标志着我国燃气轮机电站已迈入大容量高效率的发展阶段。

我国现有的燃气轮发电机组主要分布在沿海经济高速发展的地区、大中城市和油气田等处。

我国现有燃气轮机绝大多数为进口机组,主要用于发电,少部分用于油气田的注水、注气、增压以及舰船和坦克动力。按发电千瓦计,国产部分只占约7%。

2、可供燃气轮机使用的能源状况

以煤为主的能源结构使我国的环境污染日趋严重,目前,酸雨覆盖区已占国土面积约40%。因此,国家正采取积极措施改变我国的能源结构和减少燃煤电厂的污染,主要措施有:

(1)加强国内天然气的勘探和开发。据专家预测,我国天然气总储量约38万亿m3。截止1995年探明储量22495亿m3,主要分布在四川、陕甘宁、新疆、青海、海南等地。我国天然气产量近年来增长较快,2010年可达700~800亿m3。

(2)从周边国家进口天然气:主要从俄罗斯或中亚诸国(土库曼、乌兹别克、哈萨克斯坦等)进口管道天然气和从印尼、马来西亚和澳大利亚等国进口液化天然气(LNG)。预计至2010年我国进口管道天然气将达400~600亿m3。计划中的输气管道有:①俄罗斯西西伯利亚或中亚诸国到上海,年供气量300亿m3;②俄罗斯东西伯利亚到山东(分输至韩国),年供气量300亿m3;③俄罗斯远东地区(萨哈林)到沈阳,年供气量100~150亿m3。我国东南沿海LNG一期工程初步选定深圳大鹏湾,容量300万吨/年,预计2005年建成。二期工程约600万吨/年,2010年前后建成。

⑶开发利用煤层气:煤层气是煤层中伴生的可燃气体,俗称“瓦斯”,主要成份为甲烷,是一种较好的气体燃料,许多国家已较好地利用。我国是世界第一产煤大国,但煤层气的利用率比较低,只占世界总利用量的%。据估计,我国埋深2000米以浅范围的煤层气总量约30~35万亿m3,大体与我国天然气总储量相当,有较大的开发利用潜力。

⑷发展洁净燃煤技术:IGCC电厂的建设投资、发电成本等已接近常规汽轮机电厂的水平,并有更好的环保性和节能性。我国已立项建造大型IGCC和PFBC示范电厂,一旦示范成

功,加上预期的这类电厂造价大幅度下降,这两类洁净燃煤的电厂将会在我国迅速推广。

由于我国能源结构调整,至2010年,估计我国天然气消费可达1200亿m3,假设1/3用于发电,可增加燃气轮发电机组26900MW,或联合循环发电机组41900MW,用作电网调峰和基本负荷发电。推广洁净燃煤发电技术可增加IGCC和PFBC机组约3100MW。这些多数是大功率高效率的重型燃气轮发电机组。此外,石油、天然气开采和输送需要约3000MW 燃气轮机,以中、小型驱动用燃气轮机为主。还将需要约100MW的舰船和机车燃气轮机。

总之,未来10年我国对燃气轮机的需求数量比较大,总数达34000MW左右,市值约100亿美元,平均每年约10亿美元。需求的高峰期将在2005年左右到来。

能源和动力是国民经济发展的基础,每一代动力机械的兴起,都直接促进人类社会生产和科学技术的发展。18世纪末蒸汽机的出现带动了世界第一次产业革命;往复式内燃机、放置式汽轮机的发展,为二十世纪初开始的现代交通和电气化创造了条件;二十世纪中叶开始的燃气轮机喷气发动机和火箭的发展,则为高速航空和宇航年代奠定了基础。大量研究表明,燃气轮机及其总能系统将成为跨世纪的主要动力。

3、我国燃气轮机的发展前景和动态

随着国内能源市场的发展与变化,国家对环保的日益重视,以及燃气轮机技术的进步,燃气轮机的市场前景十分广阔。

石油化工行业包括油田、海上平台、气田的发电、增长、注水、注汽,已经开工的西气东输输气管线增压站需要2万千瓦等级燃气轮机作为压缩机的动力。

舰船用燃机呈增长的趋势,主要为4000、10000、25000、33000马力等4种功率等级的燃机,大小二头已有WJ-6G和FF8,中间两种功率的有待开发。

发电领域不论是调峰还是基本负荷,不论是纯发电还是热电联产,随着天然气的开发和煤气化技术的发展将会得到快速的发展。主要的需要品种为4万和10万、20万千瓦功率等级的重型燃机产品。

另外,随着西气东输工程的实施,以小型燃气轮发电机组和余热锅炉等设备组成的小型热电联产系统,在天然气到达城市的厂矿企业、办公楼、宾馆、商场、医院、学校等较分散而有一定规模的建筑群中逐步推广使用。其品种应在1000~5000千瓦。

当前我国燃气轮机产品的主要发展目标是:

⑴重型燃气轮机在已经能批量生产40MW等级的基础上,争取在近期内能批量生产100MW和200MW等级的大功率、高效率的燃气轮发电机组,并组成相应的燃气/蒸汽联合循环电站,初步形成燃气轮发电机组的产品系列,满足我国发电市场的需要。

⑵争取在5~10年内,能批量生产7MW、15~20MW和25MW三种功率档次的舰用燃气轮机,以满足我国海军现代化的需要。

⑶争取在近期内能批量生产10~25MW的机械驱动用燃气轮机,以满足输气输油管线和高原机车动力市场的需求。

目前,100M和200MW等级的重型燃气轮发电机组正由国家计委组织统一招标,以采用技贸结合的方式实现引进技术、合作生产。其趋势是美国GE公司与南汽厂组合一体;德国西门子与上汽组合一体;阿尔斯通ABB与哈汽组合一体;日本三菱与东汽组合一体进行投标,谁胜谁负有待明年揭晓,一旦揭标,大功率重型燃气轮机在我国立即进入起步发展阶段。

西气东输用机械驱动燃气轮机看来已成罗罗、普惠、GE等外商争夺的市场,国内企业已无用武之地。

城市热电站、冶金企业综合利用、高炉煤气以及煤矿的煤层气利用,将主要以单机容量为40MW的燃气轮机为主要品种,组成燃气轮发电机组和余热锅炉、汽轮发电机组的燃气/蒸汽联合循环。

燃气轮机是关系到国防、能源、交通、环保等国计民生,有巨大发展前景的高技术产品,西方国家把它作为“国防安全、能源安全和保持工业竞争能力”的战略而列为国家的关键产业。象我国这样一个大国,燃气轮机不应长期依赖进口。面对我国的现状,这一产业要得到发展,首先要从国家和民族工业的角度制定发展燃气轮机产业的政策,充分利用国内已有的基础,调动各方面的积极因素,加以组织和支持,把燃气轮机产业作为我国21世纪的重要产业,开辟新的经济增长点。展望未来,我国燃气轮机的前景将是非常广阔而美好的。

附表1:GE、西门子、三菱大型燃机性能

附表2:GE、西门子/KWU主要燃机性能

微型燃气轮机的应用和发展前景

微型燃气轮机的应用和发展前景 摘要 微型燃气轮机是一类新型热机,近年来随着全球范围内的能源与动力需求,特别是电力系统的放松控制以及环境保护等要求的变化,得到了高度关注和迅速发展。先进的微型燃气轮机具有清洁、可靠、高质量、多用途等特点,为小型分布式发电和热电联供提供了最佳方式。另外高效的微型燃气轮发电机组可用于航空、航天等领域,还可用于军用车辆、辅助动力装置、车用混合动力装置等。本文通过介绍国外微型燃气轮机的发展过程及应用情况,综述了先进微型燃气轮机的技术进展,探讨了微型燃气轮机在我国的应用前景。 关键词:微型燃气轮机分布式发电热电联供径流式叶轮机械混合动力汽车

Micro gas turbine applications and development prospects Abstract Micro gas turbine is a new type of heat engine, in recent years, with the global energy and power demand, especially the power system deregulation and environmental protection requirements change, and highly. Advanced micro gas turbine has a clean, reliable, high quality, multiple use and other characteristics, for small distributed power generation and cogeneration to provide the best way. In addition to efficient micro turbine generator can be used for aviation, aerospace and other fields, can also be used for military vehicle, auxiliary power unit, vehicle with hybrid power device. This paper introduces the development process of micro gas turbine and its application, summarizes the advanced micro gas turbine technology, discusses the micro gas turbine and its future application in china. Key W ords:Micro gas turbine Distributed power generation Cogeneration Radial flow impeller machinery Hybrid electric vehicle

燃气轮机和内燃机发电机组性能及经济性分析

燃气轮机和内燃机发电机组性能及经济性分析 摘要:介绍燃气分布式能源系统配置。对燃气轮机、燃气内燃机发电机组性能(性能参数、变工况特性、余热特性、燃气进气压力)、经济性等进行比较。 关键词:分布式能源系统;燃气轮机发电机组;燃气内燃机发电机组;经济性 Analysis on Performance and Economy of Gas Turbine and Gas Engine Generator Units Abstract:The configuration of gas distributed energy system is introduced.The performance of gas turbine generator unit including performance parameters,variable conditions characteristics,waste heat characteristics and gas inlet pressure as well as the economy are compared with gas engine generator unit. Keywords:distributed energy system:gas turbine generator unit;gas engine generator unit;eeonomy 1概述 燃气分布式能源系统(以下简称分布系统)是指布置在用户附近,以天然气为主要一次能源,采用发电机组发电,并利用发电余热进行供冷、供热的能源系统[1-11]。主要设备包括发电机组、余热利用装置等,作为动力设备的发电机组是分布系统的关键。 分布系统通常采用的发电机组为燃气轮机发电机组(以下简称燃气轮机组)、燃气内燃机发电机组(以下简称内燃机组)。燃气轮机组是以连续流动气体为工质,将热能转化为机械能的旋转式动力设备,包括压气机、燃烧室、透平、辅助设备等,具有结构紧凑、操作简便、稳定性好等优点。在分布系统中应用的主要是发电功率范围为25~20000kW的微型、小型燃气轮机组。 内燃机组是将液体或气体燃料与空气混合后,直接输入气缸内部燃烧并产生动力的设备,是一种将热能转化为机械能的热机,具有体积小、热效率高、启动性能好等优点,发电功率范围为5~18000kW。美国不同规模分布系统的发电机组发电功率见表1[12]。

大型天然气燃气轮机机型选择

大型天然气燃气轮机机型选择 1.E级燃机与F级燃机的比较 由于E级燃气轮机的燃气初温(1105℃)较低,自身效率要比F级燃气轮机低4个百分点。E级燃气轮机的排气温度仅540℃,蒸汽循环不能再热,只能采用双压循环;而F 级燃气轮机排烟温度高达576℃,蒸汽循环可采用高参数的三压再热循环。因而E级联合循环的效率要比F级低6个百分点。 SIEMENS公司E级和F级机组技术性能比较表 燃机型号V94.2 V94.3A 燃气初温(℃)一级动叶进口1105 一级动叶进口1320 燃机效率(%)34.4 38.7 排气温度(℃)540 576 蒸汽系统双压无再热三压有再热 联合循环效率(%)51.7 57.4 另外由于E级机组容量较小,需要2+1(两台燃机带一台汽机)组成的联合循环,容量才能达到1台F级机组的容量。因而设备增多(2台燃机、1台汽机、3台发电机、3台主变压器、3条电气出线、3套润滑油系统、3套辅机)、系统复杂(汽水系统需要母管制)、厂房和占地较大。E级联合循环机组单位容量的投资比F级联合循环机组的大。 经过多方面的技术和经济比较,我们得出结论:在天然气价格逐年增高的趋势下,建设大型联合循环电厂,不宜选用E级燃气轮机作为基本机型,而大功率、高效率的F级燃气轮机才是联合循环电厂的首选机型。 在中国,2005年以来,与西气东输及LNG(液化天然气)输入工程相配套,我们共

建设了48套F级联合循环机组。 2.F级燃机及联合循环的性能 通过“以市场换技术”,中国已形成了哈尔滨动力集团-GE公司(美国通用电器)、上海电气集团-SIEMENS公司(西门子)、和东方电气集团-三菱公司(MITSUBISHI)三家大型燃气轮机制造集团。每个厂家栏目下左侧的产品是在中国已生产投运的产品,每个厂家栏目下右侧的产品为改进型产品。 表1 F级燃气轮机的技术性能 公司哈动力-GE 上海电气-SIEMENS 东方电气-三菱 燃机型号9FA 9FB V94.3A SGT5-40 00F(2) V94.3A SGT5-40 00F(4) M701F3 M701F4 净功率(MW)256 282.3 271 287 270 312 净热耗 (Kj/Kwh) 9757 9620 9302 9424 净效率(%)36.9 37.4 38.9 39.5 38.2 39.3 压气机级数18 18 15 15 17 17 压比15.4 18.5 16.9 16.9 17 18 燃烧室型式环管型环管型环形环形分管环状分管环状 燃烧器型式/数量DLN2.0+ /18 DLN2.6+ 混合型 DLN/24 混合型 DLN/24 干式低 NOx 干式低 NOx

燃气轮机产品及技术发展介绍 88分

燃气轮机产品及技术发展介绍 1.以下不属于燃烧技术领域的是: (3.0分) A.低排放 B.燃料适应性 C.热声分析 D.喘振分析 我的答案:D√答对 2.不属于燃气轮机长期服务的工作是:( 3.0分) A.无损检测 B.叶片修换 C.寿命延长 D.性能试验 我的答案:D√答对 3.以下不属于透平叶片冷却方式的是:(3.0分) A.气膜冷却 B.蒸发冷却 C.冲击冷却 D.对流冷却 我的答案:B√答对

4.以下不属于中心拉杆转子的结构是:(3.0分) A.轮盘 B.中心拉杆 C.周向拉杆 D.赫兹齿 我的答案:C√答对 5.将空气进行压缩的燃气轮机部件是:(3.0分) A.燃烧室 B.透平 C.压气机 D.支撑 我的答案:C√答对 6.AE94.3A燃气轮机的单机功率是:(3.0分) A.943MW B.368MW C.325MW D.78MW 我的答案:C√答对 7.上海电气燃机总装车间投产年份是:(3.0分) A.1983年

B.2003年 C.2015年 D.2005年 我的答案:D√答对 8.用于对燃气轮机入口空气进行过滤的辅助系统是:(3.0分) A.气动模块 B.进气系统 C.排气系统 D.燃料系统 我的答案:B√答对 9.目前上海电气的主要燃气轮机合作伙伴是:(3.0分) A.安萨尔多 B.西门子 C.通用电气 D.西屋 我的答案:A√答对 10.属于二次空气冷却系统的主要功能的是:(3.0分) A.冷却透平叶片 B.冷却压气机叶片 C.提高压气机流量

D.提高燃烧温度 我的答案:A√答对 1.以下属于透平叶片的材料的是:(4.0分)) A.镍基合金 B.球墨铸铁 C.钴基合金 D.不锈钢 我的答案:ABD×答错 2.属于轴系动力学分析的内容有:(4.0分)) A.横振分析 B.扭振分析 C.燃烧调整 D.熔模铸造 我的答案:AB√答对 3.属于联合循环热力优化手段的有:( 4.0分)) A.进气冷却 B.抽汽配置 C.控制保护 D.余热利用 我的答案:ABCD×答错

军舰动力装置概况——燃气轮机

军舰动力装置概况——燃气轮机美国FT-8舰用燃气轮机 (一)研制背景和研制打算 FT-8燃气轮机由普拉特?惠特尼(P&W)公司的JT8D-219航空涡扇发动机派生。JT8D-219是JT8D系列中的最新型号,1985年开始投入使用。研制时充分利用了FT-4燃气轮机的成功体会,并移植了普拉特?惠特尼公司的PW2037和PW4000航空发动机的先进技术。在设计上突出了机组的高效率、高寿命和高可靠性。JT8D系列是一型成熟的航空发动机,20余年来已生产14000余台,并装在3000多架民航飞机上,如波音727、737、DC-9、MD-82等。累计运行了两亿八千五百万飞行小时,平均单台寿命超过1 8000h。 FT-8是1986年开始设计的。派生时将低压压气机改为8级,前两级用JTSD的风扇改成,第3级至第8级除对第3级压气机叶型作修改外,其他5级不变。进口导流叶片与前2级静子叶片可调。高压压气机共7级,7级高压压气机不变,重新设计了燃烧室和燃料系统。高、低压涡轮叶片加大了冷却,并设计了涡轮间隙操纵结构。动力涡轮4级,涡轮效率93.6%,燃气轮机总效率38.7%,是当代同等功率燃气轮机中最高的。 (二)系统组成和要紧性能 FT-8燃气轮机由进气道、低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、动力涡轮、排气装置和操纵系统等部套组成。 高压涡轮。单级轴流式。涡轮叶片和导向叶片为气冷,涡轮叶片材料为MAR-M-247,导向叶片为MAR-M-509,轮盘为In718。叶片涂层为N iCoCrAly。 低压涡轮。2级轴流式,第1级气冷。所有叶片材料皆为MAR-M-247,轮盘皆为Was-paloy。除第2级导向叶片涂层为PtAl外,其余叶片涂层皆为NiCoCrAly。 动力涡轮。4级轴流式,叶片材料除第3和第4级导向叶片为In7 18外,皆为In738。轮盘为Ing01。第1和第2级涡轮叶片及导向叶片涂层为PW A73铝硅,轴采纳PW All0铝涂层。

国内外燃气轮机发电技术的进展与前景

国内外燃气轮机发电技术的进展与前景 1前言 随着社会生产力水平的不断提高和经济的迅速增长,对于能源的需求也在快速增长。目前,世界火电站汽轮机长期占统治地位的局面已开始动摇,“大型电站以联合机组为主,中、小型机组以热电并供居多”已是许多工业发达国家电站发展的主要格局。燃气轮机具有极强的适配性,能够作为多种发电模式,以成为当今世界发电的主要形式之一,由于该装置,特别是联合循环发电装置具有效率高、机动性好,不仅可以作为电网的调峰机组,且更多地用于电网的基本负荷发电,又能满足日益严格的环保要求,其地位将得到巩固和加强。 我国自改革开放以来,随着电力工业的迅猛发展和电网峰谷差的日趋增大,燃气轮机发电得到重视和发展。近几年已相继兴建了一批具有80年代国际先进水平的机组,在缓解电力紧缺的同时,有效地发挥了其增强电网调峰能力的作用。跨入21世纪,随着科技发展、能源政策的调整,如何高效、洁净利用化石能源已成为电力领 域的突出问题。燃气—蒸汽联合循环发电越来越受到国家有关方面的重视,必将得到进一步的快速发展。 2 国际燃气轮机发电技术

燃气轮机是从20世纪50年代开始逐渐登上发电工业舞台的,由于当时机组的单机容量小、热效率低而在电力系统中只能作为紧急备用电源和调峰机组。60年代加深了对电网中必须配备一定数量的燃气轮发电机组的认识,从安全和调峰的目的出发,燃气轮发电机组在电网中的比例达到8%~12%。从80年代以后由于燃气轮机的功率和热效率均得到很大程度的提高,特别是燃气—蒸汽联合循环机型成熟,再加上世界范围内天然气资源进一步开发,燃气轮机及其联合循环在世界电力系统中的地位发生了明显变化,它们不仅仅可以用作紧急备用电源和调峰负荷机组,还能带基本负荷和中间负荷。美国在1990~2000年期间新增长的发电容量为1.13亿kW,其中燃气轮机电站和蒸汽轮机电站的容量分别为44%,第一次出现了朗肯循环和布莱顿循环平分秋色的局面,在德国前者则占2/3左右,由此可见在世界范围内燃气轮机及其联合循环已成为火电发展的主要方向。 近几年来,世界燃气轮机工业取得相当的成就和飞速的发展,几家著名的公司GE、ABB、Siemens、西屋等均与航空发动机设计、研究、制造厂彼此联营,保证及时地把航空发动机领域内的先进技术用来武装重型燃气轮机,以确保技术的先进性。如压气机已采用“可控扩压”的概念进行设计,把单轴压气机的压缩比提高到了24~30的水平,透平叶片采用了航空机组的先进冷却结构和定向结晶制造工艺,使透平前的燃气温度提高到了1300℃的水平,由此明显地提高了机组的输出功率和热效率。如GE公司的9FA、Siemens的V94.3A等典型机组的燃机单循环功率为266MW,燃气初温为1270~1300℃,压缩比为16,

微型燃气轮机

微型燃气轮机 1.微型燃气轮机的结构: 微型燃气轮机是热电联产发电机组,这种微型燃气轮机采用的几项关键技术如下: (1)空气轴承。空气轴承支撑着系统中唯一的转动轴。它不需要任何润滑,从而节约了维修成本,避免了由润滑不当产生的过热问题,提高了系统可靠性。它可使微型燃气轮机以最大输出功率每天24h全年连续运行。 (2)燃烧系统技术。已取得专利的燃烧系统设计使其成为最清洁的化石燃料燃烧系统,不需进行燃烧后的污染控制。 (3)数字式电能控制器。将电力电子技术与高级数字控制相结合实现了多种功能,如调节发电机发电功率、实现多个燃气轮机成组控制、调节不同相之间的功率平衡、允许远程调试和调度、快速削减出力、切换并网运行模式和独立运行模式。数字式电能控制监视器可监视多达200个变量,它可控制发电机转速、燃烧温度、燃料流动速度等变量,所有操作可在一套界面友好的软件系统上进行。 2. 微型燃气轮机的优点: (1)环保。微型燃气轮机的废气排放少,使用天然气或丙烷燃料满负荷运行时,排放的体积分数NOx小于9×10-6;使用柴油或煤油燃料满负荷运行时,排放的体积分数NOx小于35×10-6;采用油井气做测试,排放的体积分数NOx小于1×10-6。其他采用天然气作为燃料的往复式发电机产生的NOx比微型燃气轮机多10~100倍,柴油发电机产生的NOx是微型燃气轮机的数百倍。 (2)维护少。微型燃气轮机采用独特的空气轴承技术,系统内部不需要任何润滑,节省了日常维护。每年的计划检修仅是在全年满负荷连续运行后更换空气过滤网。 (3)效率高。微型燃气轮机发电效率可达30%,联合发电和供热后整个系统能源利用率超过70%。 (4)运行灵活。微型燃气轮机可并联在电网上运行,也可独立运行,并可在两种模式间自动切换运行。由软件系统控制两种运行模式之间的自动切换。 (5)适用于多种燃料。微型燃气轮机适用于多种气体燃料和多种液体燃料,包括天然气、丙烷、油井气、煤层气、沼气、汽油、柴油、煤油、酒精等。 (6)系统配置灵活。可根据实际需要灵活配置微型燃气轮机的数量,并能够进行多单元成组控制,其中一台检修时不影响整个系统的运行。 (7)安全可靠。微型燃气轮机是同类型产品中符合美国保险商实验所严格标准UL2000的唯一产品,它同时符合IEEE519、NFPA规范、ANSI C84.1和其他规范,保证了与电网互联的安全性。 3. 微型燃气轮机的技术指标 目前,我国许多地区高峰时段商业用电价接近1元/kWh,虽然微型燃气轮机单位kW造价较高,但由于其安装和维护费用极低,发电成本又远低于高峰时段电价,因此对小型工商业用户具有极大的吸引力。风力发电和太阳能发电受地理位置和天然条件的限制,不能在居民居住区建设;太阳能光伏电池发电的能源转换效率还很低;蓄电池储能和燃料电池的成本还很高。微型燃气轮机是目前唯一已商业化运行的分散式发电装置,它可在居民居住区安装运行,靠近用户发电或与电网并联运行,这将会极大提高对用户的供电可靠性。可以预计,在电力市场蓬勃发展的今天,微型燃气轮机将会获得迅速发展。

中国引进舰用燃气轮机的失败经历

中國引進艦用燃氣輪機的失敗經歷 2007年,中國艦船燃氣輪機研製帶頭人之一、中國工程院院士聞雪友教授接受了採訪,在訪問中說了這麼一段話:“(WP-8改燃氣輪機)樣機研製成功,準備轉入裝備生產時,有意思的事情發生了。向來受限不能向中國出口艦船燃氣輪機的某海軍大國著名公司主動表示,可賣給中國某型船用燃氣輪機。”其實,這裏面的某海軍大國,就是一度成為全球海上霸主的老牌海軍強國——英國;某著名公司,就是大名鼎鼎的羅爾斯羅伊斯公司;而某型船用燃氣輪機,就是當時英國海軍最主要的艦船動力之一——著名的“奧林普斯”艦船燃氣輪機。 中西方蜜月期的收穫 人民海軍草創之初,裝備多為起義或繳獲之國民黨海軍艦艇,後通過香港等管道陸續購進部分英、美作為二戰剩餘物資出售的老舊艦艇。這些艦艇裏,除其中部分美制登陸艦艇尚屬較為先進、堪用之外,其餘以老、舊、殘、小居多,甚至有用民船加裝火炮充數者。建國以後,由於中國受到以美國為首的西方國家的聯合封鎖,急需壯大海軍力量。在蘇聯的幫助下,我國不但通過購入部分急用艦艇(例如驅逐艦)初步充實了海軍規模,而且通過兩次較大規模的技術引進,在國內建立了較為完善的艦艇研製體系,中、小型艦艇的裝備基本上保證了立足於國內生產。但由於本身基礎薄弱,再加上“大躍進”等活動的不良影響,在兩國關係惡化、無法再從蘇聯獲得進一步的技術交流之後,中國的艦船科研水準便流於停滯了。 1972年,尼克森閃電訪華、確定了北約“聯華抗蘇”的行動基調。隨後,中國跟美、英、法、德等北約主要科技大國開始了頻繁的接觸、交流,意圖引進部分國內暫時無法解決的先進技術、裝備,加速追趕先進發達國家的步伐。而為了在一定程度上加強中國的國防和科技實力,從而增加與蘇聯對抗的籌碼,這些國家也在不威脅北約利益的前提下,大力推動此類交流活動,同時期望能夠在中國的現代化進程中分一杯羹。這一點對於英、法、德等與中國沒有直接的地緣政治聯繫的國家來說,可能是其主要目的之一。僅在動力裝置現代化方面,到了1980年代初,中國就已經從英國引進了中等推力渦輪風扇發動機技術,從法國引進了艦船柴油機技術,從西德引進了艦船、車用柴油機技術,如此等等,不一而足。通過這些技術的引進、吸收,中國的動力裝置技術得到了長足進步,從仿造蘇聯的四五十年代水準一舉躍進到了西歐先進工業國家的六七十年代水準。 西方艦船燃氣輪機的發展 西歐國家是燃氣輪機動力裝置實用化的先行者,最早的實用案例可以追溯到1940年,當時瑞士試製了燃氣輪機動力的鐵道機車。在二戰中的大西洋戰區,德軍潛艇一度嚴重威脅盟軍的海上生命線,盟軍為此付出了高昂的代價;在太平洋戰區,美軍潛艇掐斷了日本的海上生命線,為日本帝國主義的覆滅立下了不可磨滅的功勞。由此,潛艇被當時各國海軍視為最嚴重的海上威脅之一。而戰後蘇聯海軍在獲得了德國先進潛艇技術的基礎上,也開始大量建造

燃气轮机的技术发展趋势

燃气轮机的技术发展趋势

燃气轮机的技术发展趋势 近年来,燃气轮机的技术发展非常迅速,性能日益完善,大型燃气轮机联合循环电厂的功率等级已与汽轮机电厂相当,发电效率普遍超过了50%,最高已达58%,远远超过汽轮机电厂的效率,加之还有初始投资省、占地面积少、耗水少、环境污染少、运行维护方便等优点,使燃气轮机联合循环电厂在世界范围内获得了迅速的推广应用,因而,各主要燃气轮机制造厂都已成套供应燃气一蒸汽联合循环发电机组,安装和使用都很方便。据统计,目前全世界新增发电设备中,燃气轮机及联合循环发电机组约占40%,已与汽轮发电机组平分秋色,而美、日等发达国家,燃气轮机已经超过了汽轮机。据美国电力研究所的专题报告预测,美国1993一2001年内新增发电设备的2/3将是燃气轮机发电机组,到2015年,世界新增发电设备中燃气轮发电机组约占63%。美好的应用前景进一步刺激了燃气轮机的研究和发展,下面将对近期的研究和发展情况分别进行介绍。 由于工业化国家对环境保护的要求越来越严格,促使燃气轮机制造厂将较多的精力放在努力减少排气污染方面,其经费已占燃气轮机研究经费的最大份朽。燃气轮机一般燃用天然气或蒸馏油等清洁燃料,其含硫和含尘量极低,因而,排气中烟尘和502含量极低。所以燃气轮机考虑的排气污染物主要有未燃烧的碳氢化合物(UHC)、一氧化碳(CO)和氮氧化物(NOx)3种,由于燃烧技术的成熟和燃烧室结构的完善,目前先进燃气轮机的燃烧效率几近100%,排气中的UHC和CO极其微少,可以满足工业化国家严格的环保要求。但是,由于燃气轮机燃烧室中的火焰温度比较高,在高温下产生了一定数量的NO、,一般可达200又10一6左右,超过了许多工业化国家的环保规定。因此,减少燃气轮机排气污染的努力,近年来主要是集中在减少NO二产生方面。向燃烧室的燃烧区按照一定比例注入水或蒸汽,可以降低最高燃烧温度,有效地抑制Ox的产生量,这是目前一种比较成熟而能有效减少燃气轮机NO、排放的方法,已获得了较广泛的应用。一般注水与燃料之比约为0.95左右。在燃气轮机的排气通道应用选择催化还原S(CR)技术,即布置催化床并注入氨气,使NOx还原成NZ和水蒸气,这也可有效地减少NOx的排放。但上述两种方法成本比较高,而且对环境又会造成另外的有害影响,如氨气泄漏等,所以,目前的研究重点已转向干式低NO、(DLN)燃烧室的研制,即不向燃烧室中注入水或蒸汽,而通过优化燃烧室结构和合理组织燃烧来减少NOx的产生。目前,GE、西屋、ABB、西门子、索拉等主要燃气轮机制造厂都已研制成各自的DLN燃烧室,具体措施大致有以下几种: 1预混稀相燃烧(或称预混贫燃料燃烧) 该方法通过燃料与空气预先混合成稀相,再组织燃烧,使燃烧更为完全,而且可降低燃烧室内的最高燃烧温度。例如,在大多数范围内,可使火焰温度低于1400’C。因而有效地抑制了NO二的产生量。该方法的缺点是运行范围比较窄,低工况时容易熄火。目前,大多数DLN燃烧室都是应用这种方法,但都采取了一些稳定燃烧的措施,如应用值班喷嘴、控制燃料的分配等。例如,爱利松公司的501型燃气轮机采用预混锥使燃料与空气产生稀相预混,再配合旋流器、值班喷嘴和空气掺混系统来控制燃料/空气比和火焰分布,实现了低NOx排放,同时在低负荷时无熄火和不稳定现象。索拉公司1993年以后应用该方法,使其燃气轮机在50%一100%负荷范围内NOx产生量少于42x10一6。西门子公司应用该技术,使其燃气轮机的NOx排放量低达9火10一6CO排放量少于5火106,而成本仅增加不到10%。GE公司应用该技术,计划要使NOx排放量降低至9又10一6。EGT公司在其

燃气轮机原理与结构解析

图说燃气涡轮发动机的原理与结构 曹连芃 摘要:文章介绍燃气涡轮发动机的工作原理;对燃气轮机的主要部件轴流式压气机、环管形燃烧室、轴流式涡轮分别进行了原理与结构介绍;对燃气涡轮发动机的整体结构也进行了介绍。 关键字:燃气涡轮发动机,燃气轮机,轴流式压气机,燃烧室,轴流式涡轮 1. 燃气涡轮发动机的工作原理 燃气涡轮机发动机(燃气轮机)的原理与中国的走马灯相同,据传走马灯在唐宋时期甚是流行。走马灯的上方有一个叶轮,就像风车一样,当灯点燃时,灯内空气被加热,热气流上升推动灯上面的叶轮旋转,带动下面的小马一同旋转。燃气轮机是靠燃烧室产生的高压高速气体推动燃气叶轮旋转,见图1。 图1-走马灯与燃气涡轮 燃气轮机属热机,空气是工作介质,空气中的氧气是助燃剂,燃料燃烧使空气膨胀做功,也就是燃料的化学能转变成机械能。图2是一台燃气轮机原理模型剖面,通过它来了解燃气轮机的工作原理。 从外观看燃气轮机模型:整个外壳是个大气缸,在前端是空气进入口;在中部有燃料入口,在后端是排气口(燃气出口)。 燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮三大部分组成,左边部分是压气机,有进气口,左边四排叶片构成压气机的四个叶轮,把进入的空气压缩为高压空气;中间部分是燃烧器段(燃烧室),内有燃烧器,把燃料与空气混合进行燃烧;右边是涡轮(透平),是空气膨胀做功的部件;右侧是燃气排出口。

图2-模型燃气轮机结构 在图3中表示了燃气轮机的简单工作过程:空气从空气入口进入燃气轮机,高速旋转的压气机把空气压缩为高压空气,其流向见浅蓝色箭头线;燃料在燃烧室燃烧,产生高温高压空气;高温高压空气膨胀推动涡轮旋转做功;做功后的气体从排气口排出,其流向见红色箭头线。 图3-燃气轮机工作过程 在燃气轮机中压气机是由涡轮带动旋转,压气机的叶轮与涡轮安装在同一根主轴上组成燃气轮机转子,如图4所示。

联合循环燃气轮机发电厂简介.doc

联合循环燃气轮机发电厂简介 联合循环发电:燃气轮机及发电机与余热锅炉、蒸汽轮机共同组 成的循环系统,它将燃气轮机排出的功后高温乏烟气通过余热锅炉回 收转换为蒸汽,再将蒸汽注入蒸汽轮机发电。形式有燃气轮机、蒸汽 轮机同轴推动一台发电机的单轴联合循环,也有燃气轮机、蒸汽轮机 各自推动各自发电机的多轴联合循环。胜利油田埕岛电厂采用的是美 国 GE公司的 MS9001E燃气轮机 , 其热效率为 33.79%,余热锅炉为杭 州锅炉厂的立式强制循环余热锅炉。 1.燃气轮机 1.1 简介 燃气轮机是一种以空气及燃气为工质的旋转式热力发动机,它的 结构与飞机喷气式发动机一致,也类似蒸汽轮机。主要结构有三部 分: 1、燃气轮机(透平或动力涡轮); 2、压气机(空气压缩机); 3、燃烧室。其工作原理为:叶轮式压缩机从外部吸收空气,压缩后送 入燃烧室,同时燃料(气体或液体燃料)也喷入燃烧室与高温压缩空 气混合,在定压下进行燃烧。生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀 作工,推动动力叶片高速旋转,乏气排入大气中或再加利用。 燃气轮机具有效率高、功率大、体积小、投资省、运行成本低和 寿命周期较长等优点。主要用于发电、交通和工业动力。燃气轮机分 为轻型燃气轮机和重型燃气轮机,轻型燃气轮机为航空发动机的转 型,其优势在于装机快、体积小、启动快、简单循环效率高,主要用 于电力调峰、船舶动力。重型燃气轮机为工业型燃机,其优势为运行 可靠、排烟温度高、联合循环组合效率高,主要用于联合循环发电、 热电联产。埕岛电厂采用的MS9001E燃气轮发电机组是50Hz,3000 转/ 分,直接传动的发电机。该型燃气轮发电机组最早于1987 年投入商

微型燃气轮机的结构优点以及前景

微型燃汽轮机 1 引言 功率为数百kW及以下的燃气轮机在20世纪40~60年代就已存在,但由于其发电效率低,长期以来,几十至几百kW的小型发电机组市场一直由内燃发电机组占领。随着高效回热器由军用转入民用,微型燃气轮机的发电效率显著提高。20世纪90年代初出现了无齿轮箱的燃气轮机,有些机组采用了不需要润滑系统的空气轴承,使得微型燃气轮机的结构更为紧凑,几乎不用维护。微型燃气轮机体积小、重量轻、适用燃料范围广,可靠近用户安装,显著提高了对用户供电的可靠性。这些优点使得微型燃气轮机在分散式供电、热电联供和车辆混合动力方面的应用得到了迅猛发展[1]。1998年末美国Capstone公司推出了第1台商业化的微型燃气轮机装置,现已有多家公司研制和生产这种微型燃气轮机,主要集中在北美、瑞典和英国。美国AlliedSignal公司估计,到2010年微型燃气轮机发电机组的销售额将达到100~150亿USD[2]。 微型燃气轮机在生产电力的同时回收利用了燃烧后的废热,可同时提供供暖服务和空调制冷服务,这种热电联产的发电形式越来越受欢迎[3]。我国也在医院、机场、楼宇等领域有应用的实例,并取得了较好的效果[4]。 在充满竞争的电力零售市场上,微型燃气轮机凭藉其综合发电成本低的优势必将在未来的电力系统中占据越来越重要的位置[5]。2003年冬季,英国Powergen 公司将开展微型电站装入居民家庭厨房的试点工程。这种燃气电站可取暖、供热水、发电,试验表明一年可节约能源费用249.6USD。微型燃气轮机在未来的电力系统中必将同大型集中式电站一起为用户提供清洁便宜的能源服务。 2 微型燃气轮机的结构 微型燃气轮机是热电联产发电机组,美国Capstone公司生产的微型燃气轮机的工作原理如图1所示,内部结构剖面如图2所示。 Capstone公司生产的微型燃气轮机的主要组成部分包括:发电机、离心式压缩机、透平、回热器、燃烧室、空气轴承、数字式电能控制器(将高频电能转换

燃气轮机简介.

我国工业燃气轮机的现状与前景 一、世界工业燃气轮机的发展趋势 1、世界工业燃气轮机的发展途径与现状 自1939年瑞士BBC公司制成世界上第一台工业燃气轮机以来,经过60多年的发展,燃气轮机已在发电、管线动力、舰船动力、坦克和机车动力等领域获得了广泛应用。 由于结构上的分野,工业燃气轮机分为重型燃气轮机和轻型燃气轮机(包括航机改型燃气轮机)。 80年代以后,燃气轮机及其联合循环技术日臻成熟。由于其热效率高、污染低、工程总投资低、建设周期短、占地和用水量少、启停灵活、自动化程度高等优点,逐步成为继汽轮机后的主要动力装置。为此,美国、欧洲、日本等国政府制定了扶持燃气轮机产业的政策和发展计划,投入大量研究资金,使燃气轮机技术得到了更快的发展。80年代末到90年代中期,重型燃气轮机普遍采用了航空发动机的先进技术,发展了一批大功率高效率的燃气轮机,既具有重型燃气轮机的单轴结构、寿命长等特点,又具有航机的高燃气初温、高压比、高效率的特点,透平进口温度达1300℃以上,简单循环发电效率达36%~38%,单机功率达200MW以上。 90年代后期,大型燃气轮机开始应用蒸汽冷却技术,使燃气初温和循环效率进一步提高,单机功率进一步增大。透平进口温度达1400℃以上,简单循环发电效率达37%~39.5%,单机功率达300MW以上。 这些大功率高效率的燃气轮机,主要用来组成高效率的燃气-蒸汽联合循环发电机组,由一台燃气轮机组成的联合循环最大功率等级接近500MW,供电效率已达55%~58%,最高60%,远高于超临界汽轮发电机组的效率(约40%~45%)。而且,其初始投资、占地面积和耗水量等都比同功率等级的汽轮机电厂少得多,已经成为烧天然气和石油制品的电厂的主要选择方案。由于世界天然气供应充足,价格低廉,所以,最近几年世界上新增加的发电机组中,燃气轮机及其联合循环机组在美国和西欧已占大多数,亚洲平均也已达36%,世界市场上已出现了燃气轮机供不应求的局面。 目前,美、英、俄等国的水面舰艇已基本上实现了燃气轮机化,现代化的坦克应用燃气轮机为动力,输气输油管线增压和海上采油平台动力也普遍应用了轻型燃气轮机。先进的轻型燃气轮机简单循环热效率达41.6%。采用间冷—回热循 36

大型天然气联合循环电厂燃气轮机选择探讨

大型天然气联合循环电厂燃气轮机选择探讨 发表时间:2018-01-10T10:17:36.613Z 来源:《电力设备》2017年第27期作者:黄杨[导读] 摘要:电能是我们生产生活的必备能源,目前我国发电主要以火力发电为主,虽然潮汐能、风能、太阳能等清洁能源已逐步应用到发电中,但这些能源极不稳定,产出的电能质量差,因此尚未得到普及。(中国电建集团湖北工程有限公司工程建设公司湖北武汉 430081)摘要:电能是我们生产生活的必备能源,目前我国发电主要以火力发电为主,虽然潮汐能、风能、太阳能等清洁能源已逐步应用到发电中,但这些能源极不稳定,产出的电能质量差,因此尚未得到普及。而天然气发电解决了这些问题,目前我国东部地区打算建造一批大型天然气联合循环电厂以缓解西电东输的压力,本文就大型天然气联合循环电厂燃气轮机的选择做出了探讨。 关键词:天然气;燃气机轮;机组选择燃气轮机直接影响电厂的热效率,决定电厂建成后的效益,因此,选择合适的燃气轮机至关重要。为降低大型天然气联合循环电厂的成本,本文调查了通用电气公司、西门子公司、阿尔斯通公司和日本三菱公司的燃气轮机组,将四家公司F型燃气轮机的技术性能及结构特性做了对比,以供电厂选择参考。 一、四大燃气机轮公司 1.1 通用电气公司通用电气公司是最早的几家燃气轮机制造商之一,目前已发展为行业之首,亚洲百分之五十的燃气轮机都来自通用电气公司。该公司的首批燃气轮机于上世纪七十年代末研发成功,该机组是七十五兆瓦、六十赫兹的7E型燃气机组。仅两年后,该公司又研发出了一百零五兆瓦、五十赫兹的9E型机组,为世界燃气轮机的研究发展奠定了基石。八十年代末,通用电气成功将E型机组发展成为F机组,也是目前发展最为成熟的燃气轮机组。 1.2 西门子公司德国西门子公司是世界电子电气工程领域的领先企业,一九九零年西门子公司开发了旗下首批燃气轮机组。四年后,启动了一百七十兆瓦、六十赫兹的V84.3A机组,并在随后的几年内以该机组为基础研发了二百六十五兆瓦、五十赫兹的V94.3A机组和同样为五十赫兹的六十七兆瓦V64.3A小型燃气轮机组。西门子公司虽不像通用电气公司专注于燃汽轮机,但该公司的燃汽轮机的热效率相对更高,是我国大型天然气联合循环电厂燃汽轮机的不错选择。 1.3 阿尔斯通公司阿尔斯通公司于一八八五年收购了ABB公司的汽轮机部门,次年研发出了一百六十兆瓦的GT13E燃气轮机组,这是当时世界上热效率最高的燃汽轮机组,热效率高达百分之三十五。随后在一九九六年推出的GT24和GT26燃汽轮机组,分别为六十赫兹、一百八十三兆瓦和五十赫兹、二百六十五兆瓦,热效率分别高达百分之三十八点五和三十八点三,依然为当时世界之最,阿尔斯通公司的燃气轮机组一直以热效率著称。 1.4 日本三菱公司日本三菱公司与美国西屋公司在二十世纪八十年代合作生产燃气轮机,并于一九九六年结束合作独自进行燃气轮机的开发。三菱公司发展最完善的燃气机组是701F机组,该机组是一款五十赫兹的大型燃气机组,由于其性能好、热效率高等特点得到世界广泛认可,至今仍被沿用。二、四家公司F型燃气轮机的技术性能我国大型天然气联合循环电厂燃气轮机的选择可以在这四家公司所产的燃气轮机中进行选择,经过从经济、热效率、性能、结构等角度的筛选后,以下四个型号的机组比较出众。他们分别是:PG8248FA、V96.3A、GT26以及701F,这四台机组无论从经济型还是实用性上都能满足我国大型天然气联合循环电厂的需求。下面我们从技术性能角度阐述一下选择这四台机组的原因,首先这四台机组均为五十赫兹三百九十兆瓦以上,在容量上满足我国大型天然气联合循环电厂的需要。其次,它们的水循环系统相对完善,一个电厂的效率除了热效率以外还要结合蒸汽循环的效率,这四台机组的排气温度都可达到五百八十四摄氏度,有效提高了蒸汽循环的效率,从而使整个联合循环的效率高达百分之五十八点三。综上所述,我国大型天然气联合循环电厂燃气轮机应从上述四种机组中选择,除了良好的性能外,这四种机组都已发展超过十年,经过多年运行的检测,这四台机组的安全性都能得到良好保证。 三、四家公司F型燃气轮机的结构特性 3.1 压气机的级数和压比经调查得知,PG8248FA、V96.3A、GT26以及701F的空压机级数分别为:18、15、22、17;压比分别为:15.4、16.9、30、17。从数据上看,阿尔斯通公司的GT26具有最高的空压机级数和压比,稳定性最高。 3.2 透平的级数和效率这四家燃气机组的透平级数分别为:3、4、5、4;燃气轮机效率分别为:百分之三十六点九、百分之三十八点七、百分之三十八点五、百分之三十八点二;燃气轮机结构分别是:简单、介于简单复杂之间、复杂、介于简单复杂之间。从数据上看,这四台机组的燃气轮机效率除通用电气公司只有百分之三十六点九之外其他三家公司都在百分之三十八左右,相差不大。但通用电气公司的机组结构简单,安装方便经济性比较好。 3.3压气机和透平转子整体结构的链接方式通用电气燃气轮机的转子链接方式为外围拉杆螺栓压紧,盘鼓间的摩擦力传扭,这种传扭方式的优点是拉杆可以承受精确的压缩预警力,但是对加工水平和装配能力要求很高。四门子的传扭方式为中心拉杆和端面齿传扭,这种传扭方式可靠性高,热对中性好。缺点是结构轻,加工成本高。阿尔斯通的GT26采用焊接转子,传扭可靠,不易出故障,但是比较笨重。三菱燃气机组压气机和透平转子整体结构的链接方式为除了外围拉杆螺栓,压气机增加径向销钉,透平层增加端面齿。优点是可靠性高,热对中性好。缺点是结构复杂,加工要求高。 四、结语

燃气轮机发电技术综述

Internal Combustion Engine &Parts 0引言 随着我国天然气资源的大规模开发及越来越严格的环保标准,我国陆续建成投产了多台燃气轮机发电机组,在满足电力需求的同时,创造了良好的社会效益和经济 效益。目前就世界范围而言, 燃气轮机发电已是电力结构中的重要组成部分,对推动经济和社会发展发挥着重要作用。 1燃气轮机装置的工作过程 燃气轮机是以连续流动的燃气为工质、 将燃料的化学能转变为转子机械能的内燃式动力机械, 是一种旋转式热力发动机。燃气轮机装置主要由压气机、 燃烧室、透平三大部件及控制系统、 辅助设备组成。压气机从外界大气环境吸入空气,并逐级压缩;压缩空气被送到燃烧室与喷入的 燃料混合燃烧,产生高温燃气;然后燃气进入透平膨胀做 功;透平排气可直接排到大气,对外界环境放热,也可通过换热设备放热以回收利用部分余热。工质顺序经过吸气压缩、燃烧加热、膨胀做功以及排气放热四个工作过程完成一个热力循环,进行能量转换。通常在燃气轮机中,压气机 是由燃气透平来带动的,它是透平的负载, 在简单循环中,透平的机械能有1/2到2/3左右用来带动压气机,其余的1/3左右的机械能用来驱动发电机。 2燃气轮机发电机组 用燃气轮机驱动发电机构成了燃气轮机发电机组。目前,应用最广泛、获得最高实用热效率的是燃气与蒸汽的联合循环。燃气轮机循环中,工质的平均吸热温度很高,燃气初温达到了1300℃-1500℃(表1),平均放热温度也较高,通常燃气轮机排气温度在500℃-600℃左右,因此单独 的燃气轮机发电机组的热效率难以达到较高值(表1)。蒸 汽轮机循环中,工质的平均放热温度达到了较低值,但工质的平均吸热温度不高,因此单独的蒸汽轮机发电机组的热效率也难以达到较高值。这两种单独的循环的热效率最 高40%多。若将燃气循环和蒸汽循环联合起来, 就成为了平均吸热温度很高而平均放热温度很低的热机, 其循环效率必定较高,最高热效率已达到60%以上(表2)。 如GE 公司基于空气冷却透平技术的9H 级燃气轮机联合循环效率约61%,西门子公司全内空冷H 级燃机联合循环效率也在60%以上。 燃气-蒸汽联合循环的方案有多种,本文介绍典型的联合循环发电型式。 2.1纯余热锅炉型联合循环发电机组这种联合循环中,燃气侧和蒸汽侧两循环的结合点是余热锅炉。燃气轮机的排气送入余热锅炉中去加热给水、 产生蒸汽,驱动汽轮机做功,这是以燃气轮机为主的联合循环方案。 余热锅炉内不加入燃料燃烧,因此,蒸汽参数及蒸汽轮机的容量取决于燃气透平的排气参数和流量,在通常燃气轮机排气参数下,得到的是中温中压的蒸汽, 通常汽轮机的容量约为燃气轮机容量的30%-50%。 这种联合循环效率高、技术成熟、 系统简单、造价低、启停速度快,应用最广。若在燃气透平的排气段设置旁通 烟囱, 汽轮机停机时燃气轮机可以单独运行;但燃气轮机停机时汽轮机不能单独工作。 2.2排汽补燃型联合循环发电机组排汽补燃型联合循环有两种方案:在余热锅炉前增加 烟道补燃器以及往余热锅炉中加入一定的燃料, 利用燃气中剩余的氧进行燃烧。由于补燃,锅炉蒸发量增加, 蒸汽参数提高,蒸汽轮机循环的出力和效率得到提高; 负荷变化时,可在较大的输出功率变化范围内, 燃气轮机工况不变,只改变补燃燃料,以改变汽轮机功率来改变联合循环的出力,机组的变工况性能得到改善,部分负荷下的效率较高; —————————————————————— —作者简介:杨巧云(1966-),女,湖南湘潭人, 武汉电力职业技术学院教授,硕士。 燃气轮机发电技术综述 杨巧云 (武汉电力职业技术学院, 武汉430079)摘要:介绍燃气轮机发电装置的的工作过程及典型型式,对几种主要的燃气-蒸汽联合循环发电装置进行分析比较,并将燃气轮 机发电机组与常规燃煤发电机组进行比较。 关键词:燃气轮机;燃气-蒸汽联合循环;发电 机组型号ISO 基本功率 (MW )燃气初温℃ 供电效率(%) PG9351FA MS9001G LM6000-PD M701G GT13E2V94.3A 255.628241.1334165.1265.9 132714301160142711001310 36.0 39.540.739.535.738.6 表1某些燃气轮机发电机组的主要技术参数(教材,清华) 表2某些联合循环发电机组的主要技术参数(教材,清华) 机组型号ISO 基本功率(MW ) 供电效率(%) S209FA KA13E2-2KA26-1S109H GUDIS.94.3MPCP2(M701F ) 786.9 480392.5480392.2799.6 57.1 52.956.360.057.457.3

微型燃气轮机技术及其发展前景

微型燃气轮机技术及其发展前景 摘要:随着分布式供能系统的应用与发展,微型燃气轮机制造水平也在不断提高。微型燃气轮机是一种新型环保的电力供应设备,具有安全可靠、能源转化率高、自动化程度高等多种优点,在分布式供能系统中应用,能显著提高对用户供 电的可靠性,已成为最具有商业竞争力的分布式电源之一。 关键词:微型燃气轮机; 发电机组;应用;发展 1 引言 微型燃气轮机(Microturbine或Micro-turbines)是一类新近发展起来的小型热力发电机,其单机功率范围为25~300kW。微型燃气轮机具有多台集成扩容、多燃料、低燃料消耗率、低噪音、低排放、低振动、低维修率、可遥控等一系列优点,可用于备用电站、热电联产、并网发电、尖峰负荷发电等,是提供清洁、可靠、 高质量、多用途、小型分布式发电及热电联供的最佳方式。 目前微型燃气轮机已经广泛应用在生物质能源领域、天然气能源领域以及野 外孤网发电等多个领域,且技术体系正逐步完善,可靠性比较高,而且符合国家 能源发展绿色环保的基本要求。微型燃气轮机通过余热烟气的回收利用,及其与 热水空调等系统的结合,实现了冷热电三联供,大大提升了能源利用效率,甚至 远远超过了一些结构更为复杂的大型能源设备。 2 微型燃气轮机的优点 微型燃气轮机与常规发电装置相比具有如下优点: (1)环保。微型燃气轮机的废气排放少,使用天然气或丙烷燃料满负荷运行时,排放的体积分数NOx小于9×10-6;使用柴油或煤油燃料满负荷运行时,排放的体 积分数NOx小于35×10-6;采用油井气做测试,排放的体积分数NOx小于1×10-6。其他采用天然气作为燃料的往复式发电机产生的NOx比微型燃气轮机多10~100倍,柴油发电机产生的NOx是微型燃气轮机的数百倍。 (2)维护少。微型燃气轮机采用独特的空气轴承技术,系统内部不需要任何润滑,节省了日常维护。每年的计划检修仅是在全年满负荷连续运行后更换空气过 滤网。 (3)效率高。微型燃气轮机发电效率可达30%,联合发电和供热后整个系统能 源利用率超过70%。 (4)运行灵活。微型燃气轮机可并联在电网上运行,也可独立运行,并可在两 种模式间自动切换运行。由软件系统控制两种运行模式之间的自动切换。 (5)适用于多种燃料。微型燃气轮机适用于多种气体燃料和多种液体燃料,包 括天然气、丙烷、油井气、煤层气、沼气、汽油、柴油、煤油、酒精等。 (6)系统配置灵活。可根据实际需要灵活配置微型燃气轮机的数量,并能够进 行多单元成组控制,其中一台检修时不影响整个系统的运行。 (7)安全可靠。微型燃气轮机是同类型产品中符合美国保险商实验所(Underwriters' Laboratories,UL)严格标准UL2000的唯一产品,它同时符合 IEEE519、NFPA规范、ANSI C84.1和其他规范,保证了与电网互联的安全性。 3 微型燃气轮机的应用前景 微型燃气轮机的主要应用场所包括:①废气燃烧地点;②需要提供临时和长 期电力的地点;③在经常停电的地点提高电能质量和供电可靠性;④电费较高的地点;⑤无电网的偏僻地点;⑥可用峰荷电价向电力交易中心卖电;⑦要求联合提供 热电冷服务的地点。下面以垃圾掩埋场和偏僻农村的应用进行分析:

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