现代舰船燃气轮机发展趋势分析_闻雪友
第32卷第8期
2010年8月舰 船 科 学 技 术
SH I P SC I E NCE AND TEC HNOLOGY Vo.l 32,No .8
Aug .,2010
现代舰船燃气轮机发展趋势分析
闻雪友,肖东明
(中国船舶重工集团公司第七 三研究所,黑龙江哈尔滨150036)
摘 要: 通过对近20年世界船用燃气轮机发展趋势的分析,指出目前船用燃气轮机的发展重点是大功率船
用燃气轮机,其次是小档功率船用燃气轮机,机型也更集中。功率29.4~36.75MW 、效率39%~42%的船用燃气轮机是未来10~15年各国海军采用的主要机型。新研机型与综合电力推进系统相结合的特点非常明显。
关键词: 燃气轮机;船用燃气轮机中图分类号: U674.924
文献标识码: A
文章编号: 1672-7649(2010)08-0003-04
DO I :10 3404/j issn 1672-7649 2010 08 001
Analysis ofm odern marine gas t urbine develop m ent tendency
WEN Xue -you ,X I A O Dong -m ing
(The 703Research I nstitute o f CS I C ,H ar b i n 150036,Ch i n a)
Abst ract : Base on the analysis of m oder n m ari n e gas tur b i n e develop m ent tendency in the last 20
years ,itw as po i n ted out that the m ost i m portant developm ent center is h i g h -po w er m arine gas t u rb i n es ,the nex t is lo w-po w er m ari n e gas turbi n es ,and the m odels are li m ited.It is generally recogn ized thatm arine gas turbines o f po w er bet w een 29.4~36.75MW and efficiency bet w een 39%~42%is the m ai n m odel for the nav ies o f various countries i n the fort h co m i n g 10~15years .The feature of t h e ne w deve l o ped m odel i n tegrate w it h I EP is obv i o us .
K ey w ords : gas turbine ;m ari n e gas turb i n e
收稿日期:2010-04-20
作者简介:闻雪友(1940-),男,中国工程院院士。
0 引 言
目前,船用燃气轮机已广泛用于各类水面舰艇及民用船舶,船用燃气轮机功率密度高、机动性好等一
系列优点在实际应用中已形成共识。本文对近20年世界舰船燃气轮机的发展状况进行分析,旨在对我国船用燃气轮机的发展有所借鉴。
1 船用燃气轮机概况
1 1 船用燃气轮机的应用分布概况
图1给出了船用燃气轮机的应用分类情况。按装船燃气轮机的台数统计,前4位依次为驱逐舰、护卫舰、气垫船、巡洋舰;按装船的燃气轮机总功率计依次为护卫舰、驱逐舰、气垫船、快艇;按装燃气轮机的
船数计依次为护卫舰、驱逐舰、气垫船、快艇。从统计结果可见,驱护舰、气垫船、高速艇是船用燃气轮机的主要市场。船用燃气轮机在军船上的应用数量明显大于民船应用数量。
图1 船用燃气轮机推进市场的应用分布情况F ig 1 M arket d i str i bution o f the m ar i ne g as turb i ne propu l s i on
舰 船 科 学 技 术第32卷
1 2 新研船用燃气轮机分析
图2给出近20年来新研的船用燃气轮机的情况,图中在纵向分为了小档(1.47~11.025MW )、中
档(12.495~22.05MW )和大档(23.52MW 以上)功率船用燃气轮机,在横向分成了前10年(1991-2000年)和后10年(2001-2010年)。从图中可看出:1)近20年来,新研大功率船用燃气轮机6型,中档功率船用燃气轮机3型,小档功率船用燃气轮机9型。可明显看出,世界范围内船用燃气轮机的发展重点是一大(大功率船用燃气轮机)一小(小功率船用燃气轮机),尤其是大功率船用燃气轮机,也反映出实际的市场需求和技术需求。
2)对比前10年和近10年,新研大功率船用燃气轮机由4型降为2型,中档功率船用燃气轮机由3型降为0,小档功率船用燃气轮机由7型降为2型,也印证了前述的发展重点是一大一小的观点,同时也反映出世界范围内所使用的燃气轮机的机型更集中的特点,更便于运行、维护、保养和降低全寿命成本。
3)上述特征在一定程度上也与现代舰船采用CODE AG /CODEOG 、COGEOG /COGE AG 和综合电力推进系统(I E P)
的趋势有关。
图2 1991~2010年新研船用燃气轮机一览图F i g 2 T he deve l op m ent o f t he ma ri ne gas t urbine
bet w een 1991~2010
1 3 大功率船用燃气轮机性能发展趋势
表1列出了现代大功率船用燃气轮机的主要性能(本文中所表述的船用燃气轮机性能均是大气温度15 ,不计进排气损失条件下的值),图3给出了功率、效率的变化趋势。很明显,单机功率有逐渐增大的趋势,目前最大功率为352.8MW 。热效率也正稳步提高,简单循环船用燃气轮机已达40%,复杂循
环船用燃气轮机已达42%,相应地最高压比达24,高
压涡轮动叶入口最高温度达1240 。需指出,表1中所列L M 6000PC 的功率、效率均很高,但据了解迄今尚无军方用户订货。可以预期,功率29.4~36.75MW,效率39%~42%的大功率船用燃气轮机将是未来10~15年内海军舰艇采用的主力机型。
表1 大功率船用燃气轮机研发情况表(1991~2010年)T ab .1 G eneral s i tuati on of the dev elopment o f h i gh -pow er
m ar i ne gas t urbi nes (1991~2010)
型号UGT-25000L M
6000PC W R -21L M
2500+M T-30L M
2500+G4样机投入运行的年份199319971997199820012005ISO 条件下最大出力/MW 28.8942.1424.8829.7735.4834.82热效率
0 3740 4210 4210 3910 3980 393耗油率/(kg k W -1 h -1)0 2210 2000 2000 2150 2120 214压比2128 516 222 22424空气流量/(kg s -1)87 6
123 9
73 185 8116 792 9制造公司
Zorya -M ashprok et
GE
R .R
GE
R .R
GE
图3 大功率船用燃气轮机功率、效率的变化趋势F i g 3 T endency of t he change i n powe r output and
e fficiency o
f h i gh -power m ari ne gas turb i nes
2 新机型技术特点分析
2 1 LM 2500+/L M 2500+G 4
L M 2500船用燃气轮机是美国GE 公司发展得最为成功的一型船用燃气轮机,从1969年问世时,功率为16.54MW,效率为36%,经40年的发展成为功率34.82MW,效率达39 3%的新机型,形成L M 2500/L M 2500+/L M 2500+G4的系列(图4)。L M 2500成为国际舰船燃气轮机市场中销售最持续旺盛的发动机。
L M 2500船用燃气轮机从航空发动机TF39/CF6派生而来(见图5),保留了原航空发动机的核心机,
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第8期闻雪友,等:
现代舰船燃气轮机发展趋势分析
图4 L M 2500船用燃气轮机的发展历程
F ig 4 The deve l op m en t of t he LM 2500m ar i ne g as turb i
ne
图5 LM 2500燃气轮机纵剖图F i g 5 T he sche m atic dra w i ngs o f LM 2500
去除了低压风扇,将驱动低压风扇的原低压涡轮改为动力涡轮,这种改动方式最大程度地继承了该航机系
列已积累的上千万运行小时的可靠性,使L M 2500船用燃气轮机在较短时间内就建立起良好的信誉。其后又在压气机前加零级,高压涡轮采用新材料和新的冷却结构,重新设计动力涡轮的叶型使其发展为性能更好的L M 2500+(见图6)
。
图6 LM 2500+燃气轮机纵剖图
F i g 6 T he sche m a tic draw ings of L M 2500+
此后,在L M 2500+的基础上又通过对高压压气机、高压涡轮和动力涡轮的部分叶型及材料作了调整,增加了通流能力,能承受更高的温度,使总体性能
又上了一个新台阶。
L M 2500系列的发展模式堪称经典。2 2 WR -21/M T 30
这是英国罗耳斯 罗依斯公司(R.R )新研的2
型各有特色的船用燃气轮机。
WR-21间冷回热循环燃气轮机(图7)的特点是:采用间冷提高功率,采用回热和动力涡轮首级可调导
叶提高效率,不仅额定工况具有高效率(42%),而且在1/3额定负荷下仍有接近额定值的效率,特别适合舰船的要求。现装于英国45型驱逐舰和 伊丽莎白女皇 新航母的综合电力推进系统中。
图7 W R -21燃气轮机装置纵剖图F i g 7 T he schema ti c dra w i ng s ofW R -21
在WR-21研制过程中曾得到众多国家海军的追捧,纷纷表示了采购意向。值得注意的是当WR-21
正式面世时并没有得到预期的热烈响应。
MT30与采用复杂循环的W R -21不同,是简单循
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舰 船 科 学 技 术第32卷
环(见图8)。其基本设计是从Tren t 800航空发动机缩小而来,有1个8级可变几何的低压压气机,高压压气机为6级,动力涡轮4级,功率35.48MW,效率40%。它已装备美国海军的濒海战斗舰,也以发电模块方式与WR-21共同构成英国新航母的综合电力推
进系统。
图8 M T 30船用燃气轮机F ig 8 The M T30m ar i ne g as t urb i ne
50多年前,英国MV 公司设计了有3个压气机、2个间冷器、1个回热器、1个燃烧室、3个涡轮的船用燃气轮机RM 60,装于 灰鹅 号炮艇,实现了改善低工况性能的目标。由于结构过于复杂,4年后当设计性能相当简单的循环 海神 发动机在 勇敢 级快艇上成功运行后,R M 60不再受到青睐。
事物是螺旋上升的,现在R.R 公司的W R -21和M T302型发动机的同时应用又提供了一个极好的观察机会。2 3 L M 6000PC
前已提及,L M 6000PC 目前并未在军船上应用,但在民船,例如近海钻井驳船上有应用。该机的示意图见图9,是双转子套轴燃气轮机,它的独特之处在于低压转子直接驱动,没有动力涡轮。低压压气机5级,压比2 4,高压压气机14级,压比12 1,总压比30。高压涡轮2级驱动高压转子,低压涡轮5级驱动低压压气机和负荷,负荷可加在低压转子的冷端或热端。在这样的线图下为扩大稳定运行范围在压气机上采用了3项可变几何措施:进口可调导叶、高低压压气机间有可调旁通阀、高压压气机前5级可调。每个系统单独控制,提供了发动机控制的灵活性,使能在运行范围内免于失速。应该指出,由于低压涡轮与低压压气机和负荷直接相联,因此,运行中当低压转子转速为0时的扭矩将会急升。2 4 RR 4500
R .R 公司发展4.41MW 的RR4500是专为美国
图9 LM 6000PC 燃气轮机示意图F ig 9 T he chema ti c draw i ng o f LM 6000PC
海军DDX 计划综合电力系统中的船用发电机组,为此与MT30燃气轮机发电模块一起在美国费城海军试验基地进行了综合电力推进的运行试验。RR4500基本上是3.89MW 的A llison 501(用于
DDG51的船用发电装置)的技术升级版,是1个单轴、高压比的燃气轮机,功率4.43MW,效率32 2%。
3 适应综合电力推进的燃气轮机试验装置
为了研发和进行耐久试验,使燃气轮机试验装置既可用于发电模式运行又可用于机械驱动模式运行,国外新建了试验站(图10)。试验站有3个特点:一是可以试验燃气轮机发电机组,包括发电机及控制系统,也可模拟机械驱动负荷(3次方规律)运行;二是用一系列的电阻负载组来消耗发电机所产生的能量;三是利用电阻负载组产生的热空气导入燃气轮机进气装置,使发动机能在接近规定的进口空气温度下运行,这点对验证试验尤为重要。
图10 MT 30燃气轮机试验站F i g 10 The M T30test bed
鉴于美国船级社(ABS)规定耐久试验在38 下
进行,试验中如果不采用进口空气加热试验装置,在环境温度低于38 时就提高功率设定值,以产生当量(相当于38 下)的涡轮热部件温度。
由于进行耐久性试验,在试验装置的控制系统中设置了1个自动负荷控制台,可以自动执行试验。
(下转第19页)
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第8期杜剑维,等:国外舰船动力装置技术发展现状及趋势
舰船综合电力系统由于其在水面舰艇和军辅船上使用有节约燃油、布置灵活、能提高有效载荷的装载量和降低各种物理信号等优点,在今后10~ 20年内必然会在水面舰艇和军辅船上较为广泛地应用。
2)核潜艇采用综合电力系统是大势所趋
2004年,美海军提出了针对新一代攻击型核潜艇的Tango Bravo计划,指出在未来核潜艇上采用全电力推进。其方案是采用1座压水堆,2台蒸汽轮机发电机组,2台环形永磁推进电机,2台轮缘推进器。
3)采用柴油机作为原动机
军辅船、海洋测量船等正在日益增多地采用以柴油机为主发电机组原动机的综合电力全电力推进系统,英海军和荷兰海军的军辅船就采用这种动力装置。在主要水面战舰上辅发电机组的原动机也可能采用柴油机。
5 结 语
综上所述,近年来柴油机、燃气轮机、传动装置和综合电力系统4个动力装置领域均出现了新技术与新的发展趋势,我国应针对这些关键技术与发展趋势展开相关研究,以提高动力装置性能,满足新时期海军需求。参考文献:
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(上接第6页)
4 结 语
通过对现代船用燃气轮机发展趋势的分析可见:
1)目前,船用燃气轮机的发展重点是一大(大功率船用燃气轮机)一小(小档功率船用燃气轮机),尤其是大功率燃气轮机,机型也更集中。
2)功率29.4~36.75MW,效率39%~42%的大功率船用燃气轮机将是未来10~15年内海军舰艇采用的主力机型。
3)L M2500系列燃气轮机40年来持续不断的改进、发展,无论在技术发展及市场应用方面均堪称经典。
4)尽管新研机型(WR-21,MT30,L M2500+, RR4500)各具特色,但均已与综合电力推进系统结下不解之缘。相应地出现了可用于发电模式及机械驱动模式的新试验装置。
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简析燃气轮机发电机组的现状及未来发展正式版
Through the reasonable organization of the production process, effective use of production resources to carry out production activities, to achieve the desired goal. 简析燃气轮机发电机组的现状及未来发展正式版
简析燃气轮机发电机组的现状及未来 发展正式版 下载提示：此安全管理资料适用于生产计划、生产组织以及生产控制环境中，通过合理组织生产过程，有效利用生产资源，经济合理地进行生产活动，以达到预期的生产目标和实现管理工作结果的把控。文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用。 火力发电的历史久远，为世界经济发展提供着充足的能源。但是，随着环境保护观念深入人心，世界资源日益紧缺，火力发电已经成为我国经济转型、产业结构调整的重点对象。作为新型发电模式，燃气轮机发电具备快速启停、高效率以及较小占地规模的有点，污染小。在我国工业实践中，受到制造技术的商业秘密制约，自主创造能力十分薄弱，进口是主要来源，并没有在全国推广开来。本文主要浅析燃气轮发电机组的当前发展情况，并展望未来趋势，希望引起工业领域人员的重
视。 1.燃气轮机及其发电机组现状浅析 1.1.燃气轮机浅析 作为旋转式动力机械，气体以连续流动的方式在燃气轮机中通过热能向机械能的转化，进而推动发电机组旋转。从世界范围来看，第一台燃气轮机由瑞士一家企业制造，时间为1939年。经数十年发展，机车与坦克动力、舰船动力、管线动力与发电等都有燃气轮机的身影。从结构上划分，轻型与重型燃气轮机为工业燃气轮机类型。当前，俄、英、美等发达国家已经将燃气轮机完全应用到了水面舰艇上。此外，海上采油、输油输气的管线加压装置也由轻型燃气轮机构成，实现了41.6%的热
燃气轮机发展现状分析报告前景预测
燃气轮机行业现状调研分析及市场前 景预测报告
一、基本介绍 近年，在中国能源发展“十三五”时期，着力推动能源生产利用方式变革，建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系，是能源发展改革的重大历史使命。在新一轮能源革命蓬勃兴起背景下，中国燃气轮机行业企业有所增长，企业投资热情高涨。燃气轮机广泛应用于发电、船舰和机车动力、管道增压等能源、国防、交通领域，是关系国家安全和国民经济发展的高技术核心装备，属于市场前景巨大的高技术产业。 燃气轮机技术水平是代表一个国家科技和工业整体实力的重要标志之一，被誉为动力机械装备领域“皇冠上的明珠”。正是基于燃气轮机在国防安全、能源安全和保持工业竞争能力领域的重大地位，发达国家高度重视燃气轮机的发展，世界燃气轮机技术及其产业发展迅速，目前重型燃气轮机已基本形成以GE、西门子、三菱、阿尔斯通等公司为主导，航空燃气轮机（包括工业轻型燃气轮机）以通用电气(GE)、普拉特·惠特尼(P&W)、罗尔斯·罗伊斯(R&R)等航空公司为主导的格局。 二、燃气轮机工作原理及特点 1、燃气轮机定义 燃气轮机是一种以连续流动的气体作为工质、把热能转换为机械功的旋转式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机，其典型结构如图1。 图1 燃气轮机典型结构
2、燃气轮机的工作原理 压气机从外部吸收空气，空气从燃气轮机进气口进入，通过压气机叶片将其压力升高，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燃烧受热后膨胀，进入透平区经过一级一级的叶片，推动动力叶片高速旋转，直至从出气口排出，成为废气，废气排入大气中或再加利用（如利用余热锅炉进行联合循环）。 叶片转动后带动轴也转动，轴带动负荷的机械转动，实现热能和机械能的转换。通常，将压气机、燃烧室、透平称为燃气轮机的三大核心部件。 3、燃气轮机特点 燃气轮机产品本身具有以下特点： 最大效率，最优效益。随着高温材料的不断进展，以及涡轮采用冷却叶片并不断提高冷却效果，透平前燃气的初温逐步提高，加之研制级数不断减少压缩比越来越高的压气机和各个部件效率的提高，使燃气轮机效率不断提高。 体积较小，使用便捷。燃气轮机动力部件设计构造衍生于涡轮增压器和辅助动力装置，结构简单、紧凑。与传统设备相比，燃气轮机设备规模、体积比传统的锅炉、蒸汽轮机小，占地面积小，便于移动。 减少燃煤，清洁环保。燃气轮机可以采用天然气、丙烷、油井气、煤层气、沼气、汽油、柴油、煤油、酒精等煤炭以外的燃料。而且燃气轮机通过在燃烧过程中控制NOx的生产，或在NOx 生成后排入余热锅炉时进行尾部烟气脱硝，达到超低的NOx排放效果，而且能够实现资源充分循环利用，真正达到零排放。 噪声最小，安全可靠。燃气轮机运行时产生的低频份量很低。而且可以通过采用数字式遥控的联网离网变换装置，弥补其它设备在安全稳定性方面的不足。 三、燃气轮机关键技术 从燃气轮机研发的角度来分析，当代燃气轮机主要关键技术难点如下： 1、燃气轮机基础技术方面 燃气轮机总体技术，高效高负荷压气机设计应用技术，高效稳定低污染燃烧室设计技术、高效流动、高效换热、高寿命透平设计技术，燃气轮机设计软件技术，燃气轮机现代控制理论与技术，燃气轮机振动、寿命与可靠性关键技术。 2、燃气轮机设计体系的规范、软件和数据库方面
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燃气轮机性能指标主要影响因素及提高性能途径研究 摘要: 本文以9e燃机为例，概括介绍了国内已经投产的燃气轮机的主要性能指标，并通过对不同设计和运行条件下技术性能指标的对比，分析对燃气轮机性能指标产生影响的主要影响因素，从而总结和简述了提高性能指标的主要途径。 关键词: 燃气轮机；性能指标；功率；热耗率；影响因素；abstract：illustrated by 9e gas turbine, the main technical performance parameters of gas turbine in china are described, and with the comparison of the technical parameters under different design and operation condition, an analysis on the main influencing factors is presented, so as to summarizethe major way to improve the performance parameters. keywords: gas turbine; performance parameter; power; heat rate; influencing factor 中图分类号：th138.23 文献标识码：a文章编号：2095-2104（2012） 1.引言 燃气轮机是从本世纪50年代开始逐渐登上发电工业舞台的。但是由于当时机组的单机容量较小，而热效率又比较低，因而在电力系统中只能作为紧急备用电源和调峰机组使用。 60年代时欧美的大电网曾发生过电网瞬时解列的大事故，这些事
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简析燃气轮机发电机组的现状及未来发展 火力发电的历史久远，为世界经济发展提供着充足的能源。但是，随着环境保护观念深入人心，世界资源日益紧缺，火力发电已经成为我国经济转型、产业结构调整的重点对象。作为新型发电模式，燃气轮机发电具备快速启停、高效率以及较小占地规模的有点，污染小。在我国工业实践中，受到制造技术的商业秘密制约，自主创造能力十分薄弱，进口是主要来源，并没有在全国推广开来。本文主要浅析燃气轮发电机组的当前发展情况，并展望未来趋势，希望引起工业领域人员的重视。1.燃气轮机及其发电机组现状浅析1.1.燃气轮机浅析作为旋转式动力机械，气体以连续流动的方式在燃气轮机中通过热能向机械能的转化，进而推动发电机组旋转。从世界范围来看，第一台燃气轮机由瑞士一家企业制造，时间为1939年。经数十年发展，机车与坦克动力、舰船动力、管线动力与发电等都有燃气轮机的身影。从结构上划分，轻型与重型燃气轮机为工业燃气轮机类型。当前，俄、英、美等发达国家已经将燃气轮机完全应用到了水面舰艇上。此外，海上采油、输油输气的管线加压装置也由轻型燃气轮机构成，实现了41.6%的热效率。高度垄断是重型燃气轮机制造领域的特点，重要的核心企业为ABB、西门子/西屋、GE、三菱等。轻型燃气轮机制造领域中主导企业为PW、R.R与GE，其他国家也不甘落后，正在紧锣密鼓的航机改型。上世纪五十年代末，国内开始制造重型燃气轮机。当时的上汽厂、南汽厂、哈汽厂身肩国家工业复兴的大任，在厂校结合形式下，自主研发出的燃气轮机位列世界领先，如3500hp机车用机组，1MW、3MW发电机组。近年来，随着我国工业化的不断升级，重型燃气轮机也在不断的改造升级。为实现利用冶金企业的高炉煤气，美国GE与南汽厂通过技术交流，立足于MS6001B，6B-L型燃气轮机研发成功，实现再利用高炉煤气的环保要求。从科研实力分析，国内研究所或高校储备着大量科研设施与科研人员，如哈尔滨工业大学、清华大学、国家电网热工研究院、中科院工程热物理研究所等，研究出的一批批优秀成果。当然，设备不够集中，先进性尚待提高，完善工作仍需继续。国内航空系统是轻型燃气轮机的集结地，在航空发动机领域，研究设计院、制造厂数量众多，职工数量上万。在上世纪70年代，邮电、石化、油田等企业都应用到了331厂、410厂研发的WZ-6G、
燃气轮机系统建模与性能分析
燃气轮机系统建模与性能分析 摘要：燃气轮机机组具有超强的北线性，人们掌握它的具体实施工作过程运行 规律是很难得。在我过电力工业中对它的应用又不断加强。为了更加透彻的解决 这个问题，本文将通过建立燃气轮机机组系统建模及模拟比较研究机组设计和运 行中存在的问题，从而分析它的性能。 关键词：燃气轮机；系统建模；性能 1模拟对象燃气轮机的物理模型 在标准IS0工况条件(15℃101.3kpa及相对湿度60%)下，压气机不断从大气中 吸入空气，进行压缩。高压空气离开压气机之后，直接被送入燃烧室，供入燃料 在基本定压条件下完成燃烧。燃烧不会完全均匀，造成在一次燃烧后局部会达到 极高的温度，但因燃烧室内留有足够的后续空间发生混合、燃烧、稀释及冷却等 复杂的物理化学过程，使得燃烧混合物在离开燃烧室进入透平时，高温燃气的温 度己经基本趋于平均。在透平内，燃气的高品位焙值(高温、高压势能)被转化为功。 1.1燃气轮机数值计算模型与方法 本文借助于 GateCycle软件平台，搭建好的燃气轮机部件模块实现燃气轮机以上物理模型的功能转化，进行燃气轮机的热力学性能分析计算的。在开始模拟燃 气轮机之前，首先对燃气轮杋部件模块数学模型及计算原理方法进行简单介绍。1.2压气机数值计算模型 式中，q1 、q2 、ql 分别为压气机进、出口处空气、压气机抽气冷却透平的 空气的质量流量； T1*、 p1* 分别为压气机进出口处空气的温度、压力； T2*、 p2* 分别为压气机出口处空气的温度、压力 ηc、πc分别为压气机绝热压缩效率，压气机压比 γa为空气的绝热指数；ρa为大气温度；?1为压气机进气压力损失系数 ιcs、ιc分别为等只压缩比功和实际压缩比功 i*2s、i*2、i*1分别为等只压缩过程中压气机出口处空气的比焓，实际压缩过程中压气机出日处空气的比烩和压气机进日处空气的比焓； 当压气机在非设计工况下工作时，一般计算方法是将压气机性能简单处理编制成 数表，通过插值公式求得计算压气机的参数，即在压气机性能曲线上引入多条与 喘振边界平行的趋势线，这样可以把压比，流量，效率均视为平行于喘振边界的 等趋势线和转速的函数。本文采用了同样的计算方法，在计算燃气轮机变工况性 能过程中引入无实际物理涵义的无量纲参变量CMV（compressor map variable），仅相当于引入的平行于压气机喘振边界的趋势线，压气机的质量流量、压力和效 率计算是通过上下游回馈的热力计算结果，插值寻找能够使得上下游热力参数 （压力，温度，输出功率，转速，流量）计算收敛的工作点，即压气机的变工况 工作点。 1.3燃烧室数值计算模型 其中 式中： α为过量空气系数： L0为燃料的理论空气量：
第一讲燃气轮机基本原理及9E燃机性能型号参数
第一讲：燃气轮机基本原理及9E燃机性能型号参数授课内容： 第一章：绪论 1）：燃气轮机发电装置的组成 2）：燃气轮机发展史 3）：我国燃气轮机工业慨况 4）：GE公司燃气轮机产品系列及其编号 第二章：燃气轮机热力学基础知识 1）：工质的状态参数 2）：理想气体状态方程 3）：功和热量 第三章：燃气轮机热力循环 1）：燃气轮机热力循环的主要技术指标 2）：燃气轮机理想简单循环 3）：燃气—蒸汽联合循环 第四章：9E燃机性能型号参数 1）：PG9171E型燃机型号简介 2）：PG9171E型燃机性能参数简介
第一章绪论 第一节燃气轮机发电装置的组成 燃气轮机是近几十年迅速发展起来的热能动力机械。现广泛应用的是按开式循环工作的燃气轮机。它不断地由外界吸入空气，经过压气机压缩，在燃烧室中通过与燃料混合燃烧加热，产生具有较高压力的高温燃气，再进入透平膨胀作功，并把废气排入大气。输出的机械功可作为驱动动力之用。因此，由压气机、燃烧室、透平再加上控制系统及基本的辅助设备，就组成了燃气轮机装置。如果用以驱动发电机供应电力，就成了燃气轮机发电装置。 (幻灯)
第二节 燃气轮机发展史 燃气轮机是继汽轮机和内燃机问世以后，吸取了二者之长而设计出来的，它
是内燃的，避免了汽轮机需要庞大锅炉的缺点;又是回转式的，免去了内燃机中将往复式运动转换成旋转运动而带来的结构复杂，磨损件多，运转不平稳等缺点。但由于燃气轮机对空气动力学和高温材料的要求超过其他动力机械，因此，发展燃气轮机并使之实用化，人们为之奋斗了很长时间。如果从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算起，经过了半个世纪的奋斗，到1939年，一台用于电站发电的燃气轮机(400OkW)才由瑞士BBC公司制成，正式投运。同时Heinkel工厂的第一台涡轮喷气式发动机试飞成功，这标志着燃气轮机发展成熟而进入了实用阶段·在此以后，燃气轮机的发展是很迅速的。由于燃气轮机本身固有的优点和其技术经济性能的不断提高，它的应用很快地扩展到了国民经济的很多部门· 首先在石油工业中，由于油田的开发和建设，用电量急剧增加·建造大功率烧煤电站不具备条件(没有煤炭，交通不便，水源紧张，施工困难等)，周期也不能满足要求·而燃气轮机电厂功率不受限制，建造速度抉，对现场条件要求不高，油田有充足的可供燃用的气体和液体燃料·不少油田还利用开发过程中一时难以利用的伴生气作燃气轮机燃料，价格便宜，发电成本低，增加了燃气轮机的竞争力，所以在油田地区，燃气轮机装置被广泛应用，除用于发电外，还在多种生产作业申用燃气轮机带动压缩机(例如天然气管道输送，天然气回注，气田采油等)和泵(例如原油管道输送和注水等)。 其他工业部门，如炼油厂、石油化工厂、化工厂、造纸厂等等;它们不仅需要机械动力，而且需要大量热(例如蒸汽)。这时用燃气轮机来功热联供，在满足这两方面需要的同时，还能有效地节能，故应用发展较快。 实践证明，燃气轮机作为舰船推进动力，其优点显著，特别是排水量为数千
微型燃气轮机介绍
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（将高频电能转换为并联电网频率50/60Hz，提供控制、保护和通讯）。这种微型燃气轮机的独特设计之处在于它的压缩机和发电机安装在一根转动轴上，该轴由空气轴承支撑，在一层很薄的空气膜上以96000 r/min转速旋转。这是整个装置中唯一的转动部分，它完全不需要齿轮箱、油泵、散热器和其他附属设备。这种微型燃气轮机已在全球销售了2000台，累计运行3×106h。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。
燃气轮机复习题(新)
电站燃气轮机课程复习思考题 1. 词语解释： （1）循环效率：当工质完成一个循环时，把外界加给工质的热能q转化成为机械功l c的百分数。 （2）装置效率（发电效率）: 当工质完成一个循环时，把外界加给工质的热能q转化成为电功l s的百分数。 （3）净效率（供电效率）: 当工质完成一个循环时，把外界加给工质的热能q转化成为净功l e的百分数。 （4）比功:进入燃气轮机压气机的1kg的空气，在燃气轮机中完成一个循环后所能对外输出的机械功（或电功）l s（kJ/kg）,或净功l e（kJ/kg）. （5）压气机的压缩比: 压气机的出口总压与进口总压之比。 （6）透平的膨胀比: 透平的进口总压与出口总压之比。 （7）压气机入口总压保持系数:压气机的入口总压与当地大气压之比。 （8）燃烧室总压保持系数:燃烧室的出口总压与入口总压之比。 （9）透平出口总压保持系数:当地大气压与透平的排气总压之比。 （10）压气机的等熵压缩效率:对于1kg同样初温度的空气来说，为了压缩达到同样大小的压缩比，等熵压缩功与所需施加的实际压缩功之比。 （11）透平的等熵膨胀效率:对于1kg同样初温度的燃气来说，为了实现同样的膨胀比，燃气对外输出的实际膨胀功与等熵膨胀功之比。 （12）温度比:循环的最高温度与最低温度之比。 （13）回热循环:在简单循环回路中加入回热器，当燃气透平排出的高温燃气流经回热器时，可以把一部分热能传递给由压气机送来的低温空气。这样，就能降低排气温度，而使进到燃烧室燃料量减少，从而提高机组的热效率。 （14）热耗率：当工质完成一个循环时，把外界加给工质的热能q，转化成机械功（或电工）
我国燃气轮机发展现状
2015年我国燃气轮机产业发展现状及需求市场前景分析 燃气轮机是一种先进而复杂的成套动力机械装备，主要通过将连续流动的气体作为工质、把热能转换为机械功产生动力。燃气轮机用途广泛，在能源电力、航空航天、舰船车辆等多个领域均有应用。先进燃气轮机具有高效率、低噪音、低排放等特点，是提供清洁、可靠、高质量发电及热电联供的最佳方式。 燃气轮机由于工作原理和航空发动机基本相同，核心技术也与之有相似之处，因此航空发动机改装为燃气轮机的工作一直被人们所重视。由于航空发动机体积小、质量轻，故最初改装后均用于舰艇的推进装臵。自20 世纪60 年代末，英美纷纷做出“舰船以燃气轮机为动力”的决策后，舰船燃气轮机得到了大力发展。 国外典型航空发动机改舰船燃气轮机简介及参数
中国的燃气轮机发电开始于上世纪50 年代末，水电部与1959 年从瑞士引进2套功率为6,200 千瓦的简单循环燃气轮机列车发电站用于大庆油田发电。而航改燃气轮机的工作则是从上世纪70 年代由南方动力公司等单位与民用部门协作开始的。到目前，我国已经具备了自主研发重型燃气轮机的能力。2001 年，我国第一台具有自主知识产权的重型燃气轮机R0110 在黎明公司的主导下开始研制。到2013 年底，R0110 重型燃气轮机已在中海油深圳电力有限公司完成168 小
时联合循环试验运行考核，各项性能均符合要求。R0110 的研制成功标志着我国已成为世界上第五个具备重型燃气轮机研制能力的国家。 中国典型燃气轮机简介及参数
纵观世界燃气轮机市场，高端市场基本被欧、美、日等国家和地区的公司所垄断，通用电气、西门子、三菱重工和阿尔斯通等几家公司占据了燃气轮机的主要市场份额。 我国燃气轮机市场虽然稳步增长，但自主研发产品的缺失导致我国燃气轮机长期受制于人。据中国电器工业年鉴数据，2013 年我国燃气轮机产品进口金额达到3.9 亿美元，同比增长11%，而燃气轮机产品出口金额仅为1 亿美元。 国内燃气轮机厂家众多，但水平差距较大。处于高端市场的国外企业占据了国内主要主机厂配套份额和维修市场的大部分份额。由于使用国外品牌，国内主机厂每年都要向燃气轮机供应商支付高昂的维修费用，大大提升燃气轮机的使用成本。而国内厂家基本是位于低端市场的中小型企业，由于技术水平和质量保证能力都较低，业务主要集中于社会维修市场。
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，
GE公司F级燃气轮机总体性能参数
GE公司F级燃气轮机 1 F级燃气轮机产品系列及其性能演变 F级燃气轮机已有多种多样的型号可满足不同用户的需要，在MS6000、MS7000、MS9000系列中都有F级的产品，表1列出F级燃气轮机最新机型简单循环的性能，表2列出50Hz的F级燃气 表1 F级最新机型燃气轮机简单循环性能 基本参数MS9351FA MS7241FA MS6101FA 净出力/MW 255.6 171.7 70.1 效率/% 36.9 36.4 34 透平进口温度/℃1327 1327 1288 压比15.4 15.5 14.9 质量流量/kg·s-1624 432 198 排气温度/℃609 602 597 频率/Hz 50 60 50/60 表2 50HzF级燃气轮机联合循环性能 基本参数S109FA S209FA S106FA S206FA 净出力/MW 390.8 786.9 107.4 218.7 净热耗率/kJ·（kWh）-16350 6305 6767 6654 净效率/% 56.7 57.1 53.2 54.1 MS9001FA、MS7001FA、MS6001FA型燃气轮机都有18级的压气机和3级的涡轮机，以冷端驱动和轴向排气为特点，有利于联合循环布置。F级燃气轮机采用GE公司传统可靠的分管式燃烧系统，
并可配备双燃料燃烧系统，如在以天然气为主燃料时，可以轻油为辅助燃料。当天然气供应发生故障时，机组可自动切换到轻油燃烧，使燃机不因燃料供应故障而停机，进一步保证了机组的可靠性和可用性。机组也可根据要求，在一定条件下使用双燃料混合燃烧。此外，F级燃气轮机可燃用低热值燃料，从而扩大了发电厂的燃料使用范围和灵活性。F级燃气轮机应用于IGCC电厂，可 GE公司在其制造MS6000型、MS7000型和MS9000型机组的基础上，发展完善了底盘部套、控制和辅机组合一体的快装模块结构，这种标准化布置可减少管道、布线及其他现场相关联接的工 F级燃气轮机还显示出不同寻常的环保特点。由于机组的效率高，单位发电量的NO x和CO排放量较少。采用干式低NO x（DLN）燃烧室，大大降低了NO x的排放。180多台采用干式低NO x燃烧室的F级燃气轮机已累计运行近30 0万h。有些电厂的NO x排放量甚至低于10mg/kg。 1.1 7F和7FA、7FB型燃气轮机 自从1987年生产第一台7F型燃气轮机后，经过不断改进，形成了一系列F级的燃气轮机。图１以7000系列中的F级燃气轮机为例，展示了F级燃气轮机的发展过程。(图中华氏温度t F 换算因数为)其主要性能见表3。 图1 F级燃气轮机的发展过程 表3 7F系列燃气轮机主要性能
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
影响燃气轮机及其联合循环特性的因素分析
影响燃气轮机及其联合循环特性的因素分析 姓名：张瑞琦学号：2012031426 联合循环发电技术对改变电力能源结构、改善环境、提高电网调峰灵活性有重要作用。随着天然气开采技术的提高以及西气东输和引进液化天然气两大工程的启动, 燃气轮机及其联合循环在我国得到迅速发展和应用。对任一个联合循环方案, 其热力系统及组成均有所区别, 而且环境条件和运行参数如环境温度、大气压力、空气相对湿度、海拔高度、空气进口压损及余热锅炉烟气阻力、燃料类型、蒸汽循环方式、循环水温度、入口空气冷却等对整个热力循环的出力和热耗的影响也不同。为使建成后的联合循环电厂单位投资最省、热效率最高、投产后具有较好经济效益, 对影响燃气轮机及其联合循环系统的出力和热耗的相关因素进行分析, 从而选择合适机型和运行方式。 1 环境因素的影响 1. 1 大气温度 大气温度对简单循环燃气轮机及其联合循环的性能有相当大的影响。随着大气温度的升高,空气比容增大, 吸入压气机的空气质量流量减少,导致燃气轮机及其联合循环的出力减小。即使机组的转速和燃气透平前的燃气初温保持恒定, 压气机的压缩比也会有所下降, 燃气透平做功量减少, 但排气温度却有所增高, 使得燃气轮机及其联合循环的出力和热耗产生变化。 随着大气温度升高, 燃气轮机及其联合循环的出力均成线性下降, 但是联合循环的出力的减小较燃气轮机平缓。环境温度每升高10度 , 单循环燃气轮机出力下降5% ~ 7%,联合循环出力下降3. 5% ~ 5. 5% 。这是由于联合循环的燃气透平排气温度略有增高, 可以在余热锅炉中获取更多的能量, 到蒸汽轮机中去做出更大数量机械功的缘故。另外, 随温度升高, 燃气轮机相对效率成曲线下降, 每升高10度相对效率下降0. 05% ~ 1. 8% 。然而, 大气温度对联合循环机组的相对效率影响不大, 这是由于大气温度变化对燃气Brayton 循环及蒸汽Rankine 循 环热效率的影响相反, 在大气温度约为15度时, 联合循环热耗达到最低点, 此时Brayton 循环及蒸汽Rankine 循环热效率的乘积为最大值。 1. 2 空气湿度 有研究表明: 当空气温度< 37度时, 即使相对湿度为100% 时, 大气中所含的水蒸气数量仍然是很少的( 即绝对湿度值很小) , 其影响是可以忽略不计的。然而, 随着燃气轮机单机功率增大, 以及为降低NOx 的排放而进行的注水注汽,绝对湿度的影响变得越来越明显。从图2 中不难看清: 空气绝对湿度与燃气轮机及其联合循环机组的出力和热耗均成线性关系, 且各自的影响几乎一样。绝对湿度每增加0. 01, 出力下降0. 001% ~ 0. 002%, 而热耗上升0. 002%~ 0. 004% 。 1. 3 大气压力和海拔高度的影响 目前燃气轮机及其联合循环大都是按ISO 状态条件( 大气压力p a = 0. 1013MPa、环境温度15度、相对湿度60%) 进行设计的。不同的海拔高度将导致不同的平均大气压力, 随着海拔的升高,p a 和t a 都在下降。而燃气轮机的出力与所吸入的空气质量流量成正比, 而质量
我国工业燃气轮机的现状与前景.doc
我国工业燃气轮机的现状与前景 南京汽轮电机（集团）有限责任公司薛福培 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 36
简析燃气轮机发电机组的现状及未来发展
简析燃气轮机发电机组的现状及未来发展 集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-
简析燃气轮机发电机组的现状及未来发展火力发电的历史久远，为世界经济发展提供着充足的能源。但是，随着环境保护观念深入人心，世界资源日益紧缺，火力发电已经成为我国经济转型、产业结构调整的重点对象。作为新型发电模式，燃气轮机发电具备快速启停、高效率以及较小占地规模的有点，污染小。在我国工业实践中，受到制造技术的商业秘密制约，自主创造能力十分薄弱，进口是主要来源，并没有在全国推广开来。本文主要浅析燃气轮发电机组的当前发展情况，并展望未来趋势，希望引起工业领域人员的重视。 1.燃气轮机及其发电机组现状浅析 1.1.燃气轮机浅析 作为旋转式动力机械，气体以连续流动的方式在燃气轮机中通过热能向机械能的转化，进而推动发电机组旋转。从世界范围来看，第一台燃气轮机由瑞士一家企业制造，时间为1939年。经数十年发展，机车与坦克动力、舰船动力、管线动力与发电等都有燃气轮机的身影。从结构上划分，轻型与重型燃气轮机为工业燃气轮机类型。当前，俄、英、美等发达国家已经将燃气轮机完全应用到了水面舰艇上。此外，海上采油、输油输气的管线加压装置也由轻型燃气轮机构成，实现了41.6%的热效率（简单循环）。高度垄断是重型燃气轮机制造领域的特点，重要的核心
企业为ABB、西门子/西屋、GE、三菱等。轻型燃气轮机制造领域中主导企业为P&W、R.R与GE，其他国家也不甘落后，正在紧锣密鼓的航机改型。 上世纪五十年代末，国内开始制造重型燃气轮机。当时的上汽厂、南汽厂、哈汽厂身肩国家工业复兴的大任，在“厂校结合”形式下，自主研发出的燃气轮机位列世界领先，如3500hp机车用机组，1MW、3MW发电机组。近年来，随着我国工业化的不断升级，重型燃气轮机也在不断的改造升级。为实现利用冶金企业的高炉煤气，美国GE与南汽厂通过技术交流，立足于MS6001B，6B-L型燃气轮机研发成功，实现再利用高炉煤气的环保要求。从科研实力分析，国内研究所或高校储备着大量科研设施与科研人员，如哈尔滨工业大学、清华大学、国家电网热工研究院、中科院工程热物理研究所等，研究出的一批批优秀成果（红旗360、东风I 型叶型）。当然，设备不够集中，先进性尚待提高，完善工作仍需继续。 国内航空系统是轻型燃气轮机的集结地，在航空发动机领域，研究设计院、制造厂数量众多，职工数量上万。在上世纪70年代，邮电、石化、油田等企业都应用到了331厂、410厂研发的WZ-6G、WJ-6G、WJ-5G等产品型号。在技术改造与创新实践中，燃气轮机的制造工艺已经掌握成熟，精密机加设备成套，特种工艺设备应有尽有，气冷涡轮叶片制作方
重型燃气轮机发展现状及发展研究
重型燃气轮机发展现状及发展研究 摘要：文章对重型燃气轮机的发展背景以及国内外重型燃气轮机的发展现状进行分析，展望未来重型燃气轮机的发展趋势，并对未来我国重型燃气轮机行业的发展提出了几点建议，以供参考。 关键词：重型燃气轮机；发展现状；发展趋势 1引言 近年来随着我国经济的快速发展以及工业化进程的不断加快，我国的燃气轮机在工业领域中的应用数量在不断增大，而且在发电领域中由于具有较高的效率、较小的污染以及较短的建设周期和较快的收效而被广泛应用。尤其是在进入上世纪80年代以来，随着全球冶金以及3D打印等先进技术的发展和进步，燃气轮机的单机容量和参数也在不断增大，成为现有热功转换发电系统中效率最高的大规模商业发电方式。为此，文章就针对目前国内外中性燃气轮机的发展现状进行介绍，并对未来重型燃气轮机的发展趋势进行展望，为我国重型燃气轮机的发展提出建设性的建议。 2国内外重型燃气轮机发展现状 2.1国外重型燃气轮机的发展现状 国外的重型燃气轮机发展主要经历了三个阶段，在上世纪90年代之前所出现的重型燃气轮机属于常规级的燃气轮机，也就是B、D级别，其单机功率、效率以及联合循环效率都比较低。随着进入本世纪以来各项技术发展，重型燃气轮机也进入了当代级别，也就是E、F级别，后来在2010年以后重型燃气轮机又进入了先进级别，也就是G、H级别，无论是初温，还是单机功率、效率以及联合循环效率都有了较大的进步和发展。未来重型燃气轮机的单机效率有望突破45%并持续增加，而且联合循环效率也会达到65%。目前国际上重型燃气轮机市场的垄断现象比较严重，主要的燃气轮机公司有GE、西门子以及三菱日立等公司，这几家公司的产品也代表着本行业中的最高水平。目前各个公司的主要代表机型就是H级以及J级重型燃气轮机，就是在原有的技术基础上对其主要的压气机、燃烧时以及透平等进行了发展和创新。 2.2国内重型燃气轮机的发展现状 我国对重型燃气轮机的研究开始于上世纪50年代，然后进行自主研发和设计生产大概在上世纪的60到70年代，而且在上世纪的80年代，我国的部分企业开始与国外上述比较大型的企业建立合作关系，并引入了国外的先进技术，尤其是以我国的哈尔滨电气、东方电气以及上海电气集团为主。经过多年的技术引进以及联合开发，我国的重型燃气轮机的科研和生产能力有了飞速的发展和进步。而且在引进目前国外比较先进的E级以及F级燃气轮机的基础上，以上述几家大型公司为核心，也开始形成了相应的燃气轮机制造产业群。在各个行业中已经进行了上述两个级别的重型燃气轮机以及配套的燃气-蒸汽联合循环全套发电设备的较高设计与生产能力。但是在目前已经实现了国产化的装配和制造的同时，还需要加大对核心技术的深入研究，争取实现核心技术的自主研发，以及相关热端部件的制造，还有维修技术以及控制技术的自主研发。 3重型燃气轮机发展趋势 在目前我国不断进行能源结构调整以及对各个行业提出较高的环保要求的同时，中心燃气轮机的发展更是需要向以下几个方面进行发展：首先就是要对燃气轮机的参数进行进一步提高，主要目的就是实现循环热效率的提高。其次是提
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