燃气轮机的应用前景

燃气轮机的应用前景
燃气轮机的应用前景

燃气轮机的应用前景

摘要:目前,燃气轮机作为一种较为新型的热机的应用领域越来越广,它既吸取了内燃机的“内燃”特征,有具备了蒸汽轮机“高速旋转”的特点。本文综述了燃气轮机技术,提出燃气轮机具有提高发电效率和解决环保问题等方面的优越性,说明燃气轮机对于电力系统的重要作用,简单介绍了国内外燃气轮机的最新技术,并介绍进一步改善性能及应用发展前景。关键词:燃气轮机;最新技术;发展前景

1.引言

燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转,将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械,是一种旋转叶轮式热力发动机,在能源、电力、航天、航空、舰船、车辆、军事等领域有广泛运用。先进燃气轮机技术具有高效率、低噪音、低排放等一系列先进技术特点,是提供清洁、可靠、高质量发电及热电联供的最佳方式[1]。

本文从介绍和分析燃气轮机在国内外的最新技术发展的角度,阐述了燃气轮机在我国的发展前景,提出了燃气轮机在提高发电效率和解决环保问题等方面的优越性,为进一步研究和判断燃气轮机的应用前景提供了基础。

2.燃气轮机的发展与技术进步

2.1 燃气轮机发展概况

一百多年以前,由于战争的需要,美国GE公司生产了第一台燃气轮机,应用于战机上。这是一种发明,较之“蒸汽机”、“内燃机”从根本上进步了许多。体积小、重量轻、功率大、启动快、附属设备少(少用水甚至不用水)都是燃气轮机所独有的特点[2]。当时的燃气轮机热效率还很低,应用也局限于军事航空领域。

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,燃气初温逐步提高,使燃气轮机效率不断提高。单机功率也不断增大,在70年代中期出现了数种100兆瓦级的燃气轮机,最高能达到130兆瓦。与此同时,燃气轮机的应用领域不断扩大。1941年瑞士制造的第一辆燃气轮机机车通过了试验;1947年,英国制造的第一艘装备燃气轮机的舰艇下水,它以1.86兆瓦的燃气轮机作加力动力;1950年,英国制成第一辆燃气轮机汽车。此后,燃气轮机在更多的部门中获得应用。

在燃气轮机获得广泛应用的同时,还出现了燃气轮机与其他热机相结合的复合装置。最早出现的是与活塞式内燃机相结合的装置;50~60年代,出现了以自由活塞发气机与燃气轮机组成的自由活塞燃气轮机装置,但由于笨重和系统较复杂,到70年代就停止了生产。此外,还发展了柴油机燃气轮机复合装置;另有一类利用燃气轮机排气热量供热(或蒸汽)的全能量系统,可有效地节约能源,已用于多种工业生产中[3]。

2.2 燃气轮机的先进技术

目前,全球能源短缺,环境压力也越来越大。化石燃料是不可再生资源,将逐渐耗尽。

环境方面,酸雨、温室效应和臭氧层破坏这三大问题严重威胁着人类的生存。面对不堪重负的环境压力和越来越紧张的化石能源,人类不得不开发和建立更加清洁高效的能源。由于燃气轮机作为动力装置和发电设备所表现出的优异性能和巨大的发展潜力,发展先进燃气轮机及其先进技术将成为新世纪能源动力发展的主要方向。

2.2.1燃气-蒸汽联合循环技术[4]

燃气-蒸汽循环发电机组,由于具有高效低耗、启动快、调节灵活、可用率高、投资省、建设周期短及环境污染小等优点,目前在国外电力行业正日益得到重视和发展。

从1987年开始美国发电用燃气轮机的年生产总功率已经超过了发电用汽轮机,按美国电力发展规划,在90年代计划新增1亿kW发电设备中,燃气轮机极其联合循环发电装置将占45%。韩国规划在今后15年内燃气轮机极其联合循环发电装置将占新增的发电设备总装机容量中,燃气- 蒸汽循环发电装置将超过常规火电站,占电力发展的主导地位。

图1. 燃气-蒸汽联合循环图

燃气-蒸汽联合循环是将两个使用不同供职的独立的动力循环,通过能量交换联合在一起的循环,兼顾了燃气轮机布雷登循环高温加热的又是和汽轮机朗肯循环低温排热损失小的优势,形成了总能系统设计新概念,汇集燃气轮机的先进技术、余热锅炉和汽轮机发电的优势,使联合循环的效率提高。

常规燃气–蒸汽联合循环中的高温热源高达1100~1300℃以上,远远高于一般蒸汽循环采用的主蒸汽温度540~566℃,而燃气–蒸汽联合循环中的低温冷源温度29~33℃,远远低于一般燃气简单循环的排气温度450~640℃,也就是燃气-蒸汽联合循环从非常高的高温热源吸热,向尽可能低温的冷源放热。因此联合循环的热效率比组成他的任何一个单独循环的热效率都要高得多。

2.2.2微型燃气轮机技术

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。

微型燃气轮机与常规发电装置相比具有如下优点[5]:

(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NO x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NO x小于35×10-6;采用油井气做测试,排放的体积分数NO x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NO x比微型燃气轮机多10~100倍,柴油发电机产生的NO x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。

2.2.3高温燃气轮机技术

高温燃气轮机技术燃气初温决定了燃气轮机的效率和比功,计算和实践表明,燃气初温提高100℃可使燃机效率增加2%~3%,进一步提高燃气初温将是未来燃气轮机发展的方向,这就需要发展以下技术:

图2. 注水、蒸汽降低NO X效果图

(1)高温材料技术。随着材料科技的发展,先进的高温材料(定向结晶和单晶高温合金材料)开始逐步应用于燃气轮机。GE公司正在研制的燃机的静叶上已使用了CMSX-4单晶镍基合金.目前,C/C复合材料被认为是最有发展潜力的!其工作温度可高达1930~2227℃,但重量仅为高温合金的1/4,美国GE公司已开始进行该方面的试验研究。

(2)蒸汽冷却技术。同空气冷却相比,蒸汽冷却可显著减少压缩功的消耗,并且可提高透平进口温度,降低NO X排放降低了一半。GE公司采用蒸汽冷却的H型比采用空气冷却的G 型,功率增加了60WM,效率提高2%,排放降低一半。三菱公司的M501G燃气轮机采用了蒸汽冷却,透平进口温度高达1500℃。

(3)热涂层技术。燃气轮机的发展需要不断提高透平进口温度!但目前用于透平的合金材料最高只能承受1024℃,为了进一步提高透平进口温度,在叶片表面应用热涂层技术是一种有效的方法。等离子喷涂和电子束物理蒸汽沉积是目前投入应用的热涂层技术、陶瓷热障涂层技术将是未来的发展方向。

(4)陶瓷燃气轮机。由于陶瓷具有金属材料无可比拟的高温特性,长期以来,研制陶瓷燃气轮机一直是燃气轮机技术发展的目标之一。Solar公司1997年进行了全世界首例陶瓷燃气轮机的运行实验,其透平进口温度达到1120℃,单机热效率29.59%~31.25%;日本也在发展陶瓷燃气轮机,1997年透平进口温度已达到1350℃,单机功率92.3kW。虽然目前陶瓷燃气轮机的性能还低于先进燃气轮机的水平,但可以预见,随着一些关键技术的突破!陶瓷燃气轮机终将成为21世纪的主流发展方向之一。

2.2.4 燃气轮机的节能减排技术

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NO x,其NO x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NO x排放水平(ppm,15%O2干基):

项目不注入稀释剂注水注蒸汽

轻油200 40 50

天然气150 30 35 目前控制燃气轮机NO x排放的方法主要有两种类型,一类就是在燃烧过程中控制NO x

的生成,而另一类就是在NO x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NO x排放效果。

目前比较成熟的控制燃机NOx排放技术是DLN技术、常规SCR技术和注水/蒸汽技术,三种技术各有优缺点和适用范围。从技术的先进性、运行成本、实际运行等情况来看,燃气轮机应优先考虑采用DLN技术控制NOx排放。控制燃气轮机NOx排放的方法:

(1)注水、蒸汽降低NO x

此方法优点为操作简单、成本低;缺点为增加机组热耗、影响热部件寿命、增加检修费用、降低NO x幅度有限。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%。

(2)干式低NO x燃烧技术[6]

干式低NO x技术(DLN:Dry Low NO x)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。干式低NO x技术是一种预混燃烧技术,主要用于气体燃料。

图3. NOx、CO排放与燃烧火焰温度的关系

预混燃料为贫燃料时,预混燃烧的主要问题是燃烧的稳定性、燃料的适应性和变负荷范围。必须认识到,为了降低燃烧温度、减少NO x的生成,燃/空比被减小到接近熄火点的程度,这会严重影响燃烧的稳定性。当DLN燃烧调整不当引起燃烧振荡时,轻则引起机组跳机,严重时会损坏燃机昂贵的热通道部件,或者缩短热通道部件的维护周期。我国第一批引进9F型燃机的火焰筒鼓包、燃烧部件报废率高等问题,即可能与DLN燃烧调整不当有关。(3)SCR技术控制燃机NO x排放[7]

SCR(Selective Catalytic Reduction)技术,当燃机排气通过余热锅炉时,喷入氨气,在

催化剂的作用下氨气与NO x发生反应,生成氮气和水。常规SCR存在的问题有:影响机组运行灵活性、氨的逃逸、对燃料中的含硫量非常敏感、处理废弃催化剂可能形成二次污染。

3.燃气轮机的发展前景

燃气轮机的未来发展趋势是高效节能。现阶段的燃气轮机应用技术已经在提高效率方面有了很大突破,在今后的科研技术发展中,目标将进一步锁定在提高效率、采用高温陶瓷材料、利用核能和发展燃煤技术等方面。提高效率的关键是提高燃气初温,即改进涡轮叶片的冷却技术,研制能耐更高温度的高温材料。其次是提高压缩比,研制级数更少而压缩比更高的压气机,再次是提高各个部件的效率。除此之外,在能源危机的背景下,节能也必将是燃气轮机发展中需要不断提高和加强的方面。下面将简要分析燃气轮机在其主要应用领域的发展前景:

(1)电力应用方面的发展。近十年来,清洁煤技术、燃煤联合循环电站也获得巨大发展, IGCC 和PFBC- CC电站也进入商业化运行阶段。可以预计,随着我国燃机技术的开发和应用,尤其是燃煤技术的开发,加上环保要求的日益关注,燃气轮机电站(包括热电联产装置),尤其是基于燃气轮机的联合循环电站将得到广泛的应用。因为燃机造价低、投资小、重量轻、尺寸小,所以国外广泛地把燃气轮机用于输气、输油管线,作为压缩机和泵站,用来泵送天然气和石油。随着国民经济的蓬勃发展和人民生活水平的不断提高,我国对石油和天然气的需求日益增长。此外由于对环保的重视,在能源消费结构中,天然气的比重将会持续增长。这一切都表明燃气轮机的发展将会进入一个崭新的时期。

(2)天然气输送。就西气东输管网主干管道而言,由新疆轮南气田到上海市区,全长4000公里,沿线需造约40个增压站。由此可见,天然气长距离输气管线将是燃气轮机的最大用户之一。这就要求有关方面应及早着手培养燃气轮机使用管理的工程技术人员。

(3)天然气的利用[8]。在城市天然气用户中,居民生活用气所占比例其实并不大,更多的天然气是供燃气轮机电站发电用。把燃气轮机的排气通到余热锅炉中,加热锅炉中的水产生蒸汽,再去驱动汽轮机做功,从而形成了由燃气到蒸汽的联合循环。联合循环机组的效率是目前各种热力机械中所能达到的最高效率值。

由于燃气轮机和联合循环电站发电效率高、污染排放低、建设周期短,因此,在世界各国诸类电站中所占的比例不断增大。如美国早在20世纪80年代后期,燃气轮机年生产容量就已超过汽轮机。目前,在全世界发电设备年订购量中,燃气轮机与联合循环之和大体与汽轮机相当。而在美国、德国等一些工业发达国家,燃气轮机和联合循环之和已经超过汽轮机。因此,燃气轮机和联合循环发电,已经在世界范围内成为电力工业中的主力军。

此外,在联合循环的基础上,还可实现热、电联供,以满足生产、生活的需要。进而还可以实现热、电、冷三联供应,更有效地利用能源。

燃气轮机的应用市场十分广阔,技术也在不断提高和革新。可以预见,随着燃汽轮机

技术的不断发展,燃气轮机的应用前景一定会越来越广阔。

4.结论

(1)燃气轮机作为一种较为新型的热机,因其高效率、低噪音、低排放等一系列先进技术特点,应用领域越来越广。

(2)现阶段燃气轮机的主要领先技术有燃气-蒸汽联合循环技术、微型燃气轮机技术、高温燃气轮机技术,这些技术对于燃气轮机效率的提高起到很大的作用。

(3)在燃气轮机的节能减排技术方面现已有一些较为成熟的技术,但在实际应用中都有不可避免的缺点,本文对其缺点都有一定的阐述。

(4)综合分析各种燃气轮机的新技术和各种节能减排技术的优缺点,提出本文观点——燃气轮机的发展方向是高效节能。

参考文献

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[9]詹淑慧. 燃气供应. 中国建筑工业出版社,2011.9

简析燃气轮机发电机组的现状及未来发展正式版

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燃气轮机发展现状分析报告前景预测

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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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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

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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:

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,

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

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

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

新型船舶动力装置基本情况和发展趋势

新型船舶动力装置基本情况和发展趋势 船舶动力装置是船舶的核心设备,船舶动力装置只有正常运行,才能够为船舶的正常运行以及船员的日常生活提供保障。船舶动力装置由主动力装置、辅助动力装置和辅机及其设备共同组成,三大部分的相互协调共同为船舶提供源源不断的动力。在船舶动力装置中,主动力装置是提供推进动力的装置,其主要有蒸汽轮机、柴油机、燃气轮机、电动机和混合动力机几种主要类型,但新型船舶动力装置包括燃气轮机推进,喷水推进,吊舱推进,表面浆推进,超导磁推进,AIP 系统等。 一、柴油机动力装置 柴油机动力装置是以柴油为燃料的内燃机,其优点在于启动速度快、运行状态可靠和功率大等。柴油机动力装置是目前应用最为普遍的船舶动力装置,因此其技术成熟度也相对更高。柴油机动力装置在上世纪60年代开始全面取代了蒸汽轮机,成为最主流的船舶动力装置。柴油机动力装置分为四冲程柴油机和两冲程柴油机,其中二冲程柴油机的特点是转速相对较低,可以直接驱动螺旋机进行工作,主要应用于大中型远洋运输船舶上。而四冲程柴油机转速较高,一般主要应用于小型运输船、客船、军舰和豪华游艇上。 二、燃气轮机动力装置 燃气轮机动力装置是以油气作为燃料的动力装置,燃气轮机动力装置其突出的特点在于装置体积较少、重量轻、加速性能强,且燃气轮机动力装置运行过程中所产生的污染物远远少于柴油机动力装置。但是,燃气轮机动力装置也存在着较多的缺点和不足,如燃气轮机的燃料一一蒸馏油价格非常昂贵、燃气轮机油耗较高、经济性不高等,因此很难在船舶当中得到普及。目前,只有少部分的高速客船和军用舰艇上配备了燃气轮机动力装置。 三、电力推进装置

顾名思义是以电动机做功来推动船舶运行的动力装置,当前在船舶动力装置中被广泛使用的推进装置主要由电动机、原动机、变频器还有就是推进变压器以及控制调节器等构成。对于操纵性能要求不是特别高的船舰来说,经常使用的轴桨推进装置如可调桨以及定距桨等,对于操作性能要求相对高一点的船舶来说,通常采用的全回转推进器。电力推进装置工艺较柴油机动力装置要更为复杂, 但具有更好的经济性以及操纵空间,较为适合于多工况特种船舶。目前多数的电力推进装置还需要配备柴油机或者燃气轮机产生电力能源,为电动机提供能源。其主要优势在于: (1) 船上大型机械设备布置更灵活、有效空间更多、费用降低 (2) 电动机由电网供电,增加了系统的可靠性,提高了生命力 (3) 减少了维护的工作量; (4) 可以采用中高速不逆转原动机,以减少设备的体积和重量 (5) 可以采用低速电动机直接与推进轴连接,省去机械的减速齿轮 (6) 操纵灵活,机动性能好 (7) 易于获得理想的拖动特性 (8) 减小螺旋桨等机械振动和噪声、环境更好 船舶电力系统和船舶电力推进系统一体化供电的船舶综合电力系统是未来发展的新趋势,该系统将船舶的电力系统和推进系统有机的组合在一起,把动力机械能源转换为电力,提供给推进设备和船上的其他设备使用,使得船舶日用供 电和推进供电一体化,实现电力的综合利用和统一管理。并且伴随着船舶事业不断推进发展,这样的技能必定会得到更为广泛的应用。

燃气轮机技术发展及应用

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/f612570849.html, 燃气轮机技术发展及应用 作者:顾士国 来源:《山东工业技术》2017年第16期 摘要:燃气轮机是国家资源节约战略发展下的一项工业产品,也是能源管理方向的最高 技术水平的设备,因此发展燃气轮机技术,扩大燃气轮机的应用范围,是当下制造业的重点发展方向。本文从燃气轮机技术发展的趋势出发和燃气轮机技术发展的内容出发,分析了燃气轮机技术的应用方向,供从事燃气轮机技术探究与应用的工作人员参考。 关键词:燃气轮机;技术发展;应用方式 DOI:10.16640/https://www.360docs.net/doc/f612570849.html,ki.37-1222/t.2017.16.239 0 引言 燃气轮机的应用在现代企业生产中十分广泛,能够对国民经济发展中所需要的电力和能源进行输送与分配,还是国防领域中的重要应用设备,总体来说燃气轮机在现代社会运行中有着不可取代的作用。随着科学技术的不断进步,近几年的燃气轮机发展技术已经达到了较高的水平,燃气轮机领域也取得了显著的科研成果。 1 燃气轮机技术发展的趋势 今后燃气轮机技术的发展趋势是,通过提高生产设备的温度和压力,来提高机组的运行功率及效率;燃气轮机要适应多种燃料的性质;改变燃气轮机的热力循环系统,运用新型的工质完善操作系统,优化操作的性能。重型的燃气轮机要不断朝着高参数、高性能、高效率、低污染的方向发展,经过相关技术人员与专家的研究,未来的燃气机轮最高温度可以达到1700 度,联合运行的功率可达到65%,并将持续上升。 科学先进的气动设计技术能够进一步的提高高压气机和透平部件的性能,气动设计技术中的可控漩涡技术、自由涡技术、扭叶片技术、多圆弧叶技术、散叶技术、抽吸技术、主动控制技术、被动控制技术、可调叶片技术、间隙控制技术等,能够有效的减少燃气轮机在工业生产中的损失与浪费。比方说运用可调叶片技术能够确保内压气机的工作效率,让内压气机能够在更宽的范围内运转;运用抽吸技术和主动控制技术,能够减少多级轴流压气机的级数和重量、扩大了多级轴流压气机的工作范围[1]。 为了拓宽燃料的适用范围,减少燃料燃烧过程中带来的污染,燃气轮机技术的研发专家要发展高效率低污染的稳定燃技术。目前很多国家的燃气轮机制造厂家都在研究减少污染排放的技术,并投入了一定的物力资源、人力资源和财力资源,建立了专门的实验基地,从事对燃气轮机节能减排技术的研究,并将研究的技术应用在自己生产的燃气轮机中。

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