【知识讲解】燃气轮机燃烧室
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燃烧室在燃机中的作用：
1将天然气与空气混合后燃烧，生成的燃烧产物送入压气机中做功
2控制燃烧温度
3控制燃烧产物的温度使其能满足透平第一级做功的温度需求
燃烧室的燃烧方式：
1扩散燃烧：扩散燃烧时始终满足过量空气系数=1,燃烧火焰温度高，燃烧稳定，产生的NOx 多由催化剂还原，
2预混燃烧：在预混燃烧时过量空气系数可根据燃烧温度的需要进行调节，燃烧温度可控，较扩散燃烧，不如扩散燃烧时稳定，但能控制NOx的生成。
以GE机组为例：
GE机组使用的是分管式燃烧室，每个燃烧室都有五个喷嘴，每个喷嘴上都有扩散燃烧和预混燃烧的管线。
图上为一个喷嘴的结构图。
一部分燃气进过扩散通道进入喷嘴，在B处与空气边汇合边燃烧，此时为扩散燃烧。
一部分冷却空气从喷嘴的中心通过各结构，给各结构进行冷却后在B处参与燃烧。
另一部分燃气进入预混燃气通道，在A处和压气机的排气进行混合，然后在B处燃烧，此时为预混燃烧。 压气机的一部分排气进入喷嘴后，首先对燃料喷嘴组件进行冲击冷却，再逆流向前在A处前端的开口和燃气混合。
燃烧室有三根管线供燃料，分别是D5 ，PM1，PM4管线。
D5管线给燃烧室的每个燃烧喷嘴的扩散通道提供燃料。
PM1给每个燃烧室中的一个燃烧喷嘴的预混燃气通道提供燃料
PM4 给每个燃烧室中的四个燃烧喷嘴的预混燃气通道提供燃料。
燃烧的方式有扩散燃烧，次先导预混燃烧，和预混燃烧
在扩散燃烧时，D5管线供燃气，PM1，PM4不供燃气。此时在B出口只有扩散燃烧的燃气，其余的管线出来的均为空气。
在次先导预混燃烧时，由D5管线，PM1管线供燃气，PM4管线不供气，此时只有扩散燃烧，和一个喷嘴进行预混燃烧，其余喷嘴的预混燃气通道在B出口均为空气
在预混燃烧时，由D5管线，PM1，PM4管线供燃气，此时五个喷嘴均有扩散燃烧和预混燃烧。
后来经过改进变成下图
将PM1移至中心位置，并去除中心喷嘴的扩散燃烧管线。此时周围五个喷头既有扩散燃烧过线又有预混燃烧管线，而中心喷头只有预混燃烧管线。
ME 423
Chapter 8
PREDICTION OF PERFORMANCE OF SIMPLE GAS TURBINES
Prof. Dr. O. Cahit ERALPPrediction of Performance for GTMe 423 Spring 2006
Prof. Dr. O. Cahit ERALP•Fromcyclecalculationsitispossibletodeterminethe
PRESSURERATIO(R
c)whichwillgivethebestoverall
efficiencyforagivenT
max.
•MASSFLOWRATEtogivethemostsuitabledesired
poweroutput.
•Aftersuchpreliminarycalculations,themostsuitable
designdataforaparticularapplicationcanbechosen.
•Then,itispossibletodesignindividualcomponentsto
givetherequiredoperationatthedesignpoint.
•ThatisrunningatthedesignspeedN*,massflowrate
m*andpressureratio
R*.Prediction of Performance of Simple Gas Turbine
()mPrediction of Performance for GTMe 423 Spring 2006
Prof. Dr. O. Cahit ERALP•Then the off-design performance has to be determined
which is the divergence from the design point over the
燃气轮机发电案例介绍-天然气应用
1 案例背景
燃气轮机热电（冷）联产系统可同时提供电能和热（冷）能，相比传统能源解决方式，系统效率高，简单可靠，应用灵活，节能环保，且受国家政策鼓励，可广泛应用于各种场合，为用户降低能耗并改善当地环境，以下是以天然气为燃料，应用于工业用户的典型案例介绍。
1.1 现场条件(以上海为例)
海拔高度 5m
设计大气温度 14℃
设计大气压力 101.3Kpa
设计大气相对湿度 60%
1.2 燃料
以天然气为燃料
燃气热值： 8400 KCal/Nm3
燃气压力： 0.3Mpa(假设)
1.3 热电负荷及运行时数
最大蒸汽流量： 29t/hr
蒸汽压力： 1.0 Mpa
蒸汽温度： 185℃
年供热时间： 7000小时
年运行小时数： 7000小时
2 方案
燃气轮机热电联产系统一般根据以热定电的原则进行设计和设备选择，该项目选用 1台索拉公司大力神130(TITAN 130)燃气轮机，配1台余热锅炉，两台燃气压缩机（1用1备），整个系统可布置在简易厂房内，总占地面积约3200平方米。
2.1 燃气轮机
每台大力神130机组在项目现场主要参数如下：
铭牌功率： 15000KW
发电机出力： 14556 KW
燃烧空气进口温度： 14℃
燃机工况点： 满负荷运行
燃料流量： 4339Nm3/hr
涡轮排气温度： 500 ℃
尾气流量： 177882 Kg/hr
2.2 余热锅炉
每台余热锅炉在项目现场主要参数如下：
蒸汽温度： 185.5℃
蒸汽压力： 1.03 Mpa
蒸汽流量： 29245 kg/hr
2.3 系统主要设备清单
设备名称 数量 注解
大力神130发电机 1
余热锅炉 1
燃气压缩机 2 1用1备
马达控制中心 1
燃气轮机的选型
在燃气轮机选型时，对其热力性能方面的考虑应注意以下几点：
（1）机组热效率和燃料成本相结合的综合经济性。单方面考虑热效率高低常常是不全面的，一般需把机组热效率和燃用的燃料成本结合起来，更全面权衡机组的经济性。因为有时地理因素更优先于热效率，如某些地区的用户可能更注重燃气轮机对燃用廉价原油和重油的能力与相应的长热部件寿命性能。
（2）热力循环系统优化的问题。影响燃气轮机热力性能的因素有很多，如透平初温 、压气机压比 、回热度 （若采用回热循环）等热力参数，压气机、透平、燃烧室等部件效率，进、排气道等各部分流阻损失等。其中许多参数受到设计制造时的技术与设计水平所制约，一般要根据设计和技术条件选取，如透平初温 就要根据高温材料和冷却技术来确定。而压气机压比要通过热力循环设计优化分析来确定。
（3）机组的全工况或变工况热力特性。实际上，随着环境大气条件、外界负荷或系统本身等变化，燃气轮机及其联合循环装置总是处于非设计工况下运行，全面考虑全部可能运行区域的特性，就更为重要和实用。主要包括：
1）随大气条件变化的机组变工况特性。由于燃气轮机的工质来自大气环境、又排回大气，其输出功率对大气条件，特别是对大气温度非常敏感。通过燃气轮机及其联合循环性能（设计工况的效率与功率）相对比值随大气温度变化的典型规律。大气温度总在变化，随着温度的升高，燃气轮机及其联合循环相对的输出功率都会下降，但联合循环的功率减小要比燃气轮机平缓，燃气轮机效率下降，而联合循环的效率稍有增加；反之，当温度下降时，两者的输出功率都会增加，燃气轮机效率提高，联合循环效率稍有降低。至于大气压力则与机组安装地区的海拔高度有密切关系，燃气轮机及其联台循环的功率都与大气压力成正比，而两者的效率与此无关。但当分析机组安装地点的海拔高度对燃气轮机性能影响时，要考虑大气温度和压力两个因素的综合影响。
2）随外界负荷变化的机组变工况特性。燃气轮机是通过调节燃料量、也就是调节透平初温 来适应外界负荷变化，而不像汽轮机那样是通过改变蒸汽工质质量流量来改变功率，所以机组热经济性随负荷变化而变化趋势就非常明显。
