西门子燃气轮机技术介绍开资料

【行业动态】西门子简述HL级新型重型燃气轮机技术的发展导读：凭借其新型HL级燃气轮机技术，西门子正在进一步突破旗下重型燃气轮机效率、性能和灵活性的极限，而且西门子还表示已有的现役西门子燃气轮机机组运营商们也将从技术创新的飞跃中获益。

在柏林西部一个巨大的西门子工厂里，数百名员工正在研究世界上功率最强大的重型燃气轮机，在这台新型的工业巨兽中，西门子正以最高精度的装配方式将叶片插入透平模块中。

重型燃气轮机按照透平进口温度，目前可以分为E级，F级和H 级，其技术难度和先进程度也逐级提升，目前H级重型燃气轮机是最先进的重型燃气轮机机组，HL级则是西门子在研的下一代重型燃机。

截至2018年年底，西门子的SGT-8000H级重型燃气轮机产品已经在全球销售超过85台，总运行时间也超过650,000小时，已被证明是同类产品中最可靠的燃气轮机。

而现在，西门子正打算再进一步：基于目前成熟的H级燃气轮机技术，再研发下一代HL级重型燃气轮机，将发电效率的阈从61%提升到63%以上。

西门子的新型HL级重型燃机由三个主要型号组成：SGT5-9000HL、SGT6-9000HL和SGT5-8000HL。

在简单循环运行中，风冷式的SGT-9000HL级燃气轮机分别可以为50赫兹发电市场提供545兆瓦和为60赫兹发电市场提供374兆瓦的发电容量。

SGT5-8000HL 则可以在简单循环中提供453兆瓦的发电容量。

同时，所以的HL级重型燃气轮机的联合循环发电效率都超过了63%。

在这个组织良好，嗡嗡作响的“燃气轮机装配蜂巢”中，西门子发电与天然气集团首席技术官赵作智热情地向来访记者解释了他和他的团队如何使这项技术成为可能。

赵作智博士谈论西门子的创新精神。

基于3D打印的快速原型制造这位出生于中国的工程师在40多岁时担任西门子发电与天然气集团的首席技术官（CTO）。

他的办公室距离历史悠久的生产厂房仅一箭之遥，该生产厂房也是工业建筑的杰作，100多年来一直用于同样的目的：组装燃气涡轮发动机。

西门子燃气轮机凭借哪些黑科技不断突破传统能源利用极限？如果说航空发动机是“工业之花”，那么超大型燃气轮机就是“皇冠上的明珠”。

重型燃气轮机是21世纪动力设备的核心，燃气轮机技术是目前世界公认标志国家工业基础先进程度的关键技术。

燃机的工作原理是什么？燃气轮机是一种靠燃料（主要为天然气）与空气燃烧产生气体推动叶片做功的机械，按照燃烧室温度目前分为E级，F级和目前最先进的H级。

它的工作原理其实很简单，具体情况咱们来看下面这张图，燃气轮机从左到右可以分为三个部分：压气机（蓝色）、燃烧室（红色）、透平（黄色）。

首先压气机将空气吸入到燃气轮机的内部并进行压缩。

之后压缩过的空气会和天然气在燃烧室进行混合并燃烧，随后产生出的高温高压气体就会推动透平叶片转动，一部分动力会用于带动发电机发电，另一部分动力则会负责带动压气机转动。

燃气轮机的燃烧室可以说融合了整个燃机的大部分高精尖技术，比如H级燃机运转时，燃烧室内部的温度可以达到近1600度的高温！比火山岩浆还要热，绝大部分的金属在这个温度下都会熔化。

所以，咱们也就重点说说燃烧室里发生的那些事儿。

首先，咱们来了解一下：燃机的燃烧室是由什么材料制成的？这里先放上一个视频。

我们的帅大叔讲解的还算清楚吧？一台燃气轮机的燃烧室中配有大概500块这样的隔热瓷片，在隔热瓷片受热一面的温度将近1600摄氏度，而另一侧的温度仅有600多摄氏度，这些大约4厘米厚的陶瓷隔开了近1000度的高温！「此处应该有掌声」（西门子SGT-4000F型燃气轮机的燃烧室）但除了抗高温这就完了么？too naive！燃烧室中的气体还会以堪比龙卷风的速度（每秒100米）不断冲击着燃烧室。

所以这些瓷片还必须能抗住强大的冲击力——甚至要比应用于航天飞机上的隔热瓷片还结实。

这是因为航天飞机上的隔热陶瓷在每次降落后和起飞前都会经过严格的检查并替换受损瓷片，而燃气轮机中的隔热瓷片需要在运行数千小时候后才会进行检修。

发电：简单循环(ISO) 47.5 MW(e) / 50.5 MW(e)联合循环 2x1 (ISO) 135.4 MW(e) / 143.6 MW(e) / energy术语SC: 简单循环CC: 联合循环SCC: 西门子联合循环DLE: 干式低排放HRSG: 余热锅炉PMG: 永磁同步发电机EOH: 等效运行小时数OEM: 原始设备制造商西门子SGT-800型工业燃气轮机集可靠耐用的工业设计与高效率、低排放的特点于一身，同时在燃料、运行条件、维护理念、成套解决方案等方面具备广泛的灵活性，可满足当前及未来的市场需求。

SGT-800型燃气轮机可为一系列工业发电客户如能源公司、独立发电商、公用事业公司和市政电力部门提供经济效益极具竞争力的解决方案。

满足不同需求的出色能力SGT-800型燃气轮机较高的效率和产汽能力使其在热电联产和联合循环电厂（包括流程工业和区域供热）中表现优异。

其耐用的设计和经过验证的高可靠性也使SGT-800型燃气轮机成为炼油厂以及其它油气客户的理想选择。

SGT-800 型燃气轮机有两种功率等级，其 ISO 额定功率为 47.5 MW(e)和50.5 MW(e)。

如果需要在较高的环境温度（高于33°C ）获得优异性能，可选用高温匹配型压气机，以提高输出功率和效率。

燃气轮机的主要特点耐用的工业设计运行简单可靠的双燃料干式低排放技术出色的可用性和可靠性性能衰减率低稳定的甩负荷能力（超速小于5%）所需的供气压力较低大修间隔期及总体寿命长。

运行、燃料和应用的灵活性针对炎热和寒冷气候条件下的标准选件适应不同的运行方案和瞬态响应符合电网规范的标准选件气体燃料成分的多样化有载燃料切换能力优化成套解决方案高排烟余热，具备优异的热电联产/联合循环特性SGT-800型工业燃气轮机SGT-800型成套发电设备34SGT-800型燃气轮机技术规格轴流压气机15级轴流压气机—3级可调导向叶片电子束焊接的转子铬基合金动叶和静叶可磨蚀密封件可控扩散叶面型线燃烧室与排放控制干式低排放燃烧系统30个双燃料DLE 燃烧器安装在环形燃烧室中环形焊接金属板设计隔热的内表面涂层燃料系统单一气体燃料或双燃料（气体/液体燃料） 有载燃料切换能力甩负荷能力供气压力要求 27-30bar （绝对压力值） （390-435psi(绝对压力值)）透平单模块型高效三级透平– 前两级和静叶法兰由空气冷却– 第三级有扣联叶顶围带轴承可倾瓦径向轴承和止推轴承振动和温度监控减速箱双螺旋设计冷端驱动发电机转速1,500 rpm 或1,800 rpm ，适于50 Hz 或60 Hz 的情况发电机■ 四极设计■ 额定电压：10.5 kV/11.0 kV/13.8 kV ■ 50 Hz 或 60 Hz ■ 防护等级 IP54■ 励磁电源来自永磁同步发电机（PMG ）■ 符合IEC/EN 6034-1标准润滑润滑油系统安装在独立的撬块上（典型成套装置）或整合于燃气轮机撬块上（单点起吊式成套装置）■ 带直流后备电源的3x50%交流驱动润滑油泵■ 油冷却器和加热器启动变频器驱动（VSD ）启动电机与变速箱连接控制系统■ 西门子Simatic 控制系统■ 分布式输入/输出其它■ 直接轴向排气■ 火灾与气体检测设备■ 压气机清洗选项空气进气过滤可选择静态过滤器、脉冲式清洁过滤器或HEPA 过滤器■ 碳钢或不锈钢制罩壳，噪声等级（85dB(A)标配）5维护灵活标准的维护方案–基于运行小时和周期的维护方案 –大修间隔时间长达60,000等效运行小时 –现场维护或模块化大修，无需特殊车间维护 – 非现场维护方案：快速更换核心机，最大化机组的可用率 维护设计–紧凑模块化结构，易于维护 –可拆卸燃烧器，便于简单、快速检查 –垂直分拆式压气机外壳，便于进出 –燃气轮机可通过滑轨自罩壳内移出 多个内孔窥视仪检查口客户支持授权服务中心的全球支持网络西门子 7/24 全天候支持，包括紧急服务和专家咨询 全面现场服务远程诊断服务，包括协同故障排除和远程解决问题 OEM 产品升级 关于运行及维护的培训多种维护及服务合同可选性能规格维护灵活，高可用性*联合循环机组 SCC-800 还可采用两台以上的 SGT-800 型燃气轮机。

一、燃气轮机和蒸汽轮机的联合循环是二种不同工质二种不同热力循环的联合以其各自的优点而互补。

燃气轮机是以空气为工质的布朗脱循环（Brayton cycle），进口温度可达到1400℃，而蒸汽轮机是以水蒸汽为工质的朗肯循环（Rankine cycle），具有良好的冷端，二者结合起来的联合循环使整机效率达到一个新的高度。

燃气——蒸汽联合循环电站的优点是：供电效率远远超过燃煤蒸汽轮机电站；在国外，交钥匙工程的投资费用大约为500-600美元/kW，比带脱硫的燃煤蒸汽轮机电站（1100-1400美元/kW）低很多；建设周期短，可以按“分阶段建设方针”建厂，获得资金的最有效利用；用地、用水都比较少；运行高度自动化，满足随时启停；可用率高达85％—95％；便于快速“黑起动”（自备启动电源）；由于采用天然气或液体燃料，污染排放问题解决得很彻底，一般来说，无飞尘、SOx和NOx都很少，特别是在燃烧天然气时，还可以大大地减少CO2排放量。

当然，解决污染问题的功劳主要应归于所用的洁净燃料的特性。

二、西门子公司生产的联合循环机组与型号V94.3A联合循环系统如图一其组成是一套V94.3A的燃气轮机，一套余热锅炉，一套凝汽式汽轮机。

三、西门子燃气轮机的特点50年来，西门子燃机经过多次改进和发展，很多部件已经完全改变了，但是通过120多台产品，7万次启动和400多万运行小时的考验，一些基本设计思想却保留下来了，而且得到发展，成为西门子燃机的特色。

如图二。

这些特点归纳起来有几条：1.整体式结构2.汽缸水平中分面3.压气机进口冷端接发电机4.透平轴向排气与余热锅炉相联5.双轴承外支撑6.转子盘鼓式、轮盘外缘端面齿，7.用中心拉杆压紧8.混合型燃烧器，9.燃烧室内敷设可装卸的陶瓷隔热瓦10.带可转进口导叶的多级压气机11.4级透平，12.动叶全是自由叶片13.燃烧室上开有人孔，14.无需开缸即可检测高温燃气通道图二V94.3A的主体剖面四、单轴布置的机组系统单轴机组是将燃气轮机和再热汽轮机结合起来，组合成一个单一的原动机。

西门子H级燃气轮机的主要系统及其控制与保护摘要：西门子H级燃气轮机是一种高效能的动力装置，广泛用于能源生产和工业应用。

本论文深入探讨了H级燃气轮机的主要系统，包括燃气发生器、高压压缩机、高温燃烧系统、动力涡轮和热回收蒸汽发生器，并详细介绍了其控制与保护机制。

通过系统分析，我们强调了控制系统的关键作用，以确保设备的安全运行和性能优化。

西门子H级燃气轮机在能源行业中具有巨大潜力，深入理解其系统与控制保护将有助于更好地应用和维护这一关键技术。

关键词：H级燃气轮机；主要系统；控制保护1.引言西门子H级燃气轮机作为现代工业和能源领域的重要装置，其高效能和广泛应用引发了广泛关注。

本论文的研究背景在于深入探讨H级燃气轮机的主要系统，包括燃气发生器、高压压缩机、高温燃烧系统、动力涡轮和热回收蒸汽发生器，以及其复杂的控制与保护机制。

通过深入研究这些关键方面，我们旨在提高对H级燃气轮机技术的理解，为其可靠性、性能和安全性的维护和优化提供有力支持。

2.西门子H级燃气轮机概述2.1H级燃气轮机的定义和特点H级燃气轮机是一种高效能的工业燃气轮机，其特点在于高效率和可靠性。

这种燃气轮机以其卓越的性能在能源行业、工业制造和电力生产等领域得到广泛应用。

其设计和制造遵循了最新的工程技术标准，以确保出色的性能和长期可维护性。

2.2系列产品和应用范围西门子的H级燃气轮机系列包括多种型号和配置，以满足不同应用的需求。

这些燃气轮机可以适应不同的燃气类型，包括天然气和工业废气，从而使其在多种工业和能源领域中具有广泛的应用潜力。

无论是用于发电、压缩机驱动还是工业加热，H级燃气轮机都为用户提供了高效的动力解决方案。

3.主要系统3.1 燃气发生器系统燃气发生器系统是H级燃气轮机的核心，负责将燃料（通常是天然气或工业废气）转化为高温高压的燃气。

这个过程通过燃烧室中的燃烧来实现，燃气发生器的设计和性能直接影响了整个燃气轮机的效率和输出。

西门子的H级燃气轮机采用先进的燃烧技术和材料，以确保在高温高压条件下稳定运行，同时最大限度地减少排放。

西门子SGT5-4000F（2）型燃气轮机预混燃烧器改造技术介绍摘要：本文介绍了NOx的生成机理，西门子SGT5-4000F（2）型燃气轮机的三种燃烧模式，针对该型燃气轮机NOx排放偏高的现象重点介绍了预混燃烧器的改造方法和效果，为同类型燃气轮机降低NOx排放和提高燃烧稳定性提供了有效的解决方案。

关键词：NOx排放；预混燃烧器；9孔改8孔一、引言近年来，随着雾霾天气的进一步加重，环境压力与日俱增，燃气机组的环保排放要求也越来越高，低NOx排放成为燃气轮机发电重点研究的方向。

西门子SGT5-4000F（2）型燃气轮机预混燃烧器做9孔改8孔技术改造，既能提高燃烧稳定性，又能有效降低火焰中心温度从而降低NOx排放量。

二、氮氧化物的生成机理氮氧化物（NOx）是指氮的氧化物的总称，环境监测废气中的氮氧化物一般是指NO和NO2的总称。

研究表明，NOx的生成途径有三种：（1）热力型NOx，指空气中的氮气在高温下氧化而生成NOx；（2）燃料型NOx，指燃料中含氮化合物在燃烧过程中进行热分解，继而进一步氧化而生成NOx；（3）快速型NOx，指燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如CH等反应然后快速与氧气反应生成NOx。

快速型NOx通常所占比例不到5%；萧山天然气气源中含氮化合物的含量非常低，所占体积分数不超过0.1%，因此燃料型NOx的比例也很低；在温度低于1500℃时，热力型NOx的生成率很低，但是在1500℃以上时，热力型NOx生成速度迅速增长，尤其是1650℃以上时，热力型NOx的生成率将大幅提高，且温度越高，生成率就越高。

故燃气轮机NOx的排放量主要来自于热力型。

三、西门子SGT5-4000F（2）型燃气轮机的燃烧运行模式西门子SGT5-4000F（2）型燃气轮机燃烧器组件由扩散、预混、值班燃烧器组成，并根据不同的燃烧工况进行切换，称为“三段混合燃烧器”。

相对应的，此类型燃烧器有扩散、预混和值班三种燃烧模式。