燃气轮机17

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3.F级联合循环性能的分析比较3.1在中国已生产投运的产品的性能分析这三家燃气轮机制造集团在中国已生产投运的产品具备以下共同特点：① 单机容量大，为256-271MW，“1+1”（一台燃机带一台汽机）的联合循环功率即已达到391-397MW。

② 专为烧天然气而设计。

燃气初温高，因而燃气轮机自身的效率也高。

燃气初温均达到或超过1320℃，燃气轮机效率在36.9％～38.9%之间。

三菱M701F4燃气蒸汽联合循环摘要：作为西气东输和LNG（液化天然气）输入的配套工程，我国新建了一批350MW等级燃气-蒸汽联合循环机组。

介绍日本三菱重工业公司生产的M701F型重型燃气轮机的性能及主要结构特点，分析了其与其它同类产品的优缺点。

关键词：燃气—蒸汽联合循环；结构；性能1、引言三菱M701F燃气轮机为采用带进气可调导叶（IGV）的17级高效率轴流式压气机。

燃烧室由环绕机轴呈环状布置的20只燃烧器组成。

透平段包括4级反动式叶片。

燃气轮机的特点是高温透平，而且沿用了许多三菱燃气轮机系列发展过程中的特性，燃气轮机叶片装有先进的冷却系统。

叶片涂有涂层，以改进耐腐蚀和抗机械磨损的能力。

2、F系列燃气轮机概况20世纪60年代初，三菱向美国西屋公司（现已被西门子兼并）购买了生产燃气轮机的许可证，80年代中期在与西屋分手后才开始进入自主研发阶段，但在不到20年的时间里，三菱迅速成为独立研发和制造的世界重型燃气轮机主要制造厂商。

F系列分为用于60Hz的M501F和用于50Hz的M701F两类产品，先开发研制的是M501F机型，首台样机在1989年完成了工厂带负荷试验，并于1993年投运，而M701F机型是按M501F机型比例模化法设计而成，首台样机于1992年6月在三菱重工的横滨工厂进行了两年的性能和可靠性试验，并于1996年投入商业运行，透平进口温度1350℃，出力234.2MW，压比16，机组效率36.6%M701F经过了多次改进，1997年M501G试制成功后，又将透平叶片新材料和隔热涂层等新技术反过来用于M701F型机组上，使透平进口温度进一步提高到1400℃，也是东方电气要从三菱引进的F级燃气轮机，即透平进口温度1400℃，出力270MW，压比17，机组效率38.2% 。

经过改进，性能提高了，机组的可靠性也得到了改善。

到2002年7月，三菱F系列燃气轮机在世界累计投运了56台，其中M710F型32台，累计运行57.9万h，平均可靠性99.6%（截止2003年7月投运的F系列燃气轮机已增至65台，实际累计运行180万h）。

第35卷 第2期热力透平Vol 35No 2 2006年6月THE RM ALTU R BINE Jun e2006燃气轮机气动热力相关部分问题研究袁 新(清华大学热能工程系热科学与动力工程教育部重点实验室,北京100084)摘 要: 简要综述了本研究组近年来在燃气轮机气动热力相关方面的研究工作进展,包括多级轴流压气机整机全工况特性的数值分析,多级轴流压气机间隙流动对性能的影响分析;燃气透平冷却叶片的气动分析方法。

着重描述了叶轮机械叶片三维粘性气动优化设计系统及其实用状况。

展现了在我国燃气轮机产业的消化吸收与自主研发中发挥作用的可能性,展望了本研究组的长远研究目标。

关键词: 燃气轮机;压气机;透平叶片;气动优化;气膜冷却中图分类号:T K471 文献标识码:A 文章编号:1672-5549(2006)02-0065-09 Research of S ome Aerothermodynamic Problems Relative to Gas TurbineYUA N X in(Ke y L ab orat ory fo r Th e rm al Scie nce a n d Po wer En gin e erin g o f Ministry of E du cation,De pa rtmen t of Th e rma l En gine erin g,Tsin g h u a U niversity,Beijin g100084,C h in a)Abstract:T his paper summar izes the present r esear ch pro gr ess about aer othermo dy nam ic pr oblems co ncer ning gas tur bine in o ur resea rch g roup during the r ecent years T he cur rent state of pr og ress is illustrated,including the predictio n o f ov erall perfo rmance of multistage axial compresso r,the analysis o f leakag e and seal flo w in multistag e axial compresso r and the dev elo pment o f numer ical simulat ion t echnique o n the film co oling effectiveness fo r gas turbine blade T his paper mainly focuses on the advanced aerothermodynamic optimization system fo r turbomachinery and its pr actical applications All the discussions indicate the practicability of our achievement in the imitational and sel-f reliance design process of China s g as turbine industry T he paper looks ahead the future research g oal of our research groupKey words: g as turbine;compressor;turbine blade;aero thermodynamic o ptimizat ion;film coo ling0 引言燃气轮机诞生70年来技术发展迅速,至今势头不减,被广泛用于航空、舰船、发电、工业驱动、车辆驱动等领域。

2.燃气轮机2.1种类和型式2.1.1 燃气轮机gas turbine以气体作为工质进行压缩、加热后在透平中膨胀，使部分^能转换为机械能的旋转式动力机械。

一般由压气机、燃烧室、透平、控制系统及必要的辅助设备组成，在工质循环中除余热锅炉外的热交换器应包括在内。

2.1.2 燃气轮机动力装置gas turbine power plant以燃气轮机为动力的装置。

它包括燃气轮机和产生有用的动力(例如电能、机械能、热能)所需的基本设备。

2.1.3 开式循环燃气轮机open cycle gas turbine热力循环中的工质由大气中吸入并排入大气的燃气轮机。

2.1.4 闭式循环（燃）气轮机closed cycle gas turbine热力循环的工质与大气隔离的(燃)气轮机。

2.1.5 半闭式循环燃气轮机semi-closed cycle gas turbine同-热力循环的工质,一部分进行闭式循环，另一部分进行开式循环的燃气轮机。

2.1.6 简单循环燃气轮机simple cycle gas turbine仅由压缩、一次加热和膨胀过程组成热力循环的燃气轮机。

2.1.7 (中）间冷（却）循环燃气轮机intercooled cycle gas turbine在相继的压缩段之间对工质进行冷却'的燃气轮机。

2.1.8 回热循环燃气轮机regenerative cycle gas turbine利用透平排气的余热来加热进入燃烧室或热g热交换器的工质的燃气轮机。

2.1.9 再热循环燃气轮机reheat cycle gas turbine.在相继的膨胀段之间对工质进行再次加热的燃气轮机。

2.1.10 复杂循环燃气轮机complex cycle gas turbine具有（中）间冷（却）、回热、再热三者中的一个或若干组合方式的燃气轮机。

2.1.11 联合循环combined cycle由两种或更多热力循环组成的热力系统，而每种热力循环使用不同的工质。

涡轮叶片冷却设计的各项验证试验是燃气轮机整机测试前需要完成的基本任务。

这些验证试验会用到多种测试技术，叶片设计人员掌握这些测试技术的原理、仪器和使用方法，可以为叶片冷却设计的验证和产品的研制成功提供基础支撑。

燃气轮机涡轮叶片冷却设计的验证，需要经过一系列循序渐进的试验，一般分为流量试验、内换热系数试验、气膜有效度试验、外换热系数试验、冷效试验、整机试验等。

燃气轮机研发中的这些试验需要用到多种试验测试技术，主要分为常规流场测量技术、叶片温度测量技术、传热组合量的测量等几类。

其中，流场测量是各项冷却试验测试的基础，叶片温度测量是冷却试验的核心，其他物理量的测量则是为了测量一些组合物理量，如热流密度、换热系数、气膜有效度等。

为了达到试验目的，顺利完成试验任务，选择合适的测量技术至关重要。

常规流场测量技术涡轮叶片的各项验证试验都需要测量流场的基本参数，其中，流量、压力、流场温度、湍流度等参数是最基本的测量物理量。

流体流量和压力的测量已经非常成熟，不再赘述。

流场的温度测量方法也很多，叶片温度测量所使用的大部分技术和手段都可用于流场温度的测量（在叶片温度测量技术中详细叙述）。

流场湍流度的测量相对复杂，且一般需要经过数据处理和换算，目前常用的手段有脉动压力传感器、激光多普勒测速（LDV）、热线风速仪（hot wire anemometer）和粒子图像测速（PIV）技术等，其中热线风速仪使用最为广泛。

热线风速仪主要有恒温式和恒流式两种，常用的是恒温式。

热线风速仪有很多的生产厂家，但可用于流动细节和机理研究、可测量较高脉动频率的较少。

目前的技术还是用于测量较为宏观的参数，这对于试验而言也已经足够。

热线风速仪的国际知名厂商主要有美国的提赛环科仪器（TSI）公司和丹麦的丹迪动态（Dantec）公司，它们的典型产品性能如表1所示。

表1 热线风速仪性能叶片温度测量技术叶片温度的测量是冷却试验的核心。

温度测量技术可以分为两大类，接触式测量和非接触式测量。

GE公司F级燃气轮机董卫国国家电力公司热工研究院，陕西西安7100320 引言GE公司的F级燃气轮机是80年代末开发出来的一代性能优良的发电机组，是其长期发展计划的成果。

1981年GE公司开始实施F级燃气轮机计划，使用较高燃烧温度的大型燃气轮机，来提高联合循环电厂的效率，降低发电厂的运行成本。

此项计划采用了GE航空发动机公司和研究发展中心共同推出的先进技术，促进了一批新技术的应用。

这些新技术包括了叶片冷却技术（如蛇形紊流式冷却通道和气膜冷却）、先进的空气动力学设计（如具有大容量空气流量的超音速压气机叶型）、新型合金材料以及定向结晶甚至单晶超耐热合金铸件等。

这些新技术在F级燃气轮机上的应用，使机组的燃烧温度提高到超过前几代机组的水平。

第一台7F型燃气轮机在1987年组装完成，并进行了各种试验。

1990年安装在美国弗吉尼亚电力公司的Chesterfied第7座电站，到1993年6月可靠性就达到％。

1992年末，韩国采用7F型燃气轮机联合循环装置建成的1910MW Seoinchon电站净热效率达55％。

后来在7F基础上，采用模化原理设计制造了50Hz的9F型燃气轮机和可用于50Hz及60Hz的6FA燃气轮机。

目前GE公司F级燃气轮机订货和投运的已超过800台，积累了330多万h的实际运行经验，是目前世界上商业应用数目最多、运行时间最长的大功率先进发电燃气轮机。

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 级燃气轮机联合循环（三压再热蒸汽循环）的性能。

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效率/% 34透平进口温度/℃1327 1327 1288压比质量流量/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净热耗率/kJ·（kWh）-16350 6305 6767 6654净效率/%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。

燃⽓轮机复习考试题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）Ic,Is或Ie 的百分数。

（15）最佳压缩⽐（16）燃烧效率：⼀个⼩于1的参数，⽤来描写燃烧过程中燃料能量的实际利⽤程度。

（17）间冷循环：采⽤为了减少压⽓机的耗功量，把⽓体稍微加压后，就引出来冷却降温，然后再使之增压，从⽽提⾼⽐功的这种分段冷却、逐渐加压⽅法的燃⽓轮机热⼒循环，就叫做间冷循环。

联合循环燃气轮机发电厂简介 [ 日期：2005-02-17 ] [ 来自：网友&网络]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年投入商业运行，基本负荷燃用天然气时的功率为123.4MW，热效率为33.79%，排气温度539℃，排气量1476×103公斤/小时，压比为12.3，燃气初温为1124℃，机组为全自动化及遥控，从启动到满载正常时间为约20分钟，机组使用MARKⅤ控制和保护系统.MS9001E型机组为户外快装机组，因此不需要专用的厂房建筑，而是用多块吸声板构成的长方形箱体，机组即放置在其内，箱体既起隔声作用，又能代替厂房使机组在各种气候条件下都能正常工作，每台机组连同发电机及控制室等均分别放置在长方体状的箱体内，在其周围还有空气进气系统，燃料供应单元和机组的冲洗装置等附属设备，组成整套燃气轮机动力装置。

燃气轮机原理填空题1.燃气轮机理想简单循环包括、、和。

〔绝热压缩过程；等压燃烧过程；绝热膨胀过程；等压放热过程〕。

2.燃气轮机实际循环中当提高时，比功和效率都提高。

〔压比〕3、燃气轮机是一种以为工作介质、将热能转变为机械能的高速回转式动力机械。

与燃机、蒸汽轮机一样，为原动力机。

〔空气和燃气〕4、进气温度的升高会使燃气轮机的功率及热效率下降，其中热效率受进气温度的影响较功率要。

〔小〕5、评价燃气轮机变工况性能优劣的指标主要是和。

〔经济性、稳定性〕6、提高燃气温度(初温)的方法有和。

〔采用高温材料、改良冷却技术〕单项选择题1.理想回热循环的比功较简单循环的比功。

〔C〕A 、大 B、小 C、一样2.透平中高温燃气的焓降大于在压气机低温空气的焓增，比例大约为。

〔B〕A 、2:3 B、3:2 C、1:1 D、4:33.随着大气温度的提高，下面哪个说法是正确的。

〔C〕A、机组出力会上升Ｂ、机组热效率会略微上升 C、燃机排气温度上升4.温比一定时，燃气—蒸汽联合循环亦存在最正确压比，其效率最正确压比燃气轮机简单循环的效率最正确压比。

〔A〕A、小于B、等于C、大于D、接近5.一般情况下，对燃气轮机设计效率的影响程度最大的影响因子是。

〔B〕A、压气机效率B、透平效率C、燃烧效率D、温比6.一般在描述燃机功率和热效率时所说的ISO条件是指。

〔D〕A、环境温度0℃,50%相对湿度和海平面海拔高度B、环境温度0℃,60%相对湿度和海平面海拔高度C、环境温度15℃,50%相对湿度和海平面海拔高度D、环境温度15℃,60%相对湿度和海平面海拔高度7.燃气轮机简单理想布雷顿循环在燃烧室完成的是。

〔B〕A、等熵绝热压缩过程B、可逆定压吸热过程C、等熵绝热膨胀过程D、可逆定压放热8.燃气轮机的净效率用计算。

A、lc/qB、ls/qC、le /q多项选择题1、提高燃气轮机简单循环比功的措施有。

〔ABCDE〕A 、提高温比 B、提高压比 C、采用间冷循环 D、采用再热循环E、采用联合循环2、提高燃气轮机简单循环效率的措施有。