燃气轮机基础知识
燃气轮机简介
西门子SIEMENS 燃气轮机 ❖ we
GE 燃气轮机
1、燃气轮机基本原理
❖ 地面燃气轮机旳评价参数：
效率：42.9% ，联合循环效率高达58%；（油耗率、热耗） 功率： 最大334MW； 涡轮前温度、压比； 寿命：50000~100000小时； 停机检验时间：4000~8000小时； 单位功率旳重量：重型旳一般不小于2～5kg/kW，轻型则
在1872瑞士人Stole取得了一种燃气轮机旳专利，他设计 旳燃气轮机涉及多级轴流式压气机、反动式涡轮、燃烧 室、回热器等部件。
1895年,美国人 Charles提出了完整旳燃气轮机旳设计专 利。
2、燃气轮机发展史
❖ 在1923年，法国人 Stolze制造了第一台“真正”
旳燃气轮机，而且进行了试验，但是成果却是失败 了。装置除了带动本身旋转外，几乎不能对外输出 功。 ❖ 同步，其他旳人也尝试制造燃气轮机，但是几乎都 失败了。 ❖ 失败旳主要原因有两个：
部件旳效率偏低（主要是压气机，当初旳压气机效率只有 60%左右）。
材料旳限制（没有耐热钢和冷却技术，涡轮前温度只有 740K左右，在后来旳学习中会发觉涡轮前温度循环效率旳 影响最大）。
2、燃气轮机发展史
❖ 到了20世纪30年代，因为空气动力学旳发展应用在 压气机设计领域，使得压气旳效率和压比均得到了 提升；同步冶金技术旳发展出现了耐热钢，能够承 受500~600摄氏度左右旳高温。为燃气轮机旳制造成 功提供了基本旳确保。
一、燃气轮机简介
1. 燃气轮机基本原理 2. 燃气轮机发展史 3. 燃气轮机旳特点 4. 燃气轮机旳应用 5. 发展前景
燃气轮机介绍
西门子 燃气轮机
，
GE 燃气轮机
，
三菱燃气轮机
，
2、燃气轮机结构组成
❖ 2.1轴流式压气机
❖ 压气机负责从周围大气中吸入空气，增压 后供给燃烧室，分轴流式压气机与离心式压 气机（应用较少），这里介绍轴流式压气机。
❖ 轴流式压气机的叶轮由叶片与叶盘组成， 工作原理如同电风扇的叶片，叶片旋转时拨 动空气，流动产生风；压气机的叶轮旋转把空 气推进气缸压缩。
❖ 理论上进入燃烧室的空气压力越高越好，实际上综合各 种因素，，压比较多为 12 至 20。燃气轮机的压气机由本身 的涡轮机带动，燃气轮机启动时，先使用外动力带动压气 机旋转，把空气压入燃烧室。燃气轮机点火后进入运转状 态，则转变至由涡轮带动压气机旋转压气。
西门子 燃气轮机
西门子 燃气轮机
西门子 燃气轮机
1、燃气轮机基本原理
❖ 电站燃气轮机循环主要性能指标：
压比：压气机出口的气体压力P2*与进口的气体压力P1* 之比值，反映工质被压缩的程度。 温比：循环最高温度t3*（燃气初温：第一级喷嘴后缘 平面处的燃气的平均滞止温度）与最低温度t1*之比值。 比功：是指相应于进入燃气轮机的每lkg空气，在燃气 轮机中完成一个循环后所能对外输出的功。 单机功，率：燃气轮发电机组的输出电功率PGTG，为主要的 性能指标。 热效率：当工质完成一循环时，把外界加给工质的热量 转化成为机械功或电功的百分数。
❖ 燃气轮机定义：燃气轮机是将燃料（石油、天然 气）的能量转化为某种形式的有用功，例如机械 功或者高速喷气式动力装置的推力。
❖ 最简单的燃气轮机包括三部分：压气机、燃烧室、 涡轮。
❖压气机——压缩空气（消耗功） ❖燃， 烧室——燃料与空气燃烧（化学能转化为热能） ❖涡 轮——燃气膨胀做功，一部分功用来带动压
燃气轮机基础知识.
燃气轮机转子
燃烧室产生的高温膨胀气体是同时作用到涡轮叶片与压气机叶片 上，如何保证涡轮带动压气机正向旋转呢，简单说涡轮叶片工作直径 大于压气机出口处的叶片工作直径，涡轮叶片的面积也大于压气机出 口处的叶片面积，这就初步保证在同一压力下涡轮的输出力矩大于压 气机所需的力矩，当然更重要的是压气机叶片与涡轮叶片的良好空气 动力学设计才能保证两者高效运行。燃气轮机在设计时就要保证涡轮 机输出的功率要大于压气机所需的功率，才能使燃气轮机在带动压气 机的同时还能向外输出功率。
轴流式压气机
压气机负责从周围大气中吸入空气，增压后供给燃烧室，从工作原 理上讲，主要有轴流式压气机与离心式压气机。离心式压气机工作原 理与离心式鼓风机（或离心式风筒）相同，用得较少，这里介绍轴流 式压气机。 轴流式压气机的叶轮由叶片与叶盘组成，工作原理如同电 风扇的叶片，电风扇的叶片旋转时拨动空气流动产生风；压气机的叶 轮旋转把空气推进气缸压缩。 为了生成高压空气，压气机在主轴轴向 装有多级叶轮，若干叶轮固定在压气机的转轴上构成压气机转子，下 图一个13级压气机的转子,转子上的叶片与主轴一同旋转，称为动叶。 光有动叶还不能有效的压气，简单说，空气经过动叶后运动方向不单 是轴向前进，还沿着动叶旋转的方向运动。这会使下级动叶的压缩效 率大大降低。倘若这样一级级下去，压气机内的空气变成跟着转子旋 转的气团，根本无法正常压气。在每级动叶后每插入一级静止的叶片 （静叶），可改善这种状况。
六燃气轮机的油系统
燃气轮机润滑油系统是任何一台燃气轮机必备的一个重要的辅助 系统。它的作用是在机组启动、正常运行以及停机过程中，向正在运 行的燃气轮机发电机组的各个轴承、传动装置及其附属设备，供应数 量充足的、温度和压力合适的、干净的润滑油，以确保机组安全可靠 地运行，防止发生轴承烧毁、转子轴颈过热弯曲、高速齿轮法兰变形 等事故。此外，部份润滑油可能从系统分流出来，成为液压油系统的 油源，或经过滤后作为控制油系统的用油。整个润滑油系统的组成应 包括下列一些设备：
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结构复杂，各种损失大，实际 应用的比功和效率没有理论上 那么高；操作复杂，实际上没 采用过，仅有个别试验机组。
五、复杂循环
t3提高速率目前接近 25 ℃ /年，MS9001FA已达1288 ℃。
第二种技术：先进的冷却技术的发展。
新冷却技术，如内冷、薄膜冷却、发散冷却等，冷却效果提
高且冷却空气量大幅度下降。
目前发展的蒸汽冷却技术以及耐高温陶瓷材料的应用，使燃气
初温大幅度提高 （可达1427 ℃ ） ，可进一步节约冷却空气量。
1-2’ 低压压气机中压缩过程； 2’-1’ 中冷器中的冷却过程； 1’-2高压压气机中压缩过程。 T-S图上机组的循环比功增大
对于多级间冷循环，如何分配压比最佳？
在相同的压气机效率C*和进气温度T1*的前提下， 最佳压比分配规律：
1
* c1
* c2
* cn
n
* C
* C
n
这些措施，无论对燃气轮机装置的实际循环，还是 理想循环，都是有效的。
一、回热循环
在简单循环三大件基础上增加一个热交换器（即 回热器），利用涡轮的排气来加热进入燃烧室的空 气，这样的循环称为回热循环。
分析实际循环，注意到燃气轮机排 气温度通常总是高于压气机出口温 度。循环加热和放热过程的温度变 化范围有交叉。 利用这个温度交叉，增设回热器， 进行内部回热，可达到提高循环平 均吸热温度和降低循环平均放热温 度的目的，从而提高循环的热效率。
回热器是一个庞然大物，使整个机组变得 笨重、成本增加、运行启动复杂。
目前，只在大型基本负荷的燃气轮机机组 中采用。
燃气轮机手册
燃气轮机手册燃气轮机是一种热力机械，将燃料的化学能转化为机械能。
下面是一份简要的燃气轮机手册，介绍燃气轮机的基本原理、类型、应用和维护。
一、燃气轮机基本原理燃气轮机的工作原理是基于热力学循环，通常采用布雷顿循环。
在布雷顿循环中，气体在高温高压条件下膨胀，产生动力，然后通过冷却在低压低温条件下收缩，形成一个闭合的循环。
燃气轮机的四个主要部分是：燃烧室、喷嘴、涡轮和压缩机。
1. 燃烧室：燃烧室是将燃料和空气混合并燃烧的地方。
燃料可以是天然气、石油气、煤炭气等多种形式。
2. 喷嘴：喷嘴是将高温高压的气体排放到涡轮的地方。
喷嘴的设计对燃气轮机的性能至关重要。
3. 涡轮：涡轮是燃气轮机的核心部分，利用高温高压气体的能量驱动。
涡轮的叶片设计要承受高速气流的冲击，因此需要高温合金等先进材料。
4. 压缩机：压缩机是将空气压缩并送入燃烧室的地方。
压缩机的工作效率直接影响到燃气轮机的性能。
二、燃气轮机类型1. 轴流式燃气轮机：轴流式燃气轮机的气体流动方向与轴线平行，具有结构简单、体积小、重量轻、维护方便等优点。
2. 径流式燃气轮机：径流式燃气轮机的气体流动方向与轴线呈径向，具有效率高、抗振性能好等优点。
3. 反动式燃气轮机：反动式燃气轮机在涡轮后方设有反作用轮，可以提高输出功率和效率。
三、燃气轮机应用燃气轮机广泛应用于电力、石油、化工、航空、航天等领域。
在电力领域，燃气轮机主要用于应急发电、调峰发电和热电联产等。
在航空航天领域，燃气轮机是飞机和火箭的动力装置。
四、燃气轮机维护1. 定期检查：定期对燃气轮机进行检查，确保各部件工作正常，及时发现并排除故障。
2. 清洁保养：保持燃气轮机清洁，避免灰尘和污物进入机内，影响性能和寿命。
3. 燃料系统维护：定期检查燃料系统，确保燃料供应稳定，防止泄漏。
4. 冷却系统维护：保持冷却系统畅通，避免过热损坏。
5. 润滑系统维护：定期更换润滑油，保证各部件润滑良好。
燃气轮机是一种高效、环保的热力机械，具有广泛的应用前景。
华科 燃气轮机知识点
第一章燃气轮机及其热力循环一概况燃气轮机是靠内部燃料燃烧释放出的热量直接加热空气，并通过行成的燃气将热能转换成机械功的一种热力机械，同样是内燃机。
主要由叶轮式空气压缩机、燃气发生器（燃烧室）和燃气涡轮三个基本部分组成，还有燃料、润滑、冷却、启动、调节和安全等辅助系统三、两种内燃机优缺点比较及它们的复合形式1,功率大、重量轻、体积小是燃气轮机的优势燃气轮机气体流通率高，单位时间内可以燃烧更多的燃料，发出更大的功率。
2,燃气轮机与活塞式内燃机热效率的比较相对而言，燃气轮机的热效率较低，主要原因：（1）压缩方式不同，叶轮式压气机效率较低，（2）能量转换方式不同（3）最高燃气温度不同：燃烧温度，瞬间温度，叶片材料耐热能力3.两种内燃机复合形式的典型－废气涡轮增压内燃机把活塞式内燃机与燃气轮机结合，扬长补短，组合成性能更为优越的热力发动机。
复合式内燃机－废气涡轮增压柴油机；相对而言，燃气轮机实际是涡轮增压柴油机的一部分而已。
增压技术是一种提高发动机进气能力的方法。
它通过采用专门的压气机，预先对进入气缸的气体进行压缩，提高进入气缸的气体密度，增大进气量，更好地满足燃料的燃烧需要，从而达到提高发动机功率的目的。
发动机的增压方法主要有三类：机械增压、废气涡轮增压和复合增压。
四、燃气轮机的现状与趋势1,燃气轮机的现状与水平（1）机组功率和效率（2）环保性能（3）可靠性(4）应用现状航空领域，主要有涡轮喷气、涡轮风扇，涡轮螺浆、涡轮轴发动机，其中涡轮风扇发动机推进效率高、油耗率低，应用最广泛。
航机的发展领先于地面燃气轮机，它的先进技术常移植到地面燃气轮机设计中。
电站发电用途，在一些工业发达国家，燃气轮机和联合循环发电之和超过了蒸汽轮机，成为电力工业的主力军。
舰用燃气轮机被广泛应用，2. 燃气轮机的发展趋势（1）进一步提高性能；提高燃气初温，采用涡轮机叶片冷却技术，研制高温材料叶片；燃气初温达到1700度的涡轮机研制工作已在进行，同时要兼顾可靠性和使用寿命。
燃气轮机基础知识
一、燃气机组与我们的工作 二、燃气机组概况 （一）组成 （二）类型 （三）特点 （四）应用 三、燃气轮机循环概况 （一）简单循环及其特性 （二）改进循环措施 （三）燃气 ----蒸汽联合循环 四、电站燃气机组控制要求特点 启动、控制 转速、负荷控制 温度控制 防喘振
1
燃气轮机基础知识
火电站 → 燃气电站 → 水电、风电、核电 4. 我们工作领域将会逐渐转化
我们必须跟上时代，不断学习新知识进入新的领域。
2
二、燃气机组概况
〈一〉组成：
燃料
1. 压气机：多级轴流式压气机 2. 燃烧室：多管或筒式 3. 燃气透平：高温、燃气气轮机 4. 拖动负载：发电机、螺旋浆、泵等
一般说燃气轮机装置主要是： 压气机、燃烧室、燃气透平三大件。 在T－S图上工作过程如图所示。
汽机特性： (图五) ?T ? f（T3 ?GT）
在亚音速区：
G ? P3 G0 P30
T30 T3
1?
????
P3 P4
????2
1?
????
P30 P40
???2
?
f ( P3 ?T3 )
P3T3
0
?T
P30
T＇4 P4T4
温线 等
T30 T3
G0
GT
图五 燃气轮机特性曲线
7
3. 燃烧室及其特性 过程：等压燃烧过程 GK → 压气机流量，即进入燃烧室空 气流量 Gn → 燃料流量 GT → 燃气流量，进入透平流量 在等压下（ P2≈P3），燃烧后燃料热转化 为燃气温度升高。
燃气机组效率：
余
热
QGT
锅
炉
? GT
?
燃气轮机基础知识
第一章 绪论
一、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。
燃气轮机基础知识
第一章 绪论
先进的燃气轮机已普遍应用模块化结构。运输、安装、维修和更换都比 较方便，而且广泛地应用了孔探仪、振动、温度监控、焰火保护等措施，其 可靠性和可用率大为提高，指标已超过了蒸汽轮机电站的相应指标。此外， 在环保方面，出于燃气轮机的燃烧效率很高，排气干净，未燃烧的碳氢化合 物，CO、S0X，等排放物一般的都能够达到严格的环保标准，再结合应用 干式低NOX燃烧室、排气烟道中安装选择性催化还原装置(SCR)等技术措施， 可施使NOX的排放低至9ppm，满足最严格的环保要求。因此，燃气轮机发 电机组，特别是燃气-蒸汽联合循环机组已作基本负荷机组或备用机组得到 了迅速的应用。 燃气轮机的发展主要还是圈绕着增加单机功率，提高效率和经济性，燃 用多种燃料和廉价燃料，减少对环境的有害影响来进行的。诸如加强高温材 料的开发，提高冷却技术，发展闭回路蒸汽冷却燃气轮机，发展新型航空改 型燃气轮机，开发先进的燃气轮机循环，进一步发展清洁煤技术等等。燃煤 的燃气-蒸汽联合循环是“煤的清洁燃绕”技术中最为令人瞩目的项目，是九十 年代到下世纪之初最有发展前途的方式。到目前为止最具竞争力的方案有三 个，即(1)增压流化床方案(PFBC);(2)增压流化床加炭化炉加顶置燃烧室方 案(简称CPFBC燃气· 蒸汽联合循环);(3)整体煤气化联合循环(IGCC)。
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图九 复杂循环
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＜三＞燃气－蒸汽联合循环 燃气循环和蒸汽循环联合在一起的循环
即燃气－蒸汽联合循环。 燃气机组效率：
图十 燃气－蒸汽联合循环
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图十一 联合循环T-S图
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3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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火电站 → 燃气电站 → 水电、风电、核电 4. 我们工作领域将会逐渐转化
我们必须跟上时代，不断学习新知识进入新的领域。
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二、燃气机组概况
〈一〉组成：
1. 压气机：多级轴流式压气机
2. 燃烧室：多管或筒式
3. 燃气透平：高温、燃气气轮机
4. 拖动负载：发电机、螺旋浆、泵等
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图五 燃气轮机特性曲线
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3. 燃烧室及其特性 过程：等压燃烧过程
GK → 压气机流量，即进入燃烧室空 气流量
Gn → 燃料流量 GT → 燃气流量，进入透平流量 在等压下（P2≈P3），燃烧后燃料热转化
为燃气温度升高。
热平衡方程：
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4. 循环效率η：
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2020/11/21
燃气轮机基础知识
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一、燃气机组与我们的工作 1. 能源趋势
煤 → 火力发电 油气 → 燃气轮机电厂（联合循环） 原子能 → 核电站 水力、风力、太阳能 → 水电站、风力电站、太阳能电站 2. 电站发展趋势 1）火电站 → 超临界（高效、环保）、大容量（60~100万行瓦级） 2) 燃气 →蒸汽联合循环电站是方向（高效、环保） 3) 大力发展可再生能源电站 3. 电站控制趋势
2020/11/21
燃气轮机基础知识
理论效率：
可推出：
考虑各种损失后，实际循环效率 （图六）
提高燃气温度T3，增加压比可提高 循环效率。 GE公司 9FA燃机机组 T3＝1300℃ ε＝15 η＝37% 与中压火电机组差不多
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图六 燃气机组循环效率
燃气轮机基础知识
5.运行工况点 1) 带发电机的燃气机组（图七）： 2) 各工况下转速基本不变，工况点在 等转速线上。压气机特性、透平特性、 等压燃烧特性综合其工况变化如图七。 3) 通过温度来调节，适应工况变化， 而流量变化不大，属于质的调节。部分 负荷效率低。工况线为A－B。 4)2） 带压气机或推进器（浆叶）的燃气 机组（图八） 5) 转速随着工况而变化，转速变化大， 即流量变化大，而温度变化不大，属于 量的调节。 6) 部分负荷效率较高。 7) 工况线为：A－C
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＜三＞装置特点 单位重量下功率大 → 轻 启动快 环保好 单机效率不高，联合循环效率很高（57%以上）
＜四＞应用 1. 燃气轮机发电机组（带发电机）
列车电站（移动电站） 燃气轮机电站（尖峰负荷机组） 燃气－蒸汽联合循环电站 2. 船用燃气轮机（带螺旋浆） 3. 输气管线增压站（带压缩机） 4. 飞机（各类喷气发动机）
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图七 等转速工况曲线
图八 变转速工况曲线
燃气轮机基础知识
＜二＞改进循环的措施
为了进一步提高燃机装置的效率，
提出一些新的措施，改进循环。
1) 回热循环
2)
增加回热器，回收部分燃气排
气热。
3) 2) 多级压缩中间冷却
4)
减少压气机消耗的功。
3）中间燃烧
提高透平平均进气温，即提高循环 效率，以上措施可分别使用也可同 时使用。当高温材料问题未突破前， 以上这些措施还是采用比较多的。
5.
一般说燃气轮机装置主要是：
压气机、燃烧室、燃气透平三大件。
在T－S图上工作过程如图所示。
图一 单轴燃气机组
PPT文档演模板燃气轮机基础知识源自＜二＞类型 单轴机组（图一）
单轴发电机组： 转速变化很小 变负荷效率低
双轴机组（图二） 高压变转速 低压定转速 变负荷效率高
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图二 双轴燃气轮机装置
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燃气轮机基础知识
三、燃气轮机循环概况
＜一＞简单循环及其特性（Braition） 1. 压气机及其特性
过程：绝热压缩（消耗功） 压比：
功率： 转矩： 压气机效率（ ）： 压气机特性曲线（图四）
图三 燃气循环
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图四 压气机特性曲线
燃气轮机基础知识
2. 燃气轮机及其特性 过程：绝热膨胀、对外做功 压比： 功率： 转矩： 汽机特性： (图五) 在亚音速区：