燃氣輪機工藝介紹

燃氣輪機工藝介紹一、燃氣輪機的工藝背景

燃氣輪機裝置是一種比較新型的動力裝置，相比較傳統(tǒng)的熱機有很大的優(yōu)勢。主要表現(xiàn)在:

1.燃氣輪機及聯(lián)合循環(huán)熱效率高2.機動性好，學(xué)校、工廠都可以作為燃氣輪機的布置地點3.能源清潔，能滿足日益嚴格的環(huán)境保護要求二、國外燃氣輪機的概況1.與現(xiàn)有的DCS技術(shù)相結(jié)合，將使燃氣輪機的控制系統(tǒng)技術(shù)達到高度的信息集成。2.為了盡可能地保證燃氣輪機在其整個使用過程中始終運行在最佳狀態(tài)，先進過程控制技術(shù)以及自適應(yīng)控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于燃氣輪機控制系統(tǒng)中。3.通過INTERNET互聯(lián)網(wǎng)將燃機運行狀況傳送到專家診斷系統(tǒng)，進行遠程調(diào)控三、國內(nèi)燃氣輪機的概況目前國內(nèi)的燃氣輪機的開發(fā)還處于初級階段，核心技術(shù)仍由國外公司掌握，燃氣輪機關(guān)鍵零部件及燃機控制系統(tǒng)仍需國外支持，總之進口燃機及其控制統(tǒng)目前在我國處于壟斷地位。但是隨著世界范圍內(nèi)天然氣資源的進一步開發(fā)及我國西氣東輸工程的實施，燃氣輪機及其聯(lián)合循環(huán)在電力生產(chǎn)中將會占據(jù)越來越重要的地位。四、燃氣輪機的原理

燃氣輪機的原理與中國的走馬燈相同。走馬燈的上方有一個葉輪，就像風車一樣，當燈點燃時，燈內(nèi)空氣被加熱，熱氣流上升推動燈上面的葉輪旋轉(zhuǎn)，帶動下面的小馬一同旋轉(zhuǎn)。五、燃氣輪機的內(nèi)在構(gòu)造燃氣輪機主要由三大主機組成：壓氣機，燃燒室，透平。燃氣輪機的運行過程

空氣從空氣入口進入

燃氣輪機，高速旋轉(zhuǎn)的壓氣機把空氣壓縮為高壓空氣，其流向見淺藍色箭頭線；燃料在燃燒室燃燒，產(chǎn)生高溫高壓空氣；高溫高壓空氣膨脹推動渦輪旋轉(zhuǎn)做功；做功后的氣體從排氣口排出，其流向見紅色箭頭線。5.1壓氣機的構(gòu)造與運行過程 壓氣機：旋轉(zhuǎn)的壓氣機就向一把風扇，將進氣加壓，加速并驅(qū)動之進入燃燒系統(tǒng)。每一級葉片輪由一圈動輪和一圈靜輪組成。

從工作原理上講，主要有軸流式壓氣機與離心式壓氣機。離心式壓氣機工作原理與離心式鼓風機（或離心式風筒）相同，用得較少

這里介紹軸流式壓氣機軸流式壓氣機的葉輪由葉片與葉盤組成，工作原理如同電風扇的葉片，電風扇的葉片旋轉(zhuǎn)時撥動空氣流動產(chǎn)生風；壓氣機的葉輪旋轉(zhuǎn)把空氣推進氣缸壓縮。

壓氣機入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)閥可以通過改變?nèi)~片的偏向角來控制進入壓氣機空氣的多少從而調(diào)節(jié)燃燒室中空氣的壓力和速度。

為了生成高速空氣，壓氣機在主軸軸向裝有多級葉輪，若干葉輪固定在壓氣機的轉(zhuǎn)軸上構(gòu)成壓氣機轉(zhuǎn)子，右圖是一個12級壓氣機的轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)子上的葉片與主軸一同旋轉(zhuǎn)，稱為動葉。

空氣經(jīng)過動葉后運動方向不單是軸向前進，還沿著動葉旋轉(zhuǎn)的方向運動。這會使下級動葉的壓縮空氣效率大大降低。倘若這樣一級級下去，壓氣機內(nèi)的空氣變成跟著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的氣團，根本無法正常壓氣。在每級動葉后每插入一級靜止的葉片（靜葉），可改善這種狀況因此由葉片的偏轉(zhuǎn)規(guī)律和流體運動顧慮可知旋轉(zhuǎn)的動輪可增加的是空氣的速度，靜葉輪增加的是空氣的壓力。使得經(jīng)過壓氣機的空氣變成高速高壓氣體。

燃氣輪機的壓氣機由本身的渦輪機帶動，燃氣輪機啟動時，先使用外動力帶動壓氣機旋轉(zhuǎn)，把空氣壓入燃燒室。燃氣輪機點火后進入運轉(zhuǎn)狀態(tài)，則轉(zhuǎn)變至由渦輪帶動壓氣機旋轉(zhuǎn)壓氣5.2燃燒室的構(gòu)造與運行過程

燃燒室的作用是為提供一個穩(wěn)定燃燒的場所,燃料等壓燃燒后，可產(chǎn)生大量膨脹氣體，并將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成氣體的動能。

目前燃氣輪機的燃燒室主要有四種類型：圓筒形燃燒室、分管形燃燒室、環(huán)管形燃燒室、環(huán)形燃燒室。因為環(huán)形燃燒室是較先進的結(jié)構(gòu)，有燃燒好、溫度均勻、結(jié)構(gòu)簡單重量輕等優(yōu)點，本節(jié)介紹環(huán)形燃燒室。

環(huán)形燃燒室只有一個整體的環(huán)形燃燒室空間，也只有一個環(huán)形火焰筒。其環(huán)形燃燒室空間類似于環(huán)管形燃燒室空間，是在氣缸（機殼）內(nèi)環(huán)繞主軸的一個空間。在環(huán)形燃燒室空間內(nèi)有火焰筒，火焰筒也是環(huán)形結(jié)構(gòu)，火焰筒前方圓周安裝有多個燃燒器，火焰筒環(huán)形出口對向渦輪葉片，右圖是裝有18個燃燒器的火焰筒剖面圖。

燃料（燃油或天然氣）通過燃燒室端部燃料入口進入，由燃燒器噴嘴噴入火焰筒，噴入的天然氣與壓氣機壓入的高壓空氣在燃燒室火焰筒里混合燃燒。燃燒使氣體溫度劇烈上升，膨脹的高溫高壓燃氣從過渡段噴出，進入透平做功。

白色箭頭線是壓氣機進入燃燒室火焰筒的氣流走向；紅色箭頭線是燃燒室噴向渦輪葉片的氣流走向5.3壓氣機的構(gòu)造與運行過程

從燃燒室噴出的高壓燃氣推動渦輪旋轉(zhuǎn)，把燃氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為渦輪的機械能。渦輪也稱透平。渦輪也分軸流式渦輪與徑向式兩類，燃氣輪機大多數(shù)采用軸流式渦輪，本節(jié)介紹軸流式渦輪。

簡單說軸流式渦輪的工作原理就像風吹風車旋轉(zhuǎn)一樣，是靠燃氣流對渦輪上的葉片作用使其旋轉(zhuǎn)的，由于氣流主方向與渦輪軸平行，故稱之為軸流式渦輪。

渦輪主要由渦輪葉片、渦輪盤（葉盤）、渦輪軸構(gòu)成，渦輪上的葉片稱為動葉，也就是帶動渦輪軸旋轉(zhuǎn)的葉片。在渦輪每級動葉的前方還安裝一組靜止的葉片（靜葉），靜葉是燃氣的導(dǎo)向器，起著噴嘴的作用，使氣流以最佳方向噴向動葉。一組靜葉加一組動葉為一級渦輪。

燃氣通過靜葉后以最佳的角度噴向動葉，達到最大的推力使動葉運動。作功后的燃氣再通過下級靜葉調(diào)整為最佳的角度推動下級動葉運動。總得來說在透平中，主要完成由動能向機械能的轉(zhuǎn)換過程，速度下降，壓力，溫度有小幅的下降。

燃氣輪機調(diào)節(jié)控制的的目的是使機組在運行過程中保持某一參數(shù)基本不變。對于壓縮機機組而言，就是保持所選定的壓氣機轉(zhuǎn)速不變。因此保持轉(zhuǎn)速就是調(diào)節(jié)目標。根據(jù)轉(zhuǎn)速的變化趨勢來進行燃汽輪機的調(diào)節(jié)是基本出發(fā)點六、燃氣輪機中包含的控制系統(tǒng)因為燃氣輪機的轉(zhuǎn)速取決于通過渦輪機的燃氣壓力，而氣又是由燃燒室中的燃料和高壓空氣混合燃燒產(chǎn)生，所以控制住燃料的進入量和通過壓氣機的高壓氣體的多少就可以調(diào)節(jié)主軸轉(zhuǎn)速的大小。 因此在轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中又包含兩個小的控制系統(tǒng)，通過壓氣機空氣的壓力控制系統(tǒng)和燃燒室的燃料進入量控制系統(tǒng)。 調(diào)節(jié)導(dǎo)葉調(diào)節(jié)閥可以改變壓氣機進入的空氣量，從而控制氣壓