典型燃氣輪機發(fā)電設備的技術特點

典型燃氣輪機發(fā)電設備的技術特點

第三部分

第四章典型燃氣輪機發(fā)電設備的結構特點典型燃氣輪機發(fā)電設備的結構特點目前世界范圍內(nèi)生產(chǎn)燃氣輪機的廠家很多。技術派系的代表性廠家有GE公司、Westinghouse公司、Siemens公司和ABB公司等四大系列；經(jīng)合并收購后，目前GE動力公司，Siemens/Westinghouse動力公司、MHI、ALstom成為目前生產(chǎn)重型燃機的代表性廠家；典型燃氣輪機發(fā)電設備的結構特點GE公司燃氣輪機的技術特點Siemens公司燃氣輪機的技術特點Alstom公司燃氣輪機的技術特點Mitsubishi公司燃氣輪機的技術特點GE公司燃氣輪機的技術特點一、GE公司的燃氣輪機技術的發(fā)展GE公司燃氣輪機的技術特點一、GE公司的燃氣輪機技術的發(fā)展一、GE公司的燃氣輪機技術的發(fā)展一、GE公司的燃氣輪機技術的發(fā)展1、初期設計（主要以6B型機組為代表）2、?；O計（主要以7EA、9E機組為代表）3、加級設計相應提高初溫，改善冷卻（主要以9EC、9FA機組為代表）4、全新壓氣機設計，大幅度提高初溫，陶瓷隔熱涂層，蒸汽冷卻（以9H機組為代表）1、初期設計（主要以6B型機組為代表）20世紀50年代中期，GE公司的壓氣機主要是RA型，16級，壓比7—8，流量90—100kg/s70年代，B型壓氣機，17級，壓比增至11.8，流量增至138kg／s。燃機功率40MW2、模化設計（7EA、9E機組）80年代中期，GE公司為滿足對燃氣輪機功率增大的需要，采用?；O計的方法，推出了7E和9E機組。3、FA，F(xiàn)B級機組GE的F級燃氣輪機是1986年推出的，它利用了GE航空發(fā)動機部門和GE公司的研究及開發(fā)中心的先進技術。1990年，GE公司推出了F級的功率增強型FA，1996年，又推出新的9FA機組，并按?；瘻蕜t，相應產(chǎn)生了7FA和6FA機組。FA燃氣輪機都有一個18級的壓氣機和一個3級的透平。F燃氣輪機回復到單軸發(fā)電機組常規(guī)的雙支點結構，并采用冷端驅(qū)動和軸向排氣。FA機組使用一種沖擊冷卻過渡段，高溫部件涂隔熱陶瓷涂層，蜂窩密封結構，配合壓比提高，初溫相應提高到1288℃，熱效率達到35.7％，單機功率226.5MW。3、FA，F(xiàn)B級機組FB機組4、全新設計的H級機組GE公司在21世紀推出的最新產(chǎn)品是H型燃氣輪機，有3600r／min的MS7001H和3000r／min的MS9001H兩種型號。H技術是GE公司的航空發(fā)動機和發(fā)電兩部門以及聯(lián)合開發(fā)中心共同努力的結果，是先進的航空發(fā)動機技術移植到電站燃氣輪機上的產(chǎn)物。4、全新設計的H級機組4、全新設計的H級機組4、全新設計的H級機組二、GE燃氣輪機的結構特點1、軸流式壓氣機GE軸流式壓氣機的氣缸、外殼和框架都有水平中分面。壓氣機的每一級葉片都有其獨立的輪盤。各輪盤裝配時用一組軸向螺栓緊固，通過選擇螺栓的節(jié)圓直徑形成動態(tài)剛性轉(zhuǎn)子很好地傳遞扭矩。從壓氣機未級葉輪抽氣以供應冷卻空氣給透平和轉(zhuǎn)子葉片。抽氣系統(tǒng)氣流相對于透平作徑向流動，它從壓氣機的輪盤外徑進口處吸入低壓損的壓縮空氣，冷卻空氣也完全從徑向進入轉(zhuǎn)子中心以避免產(chǎn)生旋渦。壓氣機葉輪材料基本上使用三種合金鋼，即CrMov、NiCrMo和NiCrMoV二、GE燃氣輪機的結構特點2、燃燒系統(tǒng)除MS1002之外的所有重型燃氣輪機都使用分管逆流式燃燒室，該系統(tǒng)尺寸較短、結構緊湊、重量輕，用法蘭安裝于同一透平缸上，并具有廣泛的適應性。（1）小直徑燃燒器可以控制空氣流型以實現(xiàn)控制煙氣和低N0x；（2）可以簡單地增加燃燒室的直徑以適應低熱值氣體燃料的燃燒；（3）設計上很容易適應方案變更，如增加噴水注射；（4）部件可以設計得足夠小以達到理想的冷卻效果。二、GE燃氣輪機的結構特點3、透平燃氣透平的發(fā)展，一直圍繞著提高進氣初溫進行。主要措施是改進噴嘴和動葉的材料，完善葉片的冷卻技術。透平采用大焓降和低反動度的級，每個單級都有很高的功率輸出。透平動葉的空冷循環(huán)是在轉(zhuǎn)子內(nèi)部進行的。所有透平為避免共振都采取了二個重要措施：長柄葉根和根體圍帶。典型燃氣輪機發(fā)電設備的結構特點GE公司燃氣輪機的技術特點Siemens公司燃氣輪機的技術特點Alstom公司燃氣輪機的技術特點Mitsubishi公司燃氣輪機的技術特點Siemens公司燃氣輪機的技術特點Siemens公司自1998年收購Westinghouse公司的發(fā)電事業(yè)部（PGBU）成立SiemensWestinghouse動力公司（SWPC）后，它現(xiàn)已擁有兩種風格的燃氣輪機，即SiemensKWU及SiemensWestinghouse兩種技術。Siemens公司燃氣輪機的技術特點SiemensKWU與SiemensWestinghouse都致力于將其自身的重型燃氣輪機與航空發(fā)動機技術相結合以充分分享航空發(fā)動機領域的先進技術，他們都在壓氣機上采用了“可控擴壓”設計，使單軸壓氣機的壓比提高到了24—30的水平；透平葉片采用航空發(fā)動機的先進冷卻結構及單晶鑄造葉片工藝，使燃氣透平前的進氣溫度提高到1300℃的水平。在此基礎上，它們分別推出了V94.3A、701F型燃氣輪機。一、SiemensKWU的燃氣輪機技術V94.3A1993年220MW一、SiemensKWU的燃氣輪機技術標準的KWU系列，其特征包括具有單一中心孔的輪盤轉(zhuǎn)子、端面（Hirth）齒式輪盤聯(lián)軸器、兩個外置軸承、水平中分面氣缸、冷端驅(qū)動和軸向排氣等。一、SiemensKWU的燃氣輪機技術（一）壓氣機1、V84.3A型燃氣輪機的壓氣機為15級，軸流式，壓比16.5，空氣流量454kg／s，只有進口導葉采用可調(diào)式，全部靜葉片均為固定式;2、葉柵設計為了達到最佳效率，全部采用了所謂“可控制擴散翼形”的新葉型；3、采用了第一級啟動抽氣級裝在前置壓氣機殼內(nèi)的結構設計原則。這種缸體結構具有中分法蘭和上下加強筋，這樣可產(chǎn)生與葉輪相同的軸向和徑向完全對稱的熱膨脹，使最佳的葉片間隙在運行中始終保持不變。一、SiemensKWU的燃氣輪機技術（二）環(huán)形燃燒室1、由24個預混式低N0x燃燒器組成，可以燃用天然氣和石油兩種燃料，預混式燃燒器在燃用上述兩種燃料時的空氣燃料比約為2：1，多燃料燃燒器還可燃用低熱值氣化燃料，為世界所獨有，且Nox排放量很低。2、燃燒器變小，使環(huán)形燃燒室內(nèi)的預混火焰變得更短。3、燃燒室采用的結構是雙層殼體結構，鑄鐵殼體構成了牢固的外形，剛度大，暴露在高溫燃氣中的表面?zhèn)纫r有陶瓷合金隔熱片。4、環(huán)形燃燒室構成了表面積與容積的最佳比例，因而單位冷卻空氣需要量最少，其主要優(yōu)點是減少了燃燒室表面積（與圓筒型燃燒室比較）。一、SiemensKWU的燃氣輪機技術（三）燃氣透平1、透平的結構設計沿用4級透平方案。第1、2級葉片為單晶鑄造葉片，透平第一級靜葉片和第一級動葉片的葉型表面均采用ZrO陶瓷熱障涂層（TBC）2、透平轉(zhuǎn)子的每級均采用自由葉片，流道內(nèi)不存在某種阻尼元件引起的任何干擾，由此可實現(xiàn)最佳的流動工況。3、所有葉片均具有高效率的葉型和空氣冷卻系統(tǒng)。SiemensWestinghouse的燃氣輪機技術Westinghouse燃氣輪機主要技術特點有：（1）單軸轉(zhuǎn)子由分開的壓氣機和透平兩個部分構成。透平和壓氣機的轉(zhuǎn)子分別由輪盤和螺紋拉桿連接而成，通過中間聯(lián)軸器連接；（2）轉(zhuǎn)子由壓氣機進口側(cè)和透平出口側(cè)相應處的兩個軸承支持，軸頸軸承為帶負荷的雙單元可傾瓦式，摩擦損失較?。唬?）推力由一個可傾瓦軸承承受，推力軸承采用有定向油槽的強制潤滑方式；（4）透平排氣缸內(nèi)安放后軸頸軸承，且由8個切向支柱支撐，以保持對中；SiemensWestinghouse的燃氣輪機技術Westinghouse燃氣輪機主要技術特點有：（5）燃氣透平和壓氣機的動葉片與輪盤之間均采用嵌合結構，便于拆卸檢查；（6）燃氣透平采用分段的和隔熱的隔板套，這樣可以防止靜葉環(huán)受熱變形，在葉頂部分可以保持最小的閻隙；（7）發(fā)電機由溫度變化較小的壓氣機端（冷端）驅(qū)動，透平排氣采用成熟的軸向排氣結構，易于與余熱鍋爐組合連接；（8）氣缸采用水平中分結構，開缸解體比較方便。典型燃氣輪機發(fā)電設備的結構特點GE公司燃氣輪機的技術特點Siemens公司燃氣輪機的技術特點Alstom公司燃氣輪機的技術特點Mitsubishi公司燃氣輪機的技術特點Alstom公司燃氣輪機的技術特點一、順序燃燒系統(tǒng)Alstom公司燃氣輪機的技術特點Alstom公司燃氣輪機的技術特點一、順序燃燒系統(tǒng)

在透平進氣溫度保持不變的條件下，順序燃燒系統(tǒng)就能比常規(guī)的單級燃燒室的燃氣輪機有更高的熱力效率，更大的功率密度。因此，在順序燃燒時，就相同的功率輸出而言，可沿用原有較低的透平進氣溫度，這樣可不必采用新的高溫材料，或不必增加過多的冷卻流量，以及可降低Nox的排放量。Alstom公司燃氣輪機的技術特點GT26機組在結構上與常規(guī)燃氣輪機十分相似，其特點為：（1）單軸雙軸承結構；（2）鍛造毛坯焊接的單片低維修葉輪；（3）22級亞音速軸流壓縮機，具有可凋控的擴散翼面葉片設計；（4）3級可變角度的導向葉片；（5）4級低壓透平在1到3級有冷卻葉片，在2到4級有圍帶葉片；（6）帶有水平中分面的氣缸和靜葉托架；（7）冷端驅(qū)動發(fā)電機、軸垂直的進氣系統(tǒng)、透平軸向排氣；（8）環(huán)狀緊密排列的30個第一級圓錐形EV燃燒器和24個第二級SEV燃燒器。

GT26機組具有設計緊湊、葉片長度較短、葉頂速度較小的特點，因此，應力低、可靠性大。典型燃氣輪機發(fā)電設備的結構特點GE公司燃氣輪機的技術特點Siemens公司燃氣輪機的技術特點Alstom公司燃氣輪機的技術特