8燃气轮机.pdf

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1、燃气轮机原理燃气轮机原理-1 燃气轮机简介燃气轮机简介 功能功能 燃气轮机是燃气轮机是由高速旋转的叶轮构成的由高速旋转的叶轮构成的、以、以空气和燃气空气和燃气为工质、为工质、将燃料燃烧产生的将燃料燃烧产生的热热能能转换成转换成机械能机械能的回转式动力机械。的回转式动力机械。与内燃机、蒸汽轮机一样与内燃机、蒸汽轮机一样,为为原动力机原动力机。压缩压缩 吸热吸热 膨胀膨胀 放热放热 空气空气 废气废气 燃气燃气 高压气体高压气体 对外对外 做功做功 任何任何热机必须热机必须依靠工质依靠工质经过一系列热力过程经过一系列热力过程完成完成一个一个循环循环。（燃料燃烧）（燃料燃烧）冷源冷源（通常是大气环境

2、）（通常是大气环境）热源热源 燃气轮机简介燃气轮机简介 系统系统组成组成 主要部件：主要部件：压气机压气机 Compressor：完成气体压缩过程；：完成气体压缩过程；燃烧室燃烧室 Burner：完成燃烧、加热过程；：完成燃烧、加热过程；透平透平Turbine：完成高温高压燃气的膨胀作功过程。完成高温高压燃气的膨胀作功过程。高速旋转的叶轮机械（轴）；高速旋转的叶轮机械（轴）；能量转换的关键部件。能量转换的关键部件。附属系统及辅助设备附属系统及辅助设备 燃料系统燃料系统 润滑系统润滑系统 冷却水及冷却空气系统冷却水及冷却空气系统 起动系统起动系统 调节及保护系统调节及保护系统 进气系统进气系统/

3、排气系统排气系统 盘车装置盘车装置 通流部分清洗设备通流部分清洗设备 空气滤清、消声设备空气滤清、消声设备 防火灭火设备等防火灭火设备等 负荷负荷（又称负载）（又称负载）利用燃气轮机利用燃气轮机输出输出的机械功率的机械功率来驱动来驱动 如发电机、如发电机、泵、泵、风机、压缩机、风机、压缩机、螺旋桨或车轮等。螺旋桨或车轮等。完善完善 可靠可靠 燃气轮机装置示意图燃气轮机装置示意图 B C T L 单轴单轴 1 2 3 4 空气空气 排气排气 燃气燃气 燃料燃料 t3*燃气初温燃气初温 负荷负荷（单轴简单循环）（单轴简单循环）工作过程工作过程 C B T 旋转轴旋转轴 膨胀做功膨胀做功 压缩耗功压

4、缩耗功 工作过程简介：工作过程简介：压气机从外界中吸入空气压气机从外界中吸入空气(进气进气)，压缩压缩升压；升压；送入燃烧室中，与喷入的燃料混合送入燃烧室中，与喷入的燃料混合燃烧加热燃烧加热；高温高压的燃气进入透平中高温高压的燃气进入透平中膨胀膨胀做功；做功；做功后的废气排入大气中做功后的废气排入大气中(排气排气)放热放热。燃料燃料燃烧产生的燃烧产生的热能热能机械能机械能 压力近似不变压力近似不变 等压燃烧等压燃烧 加热循环加热循环 燃气在燃气在透平透平中所做的机械功：中所做的机械功：约约2/3用于用于带动压气机带动压气机；其余其余1/3机械功，通过机组输出轴去机械功，通过机组输出轴去带动负荷

5、带动负荷。压缩耗功压缩耗功 膨胀做功膨胀做功 工作过程：工作过程：C B T 进进气气 排排气气 进进气气 排排气气 B 工人工人 轴轴 轴轴 轴流式压气机和轴流式透平轴流式压气机和轴流式透平 系统组成：系统组成：系统组成：系统组成：C B B T 轴轴 轴轴 轴流式压气机和轴流式透平轴流式压气机和轴流式透平 进进气气 进进气气 排排气气 排排气气 压气机压气机 燃烧器燃烧器 透平透平 系统组成：系统组成：系统组成：系统组成：环形燃烧室环形燃烧室 绝大多数燃气轮机采用：绝大多数燃气轮机采用：开式等压循环开式等压循环 以空气为工质，采用以空气为工质，采用内燃方式内燃方式（压力近似不变）（压力近似

6、不变）在燃烧室中加热在燃烧室中加热，废气排回大气中放热。，废气排回大气中放热。燃气轮机是一种续流式热机，结构轻小。燃气轮机是一种续流式热机，结构轻小。简单循环简单循环 在工质流动的主要流程中，在工质流动的主要流程中，只有压气机、燃烧室和透平只有压气机、燃烧室和透平三大件组成三大件组成。（具有多种不同的轴系方案）（具有多种不同的轴系方案）回热器回热器 复合循环：复合循环：燃气燃气-蒸汽联合循环蒸汽联合循环 余热余热锅炉锅炉 轴系布置类型轴系布置类型 压气机、透平压气机、透平 可可分为：分为：H-高压；高压；I -中压；中压；L-低压。低压。HC-高压压气机；高压压气机；IC-中压压气机；中压压气

7、机；LC-低压压气机。低压压气机。HT-高压透平；高压透平；IT-中压透平；中压透平；LT-低压透平。低压透平。单轴方案单轴方案 压气机、涡轮及负荷共用一轴。压气机、涡轮及负荷共用一轴。恒速负荷恒速负荷 分轴方案分轴方案 压气机压气机C与高压透平与高压透平HT共共用一根轴用一根轴(C-HT)；低压透平低压透平LT与负荷与负荷L共用共用一根轴一根轴(LT-L或或 PT-L)。分轴分轴(2/L)(PT)独立独立转轴转轴数目数目 功率功率输出轴输出轴 变速负荷变速负荷 PT-动力透平；动力透平；-所做机械功仅带动负荷。所做机械功仅带动负荷。双轴方案双轴方案 高压压气机高压压气机HC由高压透平由高压透

8、平HT带动（带动（HC-HT）；）；低压压气机低压压气机LC由低压透平由低压透平LT带动（带动（LC-LT）。）。负荷负荷L的带动的带动有两种形式：有两种形式：平行平行 双轴双轴(2/HH)（1）以高压轴带动负荷）以高压轴带动负荷HC-HT-L，高压轴高压轴HH 低压轴低压轴LL 宜用于恒速负荷。宜用于恒速负荷。（2）以低压轴带动负荷以低压轴带动负荷LC-LT-L，宜用于变速负荷。宜用于变速负荷。套套轴轴 平行平行 双轴双轴(2/LL)双轴方案双轴方案 三轴方案三轴方案 三轴三轴(3/L)套套轴轴 H-高压；高压；I-中压；中压；L-低压。低压。负荷由动力透平负荷由动力透平PT带动。带动。燃气

9、轮机分类燃气轮机分类 1固定式燃气轮机固定式燃气轮机 一般是一般是2000 kW以上不能整体移动而固定的大、中功率燃以上不能整体移动而固定的大、中功率燃气轮机装置。气轮机装置。可以是重型燃气轮机，也可以是航机改型燃气轮机。可以是重型燃气轮机，也可以是航机改型燃气轮机。固定式航机改型燃气轮机应用广泛，市场不断扩大。固定式航机改型燃气轮机应用广泛，市场不断扩大。2运输式燃气轮机运输式燃气轮机 包括大中小型海陆空运输工具的燃气轮机发动机及箱装包括大中小型海陆空运输工具的燃气轮机发动机及箱装式、移动式和便携式燃气轮机。式、移动式和便携式燃气轮机。大都是航机改型或轻结构工业型燃气轮机。大都是航机改型或轻

10、结构工业型燃气轮机。1发电发电 发电是燃气轮机最主要的应用发电是燃气轮机最主要的应用。基本负荷基本负荷、中间负荷和尖峰负荷中间负荷和尖峰负荷，移动电站移动电站(列车电站列车电站、卡车卡车电站或船舶电站电站或船舶电站)燃气轮机燃气轮机。2机械动力机械动力 供应泵供应泵、压缩机压缩机、风机或其它机械轴功率的燃气轮机风机或其它机械轴功率的燃气轮机。3总能利用总能利用 一台燃气轮机可以同时提供或利用不同能量一台燃气轮机可以同时提供或利用不同能量。如除发电和提供机械动力外如除发电和提供机械动力外，还能：还能：（1）附带供热附带供热 （2）供给压力气体供给压力气体 （3）参与工业过程参与工业过程 燃气轮机

11、分类燃气轮机分类 4航空用航空用 涡轮喷气式、涡轮螺桨式，涡轮风扇式、涡轮桨扇式、涡涡轮喷气式、涡轮螺桨式，涡轮风扇式、涡轮桨扇式、涡轮轴式、供气或供热式机上或机场辅机。轮轴式、供气或供热式机上或机场辅机。5舰船用舰船用 舰艇巡航机、加力机、水翼艇、远洋船、油船。舰艇巡航机、加力机、水翼艇、远洋船、油船。6机车用机车用 客货机车、调度机车、高速动车。客货机车、调度机车、高速动车。7坦克、汽车用坦克、汽车用 坦克、装甲车、无轨列车、大型客货车、载重车、越野车、坦克、装甲车、无轨列车、大型客货车、载重车、越野车、专用车和小客车。专用车和小客车。燃气轮机分类燃气轮机分类 不同的用途不同的用途对各类动

12、力装置的要求对各类动力装置的要求各不相同各不相同 对功率对功率、结构结构、重量重量、尺寸尺寸、热效率及部分负荷热效率及部分负荷性能性能、投资投资、燃料品质燃料品质、用水量用水量、寿命寿命、控制方控制方式式、转速转速、转矩转矩、起动时间以及维护检修方式等起动时间以及维护检修方式等。燃气轮机分类燃气轮机分类 29 战斗机简介战斗机简介 30 第一代喷气式发动机（20世纪40年代）离心式涡轮发动机 战斗机简介战斗机简介 31 F-104 第二代喷气式发动机（20世纪5060年代）轴流式加力涡喷发动机 米格21 战斗机简介战斗机简介 32 轴流式加力涡喷发动机 战斗机简介战斗机简介 33 F-15 F

13、-16 第三代喷气式发动机（20世纪702020）推重比8的一级的涡轮风扇发动机 推重比推重比推力推力(十牛十牛)重量重量(千克千克)战斗机简介战斗机简介 34 涡轮风扇发动机 战斗机简介战斗机简介 35 战斗机简介战斗机简介 幻影2000 苏27 第三代喷气式发动机（20世纪702020）36 战斗机简介战斗机简介 37 战斗机简介战斗机简介 美F/A-22 第四代喷气式发动机（在研）推重比10一级的小涵道比 涡扇发动机 38 Fan IP compressor HP(core)compressor HP turbine LP turbine GE90-115B 1942 Today Thr

14、ust 1,250 lbs.115,000lbs.Bell XP-59 1942 GE I-A Turbojet F/A-18E/F Advanced Hornet GE90-115B Boeing 777 2002 (1)结构紧凑，质量轻结构紧凑，质量轻 重型结构机组单位功率质量为重型结构机组单位功率质量为25 kg/kW，轻型结构机，轻型结构机组则低于组则低于l kg/kW。(2)体积小，占地面积小。体积小，占地面积小。用于车、船等运输机械时可节省空间。用于车、船等运输机械时可节省空间。(3)起动快起动快 从冷态起动至带满负荷，视机组功率的大小及结构型式从冷态起动至带满负荷，视机组功率的大

15、小及结构型式的不同的不同在数分钟至半小时在数分钟至半小时之间，在紧急情况下机组的起之间，在紧急情况下机组的起动时间可缩短约一半。动时间可缩短约一半。燃气轮机特点燃气轮机特点 (4)安装周期短安装周期短 对于燃气轮机电站对于燃气轮机电站，可在可在1-2月内安装完成并并投入运行月内安装完成并并投入运行。(5)运行平稳运行平稳，可靠性高可靠性高 可靠性达可靠性达99%，机组的事故停机率仅为机组的事故停机率仅为1%。(6)效率高效率高 简单循环燃气轮机效率最高已达简单循环燃气轮机效率最高已达42.9%；而联合循环效率最高；而联合循环效率最高已达已达58%，是目前各种热力机械中效率是目前各种热力机械中效

16、率最高值最高值。(7)污染排放低污染排放低 其其NOx和和CO2等的排放低于最新规定的严格标准等的排放低于最新规定的严格标准。(8)耗水少或者不用水耗水少或者不用水。燃气轮机特点燃气轮机特点 燃气轮机特点燃气轮机特点 燃气轮机燃气轮机 汽轮机汽轮机 内燃机内燃机 机组效率机组效率-40%35-45%-40%单机功率单机功率 10-300 MW 10-1500 MW 40 MW 转速转速rpm 较高较高 较高较高 较低较低 体积体积 紧凑紧凑 庞大庞大 紧凑紧凑 燃料燃料 油油/气气 煤煤/油油 油油/气气 启动速度启动速度 快快 慢慢 快快 用水用水 较少较少 大量大量 较少较少 维修维修 方

17、便方便 复杂复杂 方便方便 油气集输油气集输：油气分离油气分离、原油稳定处理原油稳定处理、气体处理气体处理 利用燃利用燃气轮机驱动压缩机气轮机驱动压缩机。油气管道输送油气管道输送长输管线长输管线，燃气轮机用于驱动泵和压缩机燃气轮机用于驱动泵和压缩机组进行管道增压；还可利用废气加热原油或天然气降粘组进行管道增压；还可利用废气加热原油或天然气降粘。原油开采原油开采：注气与气举采油注气与气举采油利用燃气轮机驱动压缩机；利用燃气轮机驱动压缩机；注水注水燃气轮机驱动注水泵；燃气轮机驱动注水泵；稠油热采稠油热采燃气轮机热电联供；燃气轮机热电联供；油井压裂油井压裂燃气轮机驱动压裂泵燃气轮机驱动压裂泵。海洋油

18、田：海洋油田：海洋平台海洋平台燃气轮机提供各种动力燃气轮机提供各种动力，发电发电、注注气气、注水注水、气举采油和油气管道输送等气举采油和油气管道输送等。作为油田的备用电源作为油田的备用电源。燃气轮机的应用燃气轮机的应用 油气管道增压用燃气轮机油气管道增压用燃气轮机 输气增压站输气增压站常用常用离心式压气机离心式压气机来增压来增压，原动机原动机功率小的功率小的几百千瓦几百千瓦，大的为数千到数万千瓦大的为数千到数万千瓦，中小型的常用电动中小型的常用电动机机、天然气发动机天然气发动机、柴油机和燃气轮机柴油机和燃气轮机，其中其中较大功率较大功率者以燃气轮机最为合适者以燃气轮机最为合适，尤其是功率大于尤

19、其是功率大于6 MW。输油管道输油管道采用功率为数百至数万千瓦的采用功率为数百至数万千瓦的离心泵离心泵来增压来增压，常用常用燃气轮机燃气轮机或电动机驱动或电动机驱动，特别是特别是大功率时以燃气轮大功率时以燃气轮机为宜机为宜。燃气轮机的应用燃气轮机的应用 燃气轮机适合燃用原油或天然气燃气轮机适合燃用原油或天然气，故油气管道增压故油气管道增压是应用燃气轮机最多的部门之一是应用燃气轮机最多的部门之一。截至截至1987年年1月月1日的数据统计日的数据统计，仅美国仅美国GE公司的公司的大型重载荷型燃气轮机用于油气管道增压者已有大型重载荷型燃气轮机用于油气管道增压者已有1000台以上台以上，总功率达总功率

20、达12.23103 MW，已运行已运行50106 h，航空改型燃气轮机航空改型燃气轮机LM2500系列用于油系列用于油气管道增压者也有气管道增压者也有37台台，总功率达总功率达820 MW。近年来航机改型的燃气轮机更具有吸引力近年来航机改型的燃气轮机更具有吸引力。燃气轮机的应用燃气轮机的应用 1985年投产的我国年投产的我国中沧输气管线中沧输气管线是第一条用燃气轮是第一条用燃气轮机压气机增压的管线机压气机增压的管线，采用美国索拉公司半人马座采用美国索拉公司半人马座燃气轮机压气机组燃气轮机压气机组，燃气轮机功率为燃气轮机功率为2.8 MW，热效热效率率27%。在东北也有两条输气管线用燃气轮机在东

21、北也有两条输气管线用燃气轮机。世界各地区的油气管线十年规划中将建成世界各地区的油气管线十年规划中将建成185103 km新管线新管线，增加了增加了0.510 MW级的动力需要级的动力需要，估估计每年约需计每年约需450台燃气轮机供油气管道增压用台燃气轮机供油气管道增压用。燃气轮机的应用燃气轮机的应用 燃气轮机的应用燃气轮机的应用 2002年以后年以后，我国管道压气站建设进入高峰期我国管道压气站建设进入高峰期，相继相继投运的涩宁兰投运的涩宁兰、西气东输西气东输、忠武线忠武线、陕京二线陕京二线、冀宁冀宁和兰银等长距离天然气管道设计中均配置有一座或多和兰银等长距离天然气管道设计中均配置有一座或多座压

22、气站座压气站。1986年年8月我国月我国第一座长输天然气管道压气站第一座长输天然气管道压气站在在中沧输中沧输气管道濮阳站气管道濮阳站建成投产建成投产，首次采用首次采用燃气轮机燃气轮机驱动离心驱动离心压缩机机组压缩机机组。1996年年11月投产的月投产的鄯乌输气管道鄯善站鄯乌输气管道鄯善站，是我国首次是我国首次采用采用天然气发动机天然气发动机驱动往复式压缩机机组的压气站驱动往复式压缩机机组的压气站。2000年年11月投产的月投产的陕京管道应县压气站陕京管道应县压气站，是我国采用是我国采用变频调速电机通过增速齿轮箱驱动离心压缩机机组的变频调速电机通过增速齿轮箱驱动离心压缩机机组的压气站压气站。20

23、07年年2月投产的月投产的西气东输管道蒲县压气站西气东输管道蒲县压气站，是我国第是我国第一个投产的采用高速变频调速电机直接驱动离心压缩一个投产的采用高速变频调速电机直接驱动离心压缩机机组的压气站机机组的压气站。目前目前，我国已在我国已在9条天然气管道上分别建成投产了条天然气管道上分别建成投产了31座座压缩机站压缩机站，共投运各种类型管道压缩机组共投运各种类型管道压缩机组72套套，并计并计划于今后陆续建成划于今后陆续建成34座压气站座压气站，投运各种类型管道压投运各种类型管道压缩机组缩机组79 套套。燃气轮机的应用燃气轮机的应用 我国长输天然气管道压气站分布（我国长输天然气管道压气站分布（200

24、8年）年）序号序号 管道名称管道名称 压气站数压气站数 压气站分布压气站分布 投产及计划投产及计划 (座座)建设时间建设时间 1 中沧管道中沧管道 1 濮阳濮阳（首次燃气轮机驱动离心式）（首次燃气轮机驱动离心式）1986 年投产年投产 2 鄯乌管道鄯乌管道 1 鄯善鄯善（首次天然气发动机驱动（首次天然气发动机驱动往复式往复式）1996 年投产年投产 3 陕京一线管道陕京一线管道 4 榆林、府谷、榆林、府谷、应县应县、灵丘、灵丘 已投产（已投产（2001年年）4 陕京二线管道陕京二线管道 2 榆林、阳曲（榆林、阳曲（变频调速电机间接驱动）变频调速电机间接驱动）榆林站投产，阳曲站待定榆林站投产，阳

25、曲站待定 5 西气东输管道西气东输管道 22 轮南、孔雀河、四道班、鄯善、哈密、雅满苏、红柳、轮南、孔雀河、四道班、鄯善、哈密、雅满苏、红柳、已投产已投产16 座压气站座压气站 柳园、玉门、酒泉、山丹、金昌、古郎、中卫、盐池、柳园、玉门、酒泉、山丹、金昌、古郎、中卫、盐池、其余陆续建成其余陆续建成 靖边、延川、靖边、延川、蒲县蒲县、沁水、郑州、淮阳、定远、沁水、郑州、淮阳、定远 2007年年2月高速变频直接驱动月高速变频直接驱动 6 涩宁兰管道涩宁兰管道 4 涩北、羊肠子沟、乌兰、湖东涩北、羊肠子沟、乌兰、湖东 已投产已投产 7 忠武管道忠武管道 1 忠县忠县 建设时间待定建设时间待定 8 冀

26、宁管道冀宁管道 1 安平安平 建设时间待定建设时间待定 9 兰银管道兰银管道 1 河口河口 2008 年投产年投产 10 靖西一线管道靖西一线管道 2 靖边、富县靖边、富县 已投产已投产 11 靖西二线管道靖西二线管道 2 延安、黄陵延安、黄陵 延安站已投产延安站已投产,黄陵站待定黄陵站待定 12 长宁管道长宁管道 1 靖边靖边 2006 年年3 月投产月投产 我国我国长输天然气管道长输天然气管道 压缩机机组使用类型的统计数据压缩机机组使用类型的统计数据（2008年）年）机组类型机组类型 压气站数量压气站数量 机组数量机组数量 总功率总功率 (座座)(套套)(MW)燃气轮机燃气轮机 36 51

27、 675.0 驱动离心压缩机驱动离心压缩机 变频调速电机变频调速电机 4 9 135.0 驱动离心压缩机驱动离心压缩机 天然气发动机天然气发动机 5 19 25.5 驱动往复压缩机驱动往复压缩机 燃气轮机的应用燃气轮机的应用 自自20 世纪世纪50 年代末以来至今，燃气轮机在天然年代末以来至今，燃气轮机在天然气管道输送中占绝对优势。目前，世界上气管道输送中占绝对优势。目前，世界上新建新建的输气管线增压站的输气管线增压站均采用均采用燃气轮机与离心式压燃气轮机与离心式压缩机缩机（简称（简称燃压机组燃压机组）。）。总的看来，总的看来，在原油管道输送中在原油管道输送中，燃气轮机燃气轮机占一占一定份额，

28、定份额，仅在大容量管道输送中占有优势仅在大容量管道输送中占有优势。燃气轮机的应用燃气轮机的应用 燃气轮机的现状和水平燃气轮机的现状和水平 机组的功率和效率机组的功率和效率 现单机功率可达现单机功率可达334MW；简单循环机组效率最高的则达简单循环机组效率最高的则达42.9%；功率为功率为MW的简单循环小型机组效率已普遍达到的简单循环小型机组效率已普遍达到30%以上以上，采用回热循环的的数十至数百采用回热循环的的数十至数百kW的微的微型燃气轮机效率已达到型燃气轮机效率已达到30%。联合循环的效率最高已达联合循环的效率最高已达58%。环保性能环保性能 燃气轮机大多采用天然气燃气轮机大多采用天然气，

29、SOx排放趋于零排放趋于零，主要是主要是NOx和和CO排放排放。对燃料燃烧过程采取措施后对燃料燃烧过程采取措施后，NOx和和CO排放可降至排放可降至很低的水平很低的水平。例如采用催化燃烧例如采用催化燃烧，NOx排放的浓度低排放的浓度低于于20 mg/m3，燃气轮机是污染排放很低的热机燃气轮机是污染排放很低的热机，能很好地满足环保能很好地满足环保的要求的要求。燃气轮机的现状和水平燃气轮机的现状和水平 可靠性可靠性 燃气轮机燃气轮机结构紧凑结构紧凑，为高速回转机械而无往复运动为高速回转机械而无往复运动部件部件，运行平稳运行平稳，且设备较少且设备较少，系统较简单而使运系统较简单而使运行达到了行达到了

30、很高的可靠性很高的可靠性。燃用燃用天然气和带基本负荷的燃气轮机天然气和带基本负荷的燃气轮机，可靠性达可靠性达99%，相应地相应地联合循环联合循环的可靠性的可靠性可达可达96%，远高于远高于蒸汽动力装置蒸汽动力装置。燃气轮机的现状和水平燃气轮机的现状和水平 发电机接线端输出的功率和效率。发电机接线端输出的功率和效率。舰船用，燃用轻柴油。舰船用，燃用轻柴油。燃气轮机的发展趋势燃气轮机的发展趋势 进一步提高进一步提高机组效率机组效率 主要途径：主要途径：提高燃气初温提高燃气初温 t3*(1)研制新的研制新的耐高温材料耐高温材料 高温合金的耐温极限约为高温合金的耐温极限约为1100(2)改进改进叶片冷

31、却叶片冷却技术技术 气冷方式：对流冷却、冲击冷却、气膜冷却、发散冷却等气冷方式：对流冷却、冲击冷却、气膜冷却、发散冷却等 水冷、蒸汽冷却水冷、蒸汽冷却 叶片表面保护层叶片表面保护层 特种陶瓷叶片特种陶瓷叶片 最高最高可达可达1427 58 Aircraft Engine Component Trends05001000150020002500300035001940195019601970198019902000YEARTemperature(oF)Turbine inlet temperatureTurbine blade materialsSolid bladeConvection Imp

32、ingement/film Non-metallic coatingsDirectional Vacuum meltAir melt Historical trend of HPT inlet and blade temperature Temperature,(oF)年代年代 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 1000 2000 3000 500 0 1500 2500 3500 Turbine inlet temperature Turbine blade temperature oo9F=32+C5燃气轮机的发展趋势燃气轮机的发展趋势 来源：清华大学顾

33、春伟教授的课件来源：清华大学顾春伟教授的课件 燃气轮机的发展趋势燃气轮机的发展趋势 Lightweight GE90 Fan Blades Save 700 Pounds Organic matrix composites(OMC)先进材料先进材料 来源：清华大学顾春伟教授的课件来源：清华大学顾春伟教授的课件 60 Serpentine cooling with angled turbulater Full coverage film cooling Thermal barrier coating 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1985 1990 1995 200

34、0 2005 YEAR Turbine Inlet Temperature()M701D M501F M701F M501G M701G M501H M701G2 D Series F Series G Series H Series Multi-hole cooling Serpentine cooling Film cooling Closed circuit steam cooling 燃气轮机的发展趋势燃气轮机的发展趋势 来源：清华大学顾春伟教授的课件来源：清华大学顾春伟教授的课件 燃气轮机的发展趋势燃气轮机的发展趋势 61 Angled Turbulator Shower Head

35、Cooling Shower Head Cooling Slot Cooling Slot Cooling Film Cooling Full Coverage Film Cooling Thermal Barrier Coating(TBC)来源：清华大学顾春伟教授的课件来源：清华大学顾春伟教授的课件 62 D series G series F series 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 Year X-45 MGA2400 MGA1400 IN-738 Turbine Inl

36、et Temperature()Single crystal blade alloy Directionally solidified Blade Alloy Vane Alloy(*)Metal temperature at creep rupture strength(Stress 14.1 kg/mm2,1000 h)MGA1400DS Single crystal blade Directionally solidified blade MGA2400DS blade alloy 燃气轮机的发展趋势燃气轮机的发展趋势 63 Relative Property Standardized

37、with Conventional Casting Blade CC DS SC CC DS SC CC DS SC CC DS SC Creep rupture strength Anti-oxidation property Thermo-mechanical fatigue property CC:Conventional casting blade DS:Directionally solidified blade SC:Single crystal blade 2 4 6 8 Without strain holding With strain holding(10h)Aero en

38、gine application GTCC application 燃气轮机的发展趋势燃气轮机的发展趋势 64 Directionally Solidified Blade 燃气轮机的发展趋势燃气轮机的发展趋势 65 Thermal Barrier Coating 燃气轮机的发展趋势燃气轮机的发展趋势 燃气轮机的发展趋势燃气轮机的发展趋势 66 Evolution of MHI Gas Turbine Compressor 30 1975 Year Number of Stages 25 20 15 10 5 1980 1985 1990 1995 2000 2005 0 5 10 15 20

39、 25 30 Pressure Ratio D series F series G series H series Number of Stages Overall Pressure Ratio H series G series F series D series 燃气轮机的发展趋势 发展联合循环发展联合循环 燃用天然气的燃用天然气的燃气燃气-蒸汽联合循环蒸汽联合循环，效率高达效率高达58%以上以上 燃煤的燃煤的整体煤气化联合循环整体煤气化联合循环IGCC，功率，功率(95300 MW),效效率高率高(40%45%)、污染低，但造价较高。、污染低，但造价较高。增压流化床燃煤联合循环增压流化床

40、燃煤联合循环PFBC-CC。发展新型热力循环发展新型热力循环 湿空气透平循环（湿空气透平循环（HAT）、燃料电池联合循环等。）、燃料电池联合循环等。扩大应用扩大应用 燃气轮机的发展趋势燃气轮机的发展趋势 F级简单循环燃气轮机的参考性能（级简单循环燃气轮机的参考性能（ISO标准参考条件）标准参考条件）生产厂商生产厂商 GE SIEMENS MHI 型号型号 PG9351FA V94.3A M701F 功率功率(MW)255.6 267 270 热效率热效率()37 38.7 38.2 空气空气流量流量(kg/s)632.7 645 651 排气排气流量流量(kg/s)659 压缩比压缩比 15.

41、4 16.9 17.0 压气机级数压气机级数 18 15 17 透透平进口温度平进口温度()1327 1310 1400*透平级数透平级数 3 4 4 透平透平排气温度排气温度()609 576 586 NOx排放量排放量(ppm)25 25 25 机组机组重量重量(t)240 330 340 机组近似尺寸机组近似尺寸 22.65.05.4 12.56.17.5 17.35.85.8 注注*：这是透平参考进口温度，即透平第一级喷嘴前的温度。：这是透平参考进口温度，即透平第一级喷嘴前的温度。燃气轮机的发展趋势燃气轮机的发展趋势 燃气轮机的发展趋势燃气轮机的发展趋势 由由F级燃气轮机组成的联合循环

42、机组的参考性级燃气轮机组成的联合循环机组的参考性能能(ISO标准参考标准参考条件条件)生产厂商生产厂商 GE SIEMENS MHI 型号型号 S109FA S209FA 1S.V94.3A 2S.V94.3A MPCP1(M701F)MPCP2(M701F)CC功率功率(MW)390.8 786.9 392 784 397.7 799.6 GT功率功率(MW)254.1 508.2 513.0 266.1 532.2 ST功率功率(MW)141.8 289.2 281.5 131.6 267.4 PGT/PST 1.792 1.757 1.822 2.022 1.990 热效率热效率()56.7 57.1 57.4 57.3 57.0 57.3 燃机燃机、汽机配置汽机配置 1+1单轴单轴 2+1 1+1单轴单轴 2+1 1+1单轴单轴 2+1 余热锅炉配置余热锅炉配置 三压再热三压再热 三压再热三压再热 三压再热三压再热 三压再热三压再热 三压再热三压再热 三压再热三压再热