燃气轮机-蒸汽轮机联合循环讲义(1)

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1、燃气轮机电站技术培训学习资料（基础篇）第一章：燃气—蒸汽联合循环发电简介第一节、天然气是绿色能源天然气的主要成分是甲烷（CH4），其分子由一个碳原子（C）与四个氢原子（H）组成。天然气无色、无味、无腐蚀性，天然气燃烧生成水（H2O）与二氧化碳（CO2），不产生灰、渣、二氧化硫等有害物质，天然气是世界公认的清洁能源。LNG就是液化天然气，液化后的天然气体积是气体形态的六百份之一，方便大量储存和远距离运输。采用LNG为原料，采用“燃气—蒸汽联合循环”技术来发电的电厂称为燃气—蒸汽联合循环发电厂。采用天然气发电可大大减少对环境的污染，采用“燃气—蒸汽联合循环”技术

2、发电，发电效率高达57%，燃煤电厂为40%左右，发同样的电能CO2排放量仅为燃煤电厂的40%左右。第二节、液化天然气（LNG）燃机发电厂与燃煤发电厂性能比较示意图第三节：燃气轮机发展史中国在公元十二世纪的南宋高宗年间就已有走马灯的记载，它是涡轮机(透平)的雏形。15世纪末，意大利人列奥纳多·达芬奇设计出烟气转动装置，其原理与走马灯相同。至17世纪中叶，透平原理在欧洲得到了较多应用。1791年，英国人巴伯首次描述了燃气轮机的工作过程。1920年，德国人霍尔茨瓦特制成第一台实用的燃气轮机，其效率为13％、功率为370千瓦，按等容加热循环工作，但因等容加热循环以断

3、续爆燃的方式加热，存在许多重大缺点而被人们放弃。燃气轮机发展史随着空气动力学的发展，人们掌握了压气机叶片中气体扩压流动的特点，解决了设计高效率轴流式压气机的问题，因而在30年代中期出现了效率达85％的轴流式压气机。与此同时，透平效率也有了提高。在高温材料方面，出现了能承受600℃以上高温的铬镍合金钢等耐热钢，因而能采用较高的燃气初温，于是等压加热循环的燃气轮机终于得到成功的应用。1939年，在瑞士制成了四兆瓦发电用燃气轮机，效率达18%。同年，在德国制造的喷气式飞机试飞成功，从此燃气轮机进入了实用阶段，并开始迅速发展。燃气轮机发展史随着高温材料的不断进展，以

4、及透平采用冷却叶片并不断提高冷却效果，燃气初温逐步提高，使燃气轮机效率不断提高，单机功率也不断增大。在70年代中期出现了数种100兆瓦级的燃气轮机，最高能达到130兆瓦。第二章：燃气—蒸汽联合循环发电系统的流程下图是燃气—蒸汽联合循环发电系统设备与生产流程图，显示了天然气发电的主要流程在经过加热后的天然气进入燃气轮机的燃烧室，与压气机压入的高压空气混合燃烧，产生高温高压气流推动燃气轮机旋转做功。从燃气轮机排出的气体温度高达摄氏600度，仍然具备很高的能量，把这些高温气体送到锅炉，把水加热成蒸汽去推动蒸汽轮机，带动发电机发电。第三章：燃气轮机概述第一节、燃气轮

5、机工作原理及工作过程1、燃气轮机的工作原理燃气轮机的原理与中国的走马灯相同，据传走马灯在唐宋时期甚是流行。走马灯的上方有一个叶轮，就像风车一样，当灯点燃时，灯内空气被加热，热气流上升推动灯上面的叶轮旋转，带动下面的小马一同旋转。燃气轮机是靠燃烧产生的高温高压气体推动燃气叶轮旋转如下图：燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。燃气轮机的基本原理与蒸汽轮机很相似，不同处在于工质不是蒸汽而是燃料燃烧后的烟气。燃气轮机属于内燃机，所以也叫内燃气轮机。燃气轮机是利用气体作为工质在燃烧室里燃

6、烧，将燃料的化学能转变为气体的内能。在喷嘴里，气体的内能转变为气体的动能，燃气高速喷出，冲击叶轮转动2、燃气轮机的工作过程压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩。压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气透平中膨胀作功，推动透平叶轮带着压气机叶轮一起旋转加热后的高温燃气的作功能力显著提高，因而燃气透平在带动压气机的同时，尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。燃气轮机由静止起动时，需用启动设备，待加速到能独立运行后，起动机才脱开。3、燃气轮机工作过程的分类燃气轮机的工作过程是最简单的，称为简单循环；此外，还有回热循环和复

7、杂循环。燃气轮机的工质来自大气，最后又排至大气，是开式循环；此外，还有工质被封闭循环使用的闭式循环。例如：燃气—蒸汽混合循环电厂。燃气轮机与其他热机相结合的称为复合循环装置。4、影响效率的主要因素燃气初温和压气机的压缩比，是影响燃气轮机效率的两个主要因素。提高燃气初温，并相应提高压缩比，可使燃气轮机效率显著提高。下面是一台燃气轮机模型，通过它来了解燃气轮机的工作过程。模型的前端是空气进入口；环绕燃气轮机安装的是燃烧室；在燃烧室端面有天燃气的入口；燃气轮机的后面是燃烧后的高温气体排出口。把燃气轮机剖去1/4，可以看到内部的结构。燃气轮机由三大部分组成，左边部

8、分是压气机，有进气口，内部一排排叶片是压气机叶片；中