燃气轮机燃气轮机的工作过程• 压气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；燃气 轮机由静止起动时，需用起动机带着旋 转，待加速到能独立运行后，起动机才 脱开 传统三大应用领域：陆用（发电、工业）燃机船用（动力）燃机航空用（动力）燃机主要性能参数•比功；•能效；循环理论•基础布莱顿循环 •回热布莱顿循环 •联合循环 •HAT循环简单循环• 由燃气轮机和发电机独立组成的循 环系统，也称为开式循环其优点 是装机快、起停灵活，多用于电网 调峰和交通、工业动力系统目前 的最高效率的开式循环系统是GE公 司LM6000PC 轻型燃气轮机，效率 为43% 简单循环热效率的影响因素• 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 机效率显著提高到70年代末，压缩比 最高已经达到31；工业和船用燃气轮机 的燃气初温最高达1200℃左右，航空燃 气轮机的超过1350℃ 前置循环热电联产或发电• 由燃气轮机及发电机与余热锅炉共同组成的循 环系统，它将燃气轮机排出的功后高温乏烟气 通过余热锅炉回收，转换为蒸汽或热水加以利 用。
主要用于热电联产，也有将余热锅炉的蒸 汽回注入燃气轮机提高燃气轮机出力和效率 最高效率的前置回注循环系统是GE公司 LM5000-STIG120 轻型燃气轮机，效率为 43.3%前置循环热电联产时的总效率一般均 超过80%为提高供热的灵活性，大多前置循 环热电联产机组采用余热锅炉补燃技术，补燃 时的总效率超过90% 联合循环发电或热电联产• 燃气轮机及发电机与余热锅炉、蒸汽轮机或供 热式蒸汽轮机（抽汽式或背压式）共同组成的 循环系统，它将燃气轮机排出的高温乏烟气通 过余热锅炉回收转换为蒸汽，再将蒸汽注入蒸 汽轮机发电，或将部分发电作功后的乏汽用于 供热形式有燃气轮机、蒸汽轮机同轴推动一 台发电机的单轴联合循环，也有燃气轮机、蒸 汽轮机各自推动各自发电机的多轴联合循环 主要用于发电和热电联产，发电时的最高效率 的联合循环系统是ABB公司GT26-1，效率为 58.5% 整体化循环• 由煤气发生炉、燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮 机共同组成的循环系统，也称为IGCC主要 解决使用低廉的固体化石燃料代替燃气轮机使 用气体、液体燃料，提高煤炭利用效率，降低 污染物排放可作为城市煤气、电力、集中供 热和集中制冷、以及建材、化工原料综合供应 系统。
目前，GE公司使用MS7001F技术组成 的整体循环系统发电效率可达到42% 核燃联合循环• 由燃气轮机、余热锅炉和核反应堆、蒸 汽轮机共同组成的发电循环系统通过 燃气轮机排出的烟气再热核反应堆输出 的蒸汽，主要为提高核反应堆蒸汽的温 度，提高蒸汽轮机效率，降低蒸汽轮机 部分的工程造价目前处于尝试阶段 燃机辅助循环• 在以煤、油等为燃料的后置循环发电汽 轮机组中，使用小型燃气轮机作为电站 辅助循环系统，为锅炉预热、鼓风，改 善燃烧，提高效率，并将动力直接用于 驱动给水泵1947年美国第一台工业用 途燃气轮机就是采用该种方式参与发电 循环系统运行的 燃气烟气联合循环• 由燃气轮机和烟气轮机组成的循环系统 ，利用燃气轮机排放烟气中的剩余压力 和热焓进一步推动烟气轮机发电该系 统与燃气蒸汽联合循环系统比较可完全 不用水，但烟气轮机造价较高 燃气热泵联合循环• 由燃气轮机和烟气热泵，燃气轮机、烟气轮机和 烟气热泵，或燃气轮机、余热锅炉、蒸汽热泵， 以及燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机和蒸汽（烟 气）热泵组成的能源利用系统该系统在燃气轮 机、烟气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机等设备完成 能量利用循环后，进一步利用热泵对烟气、蒸汽 、热水和冷却水中的余热进行深度回收利用，或 将动力直接推动热泵。
这一工艺可用作热电联产 、热电冷联产、热冷联产、电冷联产、直接供热 或直接制冷使用，该系统热效率极高，如果用于 直接供热，热效率可达150%，是未来能源利用 的主要趋势之一 燃料电池——燃气轮机联合循环• 燃料电池由多个陶瓷管构成，每个陶瓷管就像一 块电池电池以天然气为燃料，能放出高温高压 的废气流，燃气涡轮机由燃料电池产生的热废气 流驱动由于燃料电池中没有燃烧过程，只是通 过化学分解天然气燃料来产生电力，因此可以大 幅度减少污染，其反应产物中的氮氧化物含量不 及目前天然气发电设备的2％，二氧化碳排放量 则减少了15％其发电效率可达到55％HAT循环• 建立在通过水在压气机中的蒸发来实现空气的 准等温压缩基础上这种思想早就存在，但是 从来没有完全实现过，因为如果要让水在1-10 毫秒的时间内蒸发，水就必须是一种极其细小 的水滴，因此旋流闪蒸器是实现这个循环所需 要的一种关键设备 • 优点是湿化空气降低了燃烧时的火焰温度，从 而明显降低了NOX排放量一台现有燃气轮机 当NOX降低25-40%时，其功率就会增加10- 25%机组改造投资较低，费用还不到新机组 的10% 发展方向• 大功率燃气蒸汽联合循环：燃气蒸汽联合循环 包括常规的燃气轮机和蒸汽轮机联合循环，以 及把燃气轮机与蒸汽轮机合而为一的注水、注 蒸汽、湿空气燃气轮机循环。
大功率燃气蒸汽 联合循环以天然气为主要能源，发电效率大于 50% • 分布式供能系统：先进的小功率燃气轮机与回 热、吸收式制冷组成的电、热、冷多联供系统 可以在当地获得高效率，还带来了可靠性高的 优点 • 车用燃机联合循环燃气轮机的命名规则燃气轮机的命名规则各制造厂各不相同 我国JB／T 2783—1992的燃气轮机命名规则与 GE的类似 GE各代号的含义规定如下：用途——以大写字母表示，M——机械驱动；GD ——发电设备;PG——箱装式发设备； 轴式—— 是指单轴还是双轴，用1或2表示； 循环方式— —R一回热循环，如此项空缺，则为简单循环燃气轮机的设备构成• 压气机• 燃烧室• 燃气透平压 气 机• 压气机有轴流式和离心式两种，轴流式 压气机效率较高，适用于大流量的场合 在小流量时，轴流式压气机因后面几 级叶片很短，效率低于离心式功率为 数兆瓦的燃气轮机中，有些压气机采用 轴流式加一个离心式作末级，因而在达 到较高效率的同时又缩短了轴向长度 轴流压气机的稳定性• 失速• 喘振• 颤振燃气透平的叶片冷却• 见P111燃 烧 室 结 构• 见P119发 展 史 • 1791年，英国人巴伯首次描述了燃气 轮机的工作过程； • 1872年，德国人施托尔策设计了一台 燃气轮机，并于1900～1904年进行了 试验，但因始终未能脱开起动机独立 运行而失败； • 1905年，法国人勒梅尔和阿芒戈制成 第一台能输出功的燃气轮机，但效率 太低，因而未获得实用。
发 展 史• 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 循环以断续爆燃的方式加热，存 在许多重大缺点而被人们放弃 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 发 展 史•随着高温材料的不断进展，以及 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 发 展 史• 与此同时，燃气轮机的应用领域不断扩 大。
1941年瑞士制造的第一辆燃气轮机 机车通过了试验；1947年，英国制造的 第一艘装备燃气轮机的舰艇下水，它以 1.86兆瓦的燃气轮机作加力动力；1950 年，英国制成第一辆燃气轮机汽车此 后，燃气轮机在更多的部门中获得应用 发 展 史• 在燃气轮机获得广泛应用的同时，还出现了燃 气轮机与其他热机相结合的复合装置最早出 现的是与活塞式内燃机相结合的装置；50～60 年代，出现了以自由活塞发动机与燃气轮机组 成的自由活塞燃气轮机装置，但由于笨重和系 统较复杂，到70年代就停止了生产此外，还 发展了柴油机燃气轮机复合装置；另有一类利 用燃气轮机排气热量供热(或蒸汽)的全能量系 统，可有效地节约能源，已用于多种工业生产 中 微 型 燃 气 轮 机重型燃气轮机• 是目前地面上应用最广泛的机组，其主要的要求 是寿命长(一般按工作10万h来设计)，能长期连续 安全运行；其次是要求达到较高的效率，少用贵 重合金材 料，因而其重量较重，尺寸也较大国产燃气轮机模型2005年8月15日轮南8MW燃气轮机发电机组驱逐舰上使用的燃气轮机发电用燃气轮机的分类结构型式大体可以分为两类：• 一类是工业型，也称为重型燃气轮机；• 另一类是航机改装型，也称为轻型燃气 轮机。
轻型燃气轮机• 航空用的涡桨、涡轴、涡喷、涡扇等发动机 • 加以改装后也用于发电机组，其主要特点是结构 比工业型的轻巧、燃气初温 高、机组效率高 涡轮喷气发动机推力=？效率=？涡扇发动机推力=？效率=？Pratt & Whitney PW4084 turbofan used to power Boeing 777 aircraft(1995, 美联航）最大起飞推力373.1kN4.87 m 长， 6800 kg重，风扇直径2.84 m涡桨发动机伊尔-76运输机伊尔-76早期使用D-30发动机新型号PS-90发动机C-17战略运输机C-17的发动机C-17的发动机H6KFC-1 al-31f发动机J10斯贝发动机 发展出WS9泰山WS-13发动机替代俄制RD-93WS10太行发动机:3911F100航改陆 昆仑WP-14WP-5 1956 WP-14 2002 燃 气 轮 机 余 热 锅 炉• 单压；• 双压；• 三压1. 高压烟气入口及不锈钢烟道2. 高压过热器 3. 再热器4. 天然气及柴油补燃器和过滤装置5. 高压锅炉区及降水线6. 高压汽包7. 一氧化碳转换器及催化剂减量装置8. 中压过热器9. 高压降压区10.中压锅炉区及降水管11.中压降压区12.低压锅炉部分及降水管13.烟气冷凝器(给水预热器) 14.中压汽包 15.低压汽包(内设与集水器相连装置) 16.集水器 17.烟囱 18.操作平台及楼梯。