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1、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n n天然气的主要成分是甲烷（天然气的主要成分是甲烷（CH4CH4），其分子由一个碳原子（），其分子由一个碳原子（C C）与四个氢）与四个氢原子（原子（H H）组成。天然气无色、无味、无腐蚀性，天然气燃烧生成水）组成。天然气无色、无味、无腐蚀性，天然气燃烧生成水（H2OH2O）与二氧化碳（）与二氧化碳（CO2CO2），不产生灰、渣、二氧化硫等有害物质，），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。天然气是世界公认的清洁能源。LNGLNG就是液化天然气，液化后的天然气就是液化天然气，液化后的天然气体积是气体形态的六
2、百份之一，方便大量储存和远距离运输。采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n n用用 LNG LNG为原料，采用为原料，采用“ “燃气燃气蒸汽联合循环蒸汽联合循环” ”技术来发电的电厂称为燃气技术来发电的电厂称为燃气蒸汽联合循环发电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，采用厂。采用天然气发电可大大减少对环境的污染，采用“ “燃气燃气蒸汽联合循环蒸汽联合循环” ”技术发电，发电技术发电，发电效率高达效率高达57%57%，燃煤电厂为，燃煤电厂为40%40%左右，发同样的电能左右，发同样的电能CO2CO2排放量仅为燃煤电厂的排放量仅为燃煤电厂的40%40%左右
3、。左右。第一页，共四十八页。第一页，共四十八页。第二节、液化天然气第二节、液化天然气第二节、液化天然气第二节、液化天然气 （LNGLNG）燃机发电厂与燃煤发电厂性能比较示意图）燃机发电厂与燃煤发电厂性能比较示意图）燃机发电厂与燃煤发电厂性能比较示意图）燃机发电厂与燃煤发电厂性能比较示意图第二页，共四十八页。第二页，共四十八页。第三节：燃气轮机发展史第三节：燃气轮机发展史第三节：燃气轮机发展史第三节：燃气轮机发展史n n中国在公元十二世纪的南宋高宗年间就已有中国在公元十二世纪的南宋高宗年间就已有走马灯走马灯的记载，的记载，它是涡轮机它是涡轮机( (透平透平) )的雏形。的雏形。n n15世纪末，
4、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。n n至至1717世纪中叶，透平原理在欧洲得到了较多应用。世纪中叶，透平原理在欧洲得到了较多应用。n n17911791年，英国人巴伯年，英国人巴伯首次描述了燃气轮机的工作过程首次描述了燃气轮机的工作过程。n n1920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。第三页，共四十八页。第三页，共四十八页。燃气轮机发展史燃气轮机发展史n n随着空气动力学的发展，人们掌握了随着空气动力学的发展，人们掌握了压气机叶片中气
5、体扩压气机叶片中气体扩压流动的特点压流动的特点，解决了设计高效率轴流式压气机的问题，解决了设计高效率轴流式压气机的问题，因而在因而在3030年代中期出现了效率达年代中期出现了效率达8585的轴流式压气机。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，出现了能承受现了能承受600600以上高温的铬镍合金钢等耐热钢，因而能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。成功的应用。19391939年，在瑞士制成了四兆瓦发电用燃气
6、轮机，效率达年，在瑞士制成了四兆瓦发电用燃气轮机，效率达18%18%。同年，在德国制造的喷气式飞机试飞成功，同年，在德国制造的喷气式飞机试飞成功，从此燃气轮机进从此燃气轮机进入了实用阶段，并开始迅速发展。入了实用阶段，并开始迅速发展。第四页，共四十八页。第四页，共四十八页。燃气轮机发展史燃气轮机发展史燃气轮机发展史燃气轮机发展史n n随着随着高温材料高温材料的不断进展，以及透平采用冷却叶片并不断的不断进展，以及透平采用冷却叶片并不断提高提高冷却效果冷却效果，燃气初温逐步提高，使燃气轮机效率不断提高，单，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。机功率也不断增大。n n在在7
7、070年代中期出现了数种年代中期出现了数种100100兆瓦级兆瓦级的燃气轮机，最高能达的燃气轮机，最高能达到到130130兆瓦。兆瓦。第五页，共四十八页。第五页，共四十八页。第二章：燃气第二章：燃气第二章：燃气第二章：燃气蒸汽联合循环发电系统的流程蒸汽联合循环发电系统的流程蒸汽联合循环发电系统的流程蒸汽联合循环发电系统的流程 下图是燃气下图是燃气下图是燃气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蒸汽联合循环发电系统设备与生产流程图，显
8、示了天然气发电的主要流程 第六页，共四十八页。第六页，共四十八页。 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。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从燃气轮机排出的气体温度高达摄氏600600度，仍然具备很高的能量，把度，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。机发电。 第七页，共四十八页。第七页，共四十八页。
9、 第三章：燃气轮机概述 第第 一节、燃气轮机工作原理及工作过程一节、燃气轮机工作原理及工作过程n n1 1、燃气轮机的工作原理燃气轮机的工作原理燃气轮机的工作原理燃气轮机的工作原理n n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转，带动下面的小马一
10、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：如下图：第八页，共四十八页。第八页，共四十八页。 燃气轮机是以燃气轮机是以连续流动的气体连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃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。式热力发动机。n n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汽而是燃料燃烧后的烟气。燃气轮机属于内燃机，所以也。燃气轮机属于内燃机，所以也叫内燃气轮机。叫内燃气轮机。n n燃气轮
11、机是利用气体作为工质在燃烧室里燃烧，将燃气轮机是利用气体作为工质在燃烧室里燃烧，将燃料的化学燃料的化学能能转变为转变为气体的内能气体的内能。在喷嘴里，。在喷嘴里，气体的内能气体的内能转变为转变为气体的气体的动能动能，燃气高速喷出，冲击叶轮转动第九页，共四十八页。第九页，共四十八页。2 2、燃气轮机的工作过程、燃气轮机的工作过程n n压气机压气机( (即压缩机即压缩机) )连续地从大气中吸入空气并将其连续地从大气中吸入空气并将其压缩压缩。n n压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为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高温燃气，随即流入燃气
12、透平中膨胀作功膨胀作功，推动透平叶轮带着，推动透平叶轮带着压气机叶轮一起旋转压气机叶轮一起旋转n n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，压气机的同时，尚有余功作为燃气轮机的输出机械功尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。n n燃气轮机由静止起动时，需用启动设备，待燃气轮机由静止起动时，需用启动设备，待加速到能独加速到能独立运行立运行后，起动机才脱开。后，起动机才脱开。 第十页，共四十八页。第十页，共四十八页。3、燃气轮机工作过程的分类n n燃气轮机的工作过程是最简单的，称为燃气轮机的工作过程是最简单的，称为简单循
13、环简单循环；此外，还有；此外，还有回热循环和复杂循环回热循环和复杂循环。n n燃气轮机的工质来自大气，最后又排至大气，是燃气轮机的工质来自大气，最后又排至大气，是开式循环开式循环；此外，还有工质被封闭循环使用的此外，还有工质被封闭循环使用的闭式循环闭式循环。例如：燃气。例如：燃气蒸汽混合循环电厂。蒸汽混合循环电厂。n n燃气轮机与其他热机相结合的称为燃气轮机与其他热机相结合的称为复合循环装置复合循环装置。 第十一页，共四十八页。第十一页，共四十八页。4、影响效率的主要因素n n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。
14、第十二页，共四十八页。第十二页，共四十八页。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。烧后的高温气体排出口。 第十三页，共四十八页。第十三页，共四十八页。把燃气轮机剖去把燃气轮机剖去1/41/4，可以看到内
15、部的结构。，可以看到内部的结构。燃气轮机由三大部分组成，左边部分是压气机，有进气口，内部一排排叶片是压气机叶片；中间部分燃气轮机由三大部分组成，左边部分是压气机，有进气口，内部一排排叶片是压气机叶片；中间部分是燃烧器段，围绕一圈的是燃烧室；是燃烧器段，围绕一圈的是燃烧室；右边部分是燃机透平，其中有透平叶片，右侧是燃气排出口。右边部分是燃机透平，其中有透平叶片，右侧是燃气排出口。 第十四页，共四十八页。第十四页，共四十八页。第二节、燃气轮机的设备结构第二节、燃气轮机的设备结构 燃气轮机构造有三大部分：燃气轮机构造有三大部分：空气压缩机，燃烧室，燃气透平系统。1 1、燃气轮机之空气压缩机。、燃气轮
16、机之空气压缩机。、燃气轮机之空气压缩机。、燃气轮机之空气压缩机。 压气机负责从周围大气中吸入空气，增压后供给燃烧室。为了生成压气机负责从周围大气中吸入空气，增压后供给燃烧室。为了生成高压空气，压气机装有多级叶轮，若干叶轮固定在压气机的转轴上高压空气，压气机装有多级叶轮，若干叶轮固定在压气机的转轴上构成压气机转子构成压气机转子, ,转子上的叶片称为动叶。如下图所示：转子上的叶片称为动叶。如下图所示： 第十五页，共四十八页。第十五页，共四十八页。在每两级动叶之间有一组静止的叶片（简称静叶），一组动叶与后面相邻的静叶，在每两级动叶之间有一组静止的叶片（简称静叶），一组动叶与后面相邻的静叶，称为压气机的一个级。多数燃气轮机的压气机有十几级，高速旋转的动叶把空气从称为压气机的一个级。多数燃气轮机的压气机有十几级，高速旋转的动叶把空气从进气口吸入压气机，经过一级又一级的压缩，变成高压空气。由于压气机内气体流进气口吸入压气机，经过一级又一级的压缩，变成高压空气。由于压气机内气体流动方向与旋转轴平行，称为轴流式压气机。如下图所示动方向与旋转轴平行，称为轴流式压气机。如下图所示 。燃气轮机启动时，燃气轮
