提高燃气轮机性性能技术研究

发表时间:2020/9/8   来源:《中国电气工程学报》2020年4期   作者:陈斌
[导读] 现代工业生产离不开燃气轮机,若在燃气轮机性能方面加以研发和升级,就能够在很大程度上提高现代工业的生产效率
        摘要:现代工业生产离不开燃气轮机,若在燃气轮机性能方面加以研发和升级,就能够在很大程度上提高现代工业的生产效率。燃气轮机属于内燃机,是通过持续性的气体流动来带动叶轮形成一种高速旋转的方式运行。把增料的能量通过一系列程序转化为实用性的物质。随着现代工业的发展,蒸汽轮机的使用将会被广泛普及到生产当中。本文主要以通过使用高循环参数、改善部件结构及其性能和使用热力循环这三种方式来提高燃气机轮的性能。

        关键词:燃气轮机;热力循环;性能
        燃气轮机作为一种与国家能源相联系的战略性产业,站在了能源动力设备的最高层。其发展也带动了先进生产和能源技术方面的研发,对我国的经济发展具有重要的意义。燃气轮机使用的覆盖面比较广,不仅在现代工业方面发挥着重要作用,而且在国防装备、各项能源开发、能源运输和电力资源上的作用都不容小视。燃气轮机有着几十年的使用时长,随着相关人员的不断优化创新和研制,燃气轮机运行质量已经达到相对较高的水平。现如今,先进的J级微汽轮机使用功率。达到460MW初始温度1600C,单循环效率在41%左右。联合循环已经打破了60%。因为重型燃气机轮有着比较特殊的运行体系。所以各大著名企业在行业发展中对其进行垄断,并共同合作生产重型燃气机。但是这些著名企业没有专业性的生产技术,也由于我国的燃气机轮使用相对较晚,导致我国燃气轮机生产总水平落后将近30年,也不具备自己研发出完整的燃气轮机的能力。
1采用高循环参数
        提高燃气机轮性能的最佳方式就是改变燃气轮机的参数,其参数有热功率、比功率,压比、涡轮进口温度等,只要有其中一项参数变化都会导致燃气轮机不能正常运行。尤其是在高循环参数中,涡轮温度的变化也影响了燃气机的燃点,涡轮进口温度必须要上升到指定温度。例如,62℃。是民航的发动机涡轮进口的温度。高参数涡轮进口温度和燃气机轮使用是相联系的,要根据使用方向和范围,把涡轮进口温度调整到最有效的温度值上,使燃气机轮使用达到最佳状态。提高燃气机的性能能够在一定程度上推动现代工业的发展,并使生产出来的产品得到质的保障。当机组的涡轮转数和电网的频率达到平行时,不论燃油量是高是低,都不会对转速有任何影响。但是如果燃料量的波动比较大,燃气机轮的输出就会受到影响,导致spref循环被动。通过一定的燃料量,使spref形成自循环,从而导致燃气轮机的波动受到影响。因燃气轮机本身存在热容量,所以就会减少触发被动时带来的波动。由此可见,热容量能够很好的克制燃气轮机在运行时的负荷波动,尤其是联合循环机组,其在加载时段的燃料体积起伏速度比加速阶段的起伏速度小。
2改善部件结构及性能
        2.1 压气机部件
        压气机部件是燃气轮机的重要组成部分,在燃气轮机的运行中压气机不断的把空气压缩,可以减少燃气机的压缩率,起到一个辅助的作用,这样就能够帮助蒸汽机提高工作效率。蒸汽机的工作效率越高,燃气轮机的运行效率和性能就会越高,在实际的生产运营当中就能够充分的把燃气轮机的作用发挥到最大限度。有一些燃气轮机对机动性的要求比较苛刻,所以就需要工作人员精准高效的计算出压缩机的性能。

如果计算的不够到位,就会在燃气轮机加速或减速的运行时出现喘振现象,压气机特点是“强三维效应”,展开来说就是,以压气机的工作轮高速运转形成的气流来维持一个复杂的三维流动现场。这样就能使气压叶片的速度大幅度下降,增加了冲击波对燃气机的损坏,同时也造成了机器的二次流动带来的损失。燃气轮机已经渗透到各行各业当中,但压缩机是有使用寿命的,因此,要根据压缩机的使用次数和运行的功率和时间作出记录,以便运算更换时间,及时更换压缩机,使燃气轮机能够正常运行。比如,有些重型的燃气轮机也都应用在海洋航行领域,而且也在不断的创新和提高其运行效率,也同时运用到三维流动的运行方式。这样,有利于现代工业的不断发展,并且满足了现如今人们对新型发展的需求。
2.2 涡轮部件
        燃气轮机的另一个重要组成部分则是涡轮部件,涡轮部件是判断燃气机运行机制的重要标志之一。因我国对燃气机的使用较晚,因此,在燃气接涡轮的发现上也有着较大的影响,相比重型燃气机的三大巨头,水平相差悬殊。燃气轮机使用总体水平相对落后,而且我国还不具备创新和燃气轮机研发的水平,还没有自主生产和组装重型燃气机的能力,所以从本质上看,我国燃气轮机产业还没有崛起。
3采用先进的热力循环
        先进的热力循环系统运行到燃气轮机上,能够很好的把废弃的余热能量转化为有用的资源,形成一种循环系统,这就大大提高了燃气轮机性能。
3.1回热循环 .
        回热循环是利用燃气轮机在运营过程中所产生的余热来提高机器的运行效率,在基础的单循环上增加热力循环器,就可以利用涡轮旋转所排出的高热量的废气,将其输入到燃烧室来进行高压预热,然后七天再进入预热后的燃烧室。这样就可以直接性的减少预热时间,提高运行效率,并减少了资源消耗,热力效率增加到了16%~21%。
3.2再热循环
        通过增大满轮膨胀功,从而提升燃气轮机的比功的方式被称为再热循环。在高低压涡轮之间增加相应的燃烧室,使高压涡轮流向低压涡轮的燃气能够再次供油燃烧,实现循环,所以被称为再热循环。
3.3间冷循环
        通过减小压气机的压缩功而提升燃气轮机的比功的方式被称为间冷循环。主要方式为将燃机的压气机分为高压与低压两部分,在两者之间安置一个冷却器。利用相应介质对从低压部分中流出的空气进行冷却,在冷却后送去高压部分。这种中间进行冷却的循环方式被称为间冷循环。而间冷循环方案已经被GE公司应用在最新推出的LMS100型大功率燃气轮机。
结语:
        燃气轮机性能的提高主要从运用高循环参数、改善燃气轮机的部件结构及其性能和采用先进的热力循环方式。虽然我国的燃气轮机使用相对较晚,并且还不具备自主研发和改革创新的能力,与世界水平相差较多。但随着时代的进步,我国的相关研发人员也在不断努力的创新与发展燃气轮机,以最快的速度减小水平差,我相信在不久的将来,燃气轮机能够在我国自主研发出来,并予以广泛的应用。
参考文献:
[1]刘娇, 刘金福, 于达仁. 燃气轮机性能监测诊断技术研究综述[J]. 燃气轮机技术, 2017, v.30;No.118(04):1-8.
[2]李超, 崔瀚文. 燃气轮机性能监测诊断技术研究综述[J]. 建筑工程技术与设计, 2018, 000(006):3175.
[3]赵宁波, 吴森, 闻雪友. 燃气轮机异常检测技术研究进展[J]. 热能动力工程, 2017, 032(010):1-10.
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