GE9FA燃氣輪機關(guān)鍵技術(shù)分析

1、ge 9fa燃氣輪機關(guān)鍵技術(shù)分析東莞中電新能源熱電有限公司523000摘要：目前來看，ge發(fā)電用燃氣輪機的設(shè)計技術(shù)已經(jīng)有了完整的系列， 比如單軸軸流式壓氣機在保持己有的壓氣機可靠性的同時，逐步把流量、壓比和 效率進行提高；各種燃氣輪機也漸漸形成了從a、b、c、e、ea、f、fa和fb等 一系列的產(chǎn)品。采用這種漸進的方式發(fā)展系列產(chǎn)品，可以最大限度地利用從前成 熟的設(shè)計經(jīng)驗，使燃氣輪機性能提高的同時，又保持了較高的可靠性。關(guān)鍵詞：9fa；燃氣輪機；技術(shù)分析ge所采用的是尺寸?；O(shè)計技術(shù)，使用以直徑比來定義為模化系數(shù)， 模化系數(shù)和轉(zhuǎn)速成反比，功率、流量和?；禂?shù)的平方成反比，在機械尺寸縮小 或是放大

2、的同時增加或是降低它的轉(zhuǎn)速，這樣就可以獲得到機械與氣動性能相似 的燃氣透平系列和一組壓氣，并且在試驗臺上全面的進行試驗，從而使機組具有 優(yōu)良的起動和變工況特性得以保證。但由于模化設(shè)計技術(shù)對于燃燒室的開發(fā)不適 用，原因是燃燒室在模化設(shè)計中不能獲得化學(xué)反應(yīng)、相同的傳熱和氣體混合的過 程，所以仍然沿用邊設(shè)計邊在試驗臺上進行全負荷試驗的方法來對燃燒室進行研 發(fā)。一、ge9fa燃氣輪機關(guān)鍵技術(shù)1、壓氣機的高壓比為了使熱效率和燃氣輪機容量提高，ge引入了較為先進的航空空氣動 力學(xué)設(shè)計方法（比如具有大容量空氣流量的超音速壓氣機葉型），fa級壓氣機增 加了第零級（第零和第1級都工作在跨音速區(qū)），并r采用了可以

3、大幅度增加壓 氣機的空氣流量和壓比技術(shù)。ge所采用尺寸模化設(shè)計方法來對通流面積和壓氣 機直徑放大，從而增加空氣壓比和流量。如果只是簡單的把壓比提高，就可以使 用增加壓氣機級數(shù)，但是對于單軸軸流式壓氣機來說，壓比在提高過程中，壓氣 機的效率也就越來越低，并且級數(shù)比較多的壓氣機在前后級間容易發(fā)牛失速、不 協(xié)調(diào)以及喘振等問題。在9fa單軸燃氣輪機中，ge就采用了壓氣機進口可調(diào)導(dǎo) 葉(igv),來對壓氣機起動吋調(diào)節(jié)空氣流量進行適應(yīng)以及對聯(lián)合循環(huán)低負荷的性 能進行改善；在壓氣機第9與13級都布置有抽空氣口，并且冋送到壓氣機入口 (ibh),從而使壓氣機進口空氣溫度提高，以防空氣中的水汽析出，還有控制喘

4、振的功能。通過這兩項技術(shù)使9fa燃氣輪機單軸壓氣機級數(shù)增加至18級，流量 為623.7kg/s,壓比為15.4,取得了較寬的喘振裕度與高效率。2、燃氣輪機的耐高溫性能對燃氣透平進口溫度提高，是循環(huán)效率得以提升的一個有效途徑，但燃 氣透平進口溫度的提高，主要是受高溫部件(靜葉片、燃氣透平動、噴嘴以及燃 燒室等)強度的一些限制。因此，ge在透平級設(shè)計上，采取大焰降，并改進空 氣冷卻方式和采用更加好的耐高溫材料等措施。燃氣透平使用大焙降級的設(shè)計和 低反動度的沖動式第1級，使第1級靜葉有大的溫降，可以降低第1級動葉片的 工作溫度，從而減少冷卻動葉片的空氣量，使機組性能能夠有效改善，從而延長 葉片的使用

5、壽命。燃氣透平第1級動葉片采用定向凝固的gtd2111 (即ds gtd2111)材 料，它是一種超耐熱的高溫銀鉆基合金，相比于等軸晶粒的gtd2111,使燃氣透平的 進口溫度提高66±co動葉片和透平級靜葉相同，都使用了 ni基合金。 燃氣透平噴嘴也比葉片有著更強的抗高溫蠕變的強度，因此ge開發(fā)了改善真空 鑄造成型噴嘴技術(shù)和蠕變強度的gtd2222合金材料。為提高噴嘴、葉片的耐高 溫、抗腐蝕性能，在材料的使用上要選擇更好的之外，ge同吋也開發(fā)了真空等離子噴涂(vps)技術(shù)，燃氣透平進口溫度就可以提升到 1430±c,這樣對f型燃氣輪機的耐高溫材料有

6、效解決。在燃燒室中，最 為重要的高溫部件就是火焰筒，對于材料的強度要求，它要低于葉片，而對高溫 下的耐氧化、耐腐蝕性要求比較高，另外還要有較為良好的加工性、焊接性。燃 燒室材料最常使用的有co和ni基合金。為使提高ni基合金高溫的強度，就需 在此加入nb、w和mo等一些固溶強化的元素。co基合金相比較于ni基合金 來說，其抗熱腐蝕性更高，工作溫度能夠提高55±co冷卻高溫部件是一 個十分重要措施。燃氣透平的轉(zhuǎn)子、靜子以及葉片從壓氣機 抽取空氣冷卻：壓氣機在第9與第13 級動葉后各設(shè)置4個抽氣口，在每2個抽氣口上，進行合并為一根管通過防喘閥 向燃氣透平排氣管進行排氣；第9、

7、13級的抽氣又為燃氣透平第2和第3級靜葉 的冷卻氣源；在轉(zhuǎn)子第3級動葉后有路冷卻氣通過燃氣透平轉(zhuǎn)子中心孔去冷卻 輪鼓和第1、2級動葉（第3級動葉不需冷卻）。為了提高冷卻效果為了提高冷卻效果，9fa燃氣輪機還引入了熱障涂層和航空葉片冷卻技 術(shù)，在燃氣透平葉片的內(nèi)部開出一些形狀較為復(fù)雜的冷卻通道，另在葉片的表面 上開出一些小孔，把葉片里面冷卻的空氣引到葉片表面的內(nèi)背弧面，從而形成冷 卻空氣的保護膜；先進的熱障涂層結(jié)合冷卻技術(shù)相，即使進口的溫度是 1430±c的燃氣，透平第1級動葉片依然可以保持金屬溫度小于 899±co近些年ge又開發(fā)岀岀h型的燃氣透平，

8、它的第1、2級動葉以 及靜葉及第1級護環(huán)都采用的是蒸汽代替空氣冷卻。蒸汽比空氣有著更加大的 比熱值，也就是吸熱能力，在冷卻效果上更好。3、干式低nox燃燒技術(shù)燃氣輪機排放岀的污染物和燃料質(zhì)量、燃燒室的結(jié)構(gòu)和運行條件密切相 關(guān)。本機以天然氣作為燃料，其中硫和粉塵的含量很少，所以nox的排放量就 是主要的限制因素。nox的生成量和燃燒過程有聯(lián)系，傳統(tǒng)的燃氣輪機燃燒室是一個擴散燃 燒的過程，火焰通常發(fā)生在燃料與空氣化學(xué)當量比接近于1.0的條件下，有很高 的溫度，從而形成大量nox。為了使燃氣輪機nox生成量得到控制，所以就使 用貧燃料均相預(yù)混燃燒室，控制精確燃料比的貧燃料均相預(yù)混火焰溫度，這樣 no

9、x的生成率就比較低。但由于這種燃燒方式可燃極限范圍相對比較狹窄，火焰 在傳播速度上比較低，很容易造成熄火。另外，火焰的溫度低，又導(dǎo)致co以及 不完全燃燒（uhc）排量不斷增加。所以說，貧燃料均相預(yù)混燃燒室的設(shè)計要釆 取特殊的技術(shù)措施。ge 9fa燃氣輪機使用干式低nox單級多管式貧燃料均相預(yù)混燃燒室。 燃燒室是由18個分管燃燒室來組成的，布置圓周，每一個分管燃燒室內(nèi)都有5 個燃燒器，每一個燃燒器的中心送入清掃用的壓縮空氣，5個燃燒器里的中圈把 天然氣送進擴散型的d5燃料噴嘴中，每一個燃燒器外圈都把預(yù)混燃料天然氣送 入。按照起動到正常運行的不同工況，低nox （dln）燃燒器有下面4種工作方 式

10、：1、輔助預(yù)混燃燒方式。從2850 r/ min到帶初負荷階段，7 %的燃料供d5燃料噴嘴燃燒,形成擴散火焰,30%的燃料供給pm1燃料噴嘴,形成輔助預(yù)混火焰；2、擴散燃燒方式。機組點火到2850 r/ min之前階段，全部的燃料供d5燃料噴嘴燃燒，形成擴散火焰，從而保證穩(wěn)定燃燒；3、預(yù)混燃燒方式。從初負荷至60%額定負荷階段，由d5與pm1和pm4 的3種燃料噴嘴混合燃燒；4、控制預(yù)混燃燒方式。從60%到：l00%額定負荷階段，在60%額定負荷 左右燃燒方式有一個瞬變過程:首先是d5燃料噴嘴熄火，后隨著負荷逐漸增高， 83%的燃料供給pm4燃料噴嘴，與17%的燃料供給pm1燃料噴嘴，從噴岀的燃 料（天然氣）和空氣預(yù)混為可燃氣體，在整個燃燒室形成貧燃料預(yù)混燃燒火焰, 無需噴水或噴蒸汽就可以進行低氮氧化物燃燒。ge 9fa燃氣輪機燃用天然氣時，在75%100%額定負荷情況下，可以保證nox的排放量低于25ppmvd （15%含氧量），u保證在低負荷時燃燒室仍能穩(wěn)定工作。結(jié)語：這些技術(shù)的成功實現(xiàn)，一定程度上積累了國內(nèi)第一家燃氣輪機滑動壓力 控制的運行經(jīng)驗，同吋也給國內(nèi)的一些燃氣輪機的維修、設(shè)計和運行帶來了改造