提高燃气轮机性能的技术措施研究

摘 要：燃气轮机是现代工业生产中的重要部件，提高燃气轮机的性能对提高现代工业生产起到促进作用。燃气轮机（Gas Turbine）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。燃气轮机在现代工业中有广泛的应用前景。本论文主要从采用高循环参数、改善部件结构及性能、采用先进的热力循环阐述提高燃气轮机性能的技术措施研究，希望为研究燃气轮机性能的专家和学者提供理论参考依据。

关键词：燃气轮机性能;技术;措施研究

燃气轮机是一类热力发动机，在现代工业生产中有广泛的应用，并且具有优越的发展趋势。燃气轮机的性能对燃气轮机的工作质量等因素有一定的影响，必须科学有效的提供燃气轮机的性能，这对提高燃气轮机的应用效率，提高工作质量都起到重要作用，提高燃气轮机性能主要从参数、部件、循环方式等方面进行阐述，并且利用现代科技水平进行改良，这是提高燃气轮机性能的基本因素，也是保障燃气轮机在现代工业生产中发挥其职能，提高现代工业生产的质量。

1采用高循环参数

改变燃气轮机的参数是提高燃气轮机的有效方式，其主要参数热功率、比功、压比、涡轮进口温度等。每个参数的改变对燃气轮机的性能都有一定的影响。尤其高循环参数涡轮进口温度的提升对燃气轮机的着火点有一定的影响。涡轮进口温度达到一定的温度，比如温度达到62度，这是民用航空发动机研制需要的涡轮进口的温度，高循环参数涡轮进口温度与燃气轮机的应用有一定的关系，必须根据实际应用的性能，科学有效的对燃气轮机高循环参数涡轮进口温度的调节，以适合燃气轮机的应用，促进现代工业发展，提高其燃气轮机的性能，保障现代工业产品的质量。此时机组转速与电网频率一致，燃料量的变化不引起转速变化。但燃料量波动会影响燃机的负荷输出并引起 SPREF 波动，SPREF 与燃料量给定值之间产生自循环，放大波动。因为燃机本身有一定的热容量且 SPREF 生成过程中有一定的缓冲算法，波动现象会被弱化。对于联合循环机组，余热锅炉的热容量更能缓和负荷波动。综上，带载阶段燃料量的波动对机组造成的负荷波动也很小，尤其对于联合循环机组，可能会小于升速阶段。

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主要部件，燃气轮机在工作的过程中，压气机通过压缩对空气进行做功，提高燃气轮机的机械效率，必须减少压缩功，提高有用功的机械效率，机械效率越高，燃气轮机的性能越好，其在实际工作的过程中能更好的发挥燃气轮机的作用。部分燃气轮机（如舰船用、应急发电用燃气轮机）对机动性要求较高，这势必要求压气机有较高的喘振裕度，否则，在加减速过程中就会发生喘振。超、跨声级压气机的最大工作特点是“强烈的三维效应”，即气流通过压气机工作轮形成沿叶高不等功和不等熵的复杂的三维流场，会增大二次流动损失和径向间隙损失，还会新生激波损失。燃气轮机应用的范围比较广，压气机部件在实际的应用过程中根据需要进行相应改变，比如部分重型燃气轮机在航海等领域中的应用，其压缩比例也在增大，改善了三维流相应的效果，对现代工业的发展起到促进作用，符合现代工业发展的需要。

2.2涡轮部件

涡轮燃气轮机的重要部件，改变涡轮部件的参数对提高燃气轮机的性能起到重要作用。涡轮部件的效率对燃气轮机整机的影响非常显著，应尽量提高该参数;在参数提高的过程中，需要根据燃气轮机的应用科学有效的进行参数调节。同时，由于涡轮部件是热端部件，采用的是极其昂贵的耐热合金而且制造技术复杂，尽量减少涡轮部件的级数可以大幅节省成本。燃烧室部件从提高性能的角度来讲，燃烧室主要是减少压力损失，提高燃烧效率，提高加温比，减少冷却空气量。但对于当前的燃气轮机燃烧室来讲，减少污染物排放是一个更为重要的技术指标。现代工业在生产的过程中都要注重保护生态环境，现在国家对企业环评基本实行一票否决制，环评不合格企业不能生产。

3采用先进的热力循环

3.1回热循环

回热循环是热力循环的一种方式，提高机组效率的有效途径，通常采用余热的方式完成回热循环。通常是在简单循环基础上增加一个换热器。其可利用涡轮排出的废气对进入燃烧室的高压空气预热，预热后的高压空气再进入燃烧室进一步参加燃烧以提高温度。温度提升对燃气轮机的工作性能起到基本保障，有助于提升其工作效率。而在保持相同涡轮进口温度条件下可以减少燃料消耗量，增加热效率达 15%～20%。热效率的提升对燃气轮机的机械效率提升起到促进作用，同时对于高涡轮排气温度的燃气轮机效果更为显著。高涡轮排气温度的燃气轮机是对温度有一定的要求，回热循环能更加科学有效的提升高涡轮排气温度，有助于提高工作效率。

3.2 再热循环

再热循环也是热力循环中的一种，其对提高燃气轮机的工作效率起到重要作用。再热循环是通过增大涡轮膨胀功，提高燃气轮机的比功。比功的提升对全面提升再热循环起到促进作用，一般是在高低压涡轮之间增加一个燃烧室，对从高压涡轮流出的燃气再次供油燃烧，然后燃气进入低压涡轮，因此称为再热循环。再热循环的应用对提高燃气轮机的性能起到促进作用，有效提高工作效率，保障工作质量。

3.3间冷循环

间冷循环是热力循环中的一种。一般是将燃机的压气机分成高低压两个部分，在其间增设一个中间冷却器，利用水或其他介质对从低压压气机中流出的空气进行冷却，然后送入高压压气机而组成中间冷却循环（或称间冷循环）。

3.4蒸汽回注循环

该循环又称程氏循环，是利用燃气对换热器内经过水质处理的水加热，使其成为过热蒸汽，从不同部位（从燃烧室至涡轮前某处）注入一定量蒸汽，與压气机供入空气一起加热到涡轮进口温度，再一同流经涡轮并进行膨胀做功。

总之，F 型燃气轮机及其改进型是我国目前的主力燃气轮机机组。燃气轮机机组调峰的灵活性也意味着燃料的波动带来的输出能量波动明显。结合燃气轮机的工作原理和控制逻辑可以对不同阶段燃气轮机的“灵活”性进行分析，进而得到一些运行和故障判断的指导建议，同时进一步提高我们对燃气轮机运行中一些特点的认识。

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