22員工現(xiàn)場認(rèn)識培訓(xùn)二燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)技術(shù)課件

1燃?xì)廨啓C的概述燃?xì)廨啓C的分類重型/輕型燃?xì)廨啓C用于發(fā)電的主要型式單軸燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機的布置型式單軸燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機組電廠布置示意圖余熱鍋爐示意圖京豐現(xiàn)場機組布置型式燃?xì)廨啓C的技術(shù)發(fā)展過程M701F燃?xì)廨啓C技術(shù)結(jié)構(gòu)特點結(jié)束語2燃?xì)廨啓C簡述一燃?xì)廨啓C從負(fù)荷情況上劃分可分為重型和輕型兩類。一般工業(yè)上用于拖動發(fā)電機組發(fā)電，或用于機械驅(qū)動的燃?xì)廨啓C都是重型燃?xì)廨啓C；而用于飛機發(fā)動機的燃?xì)廨啓C為輕型燃?xì)廨啓C。從結(jié)構(gòu)上劃分，燃?xì)廨啓C可分為單軸、雙軸和多軸燃?xì)廨啓C。單軸燃?xì)廨啓C因其壓氣機、透平與負(fù)載共軸，負(fù)載的轉(zhuǎn)速變化規(guī)律直接影響壓氣機轉(zhuǎn)速，使吸入壓氣機的空氣量發(fā)生變化，甚至使壓氣機喘振而發(fā)生事故。為了使負(fù)載變化規(guī)律對壓氣機轉(zhuǎn)速的影響降低到最小程度，即負(fù)載變化規(guī)律不直接影響壓氣機的轉(zhuǎn)速，負(fù)載轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律只能通過內(nèi)部氣體工質(zhì)的工作過程來間接影響壓氣機的工況，人們設(shè)法使壓氣機與負(fù)載不共軸，因而產(chǎn)生了雙軸和多軸燃?xì)廨啓C。由上可見，在實際選型時，選用單軸、雙軸還是多軸燃?xì)廨啓C，取決于系統(tǒng)中負(fù)載的變化情況，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載變化不大時，一般選用單軸燃?xì)廨啓C，如大型火力發(fā)電廠用于拖動發(fā)電機的燃?xì)廨啓C；當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷變化較大時，可視其具體情況選用雙軸或多軸燃?xì)廨啓C，如石油化工工業(yè)上用于機械驅(qū)動的燃?xì)廨啓C。

目錄

簡述二3燃?xì)廨啓C裝置是一種以空氣及燃?xì)鉃楣べ|(zhì)的旋轉(zhuǎn)式熱力發(fā)動機，它的結(jié)構(gòu)與飛機噴氣式發(fā)動機一致，也類似蒸汽輪機。主要結(jié)構(gòu)有三部分：1、燃?xì)廨啓C（透平或動力渦輪）；2、壓氣機（空氣壓縮機）；3、燃燒室。其工作原理為：葉輪式壓縮機從外部吸收空氣，壓縮后送入燃燒室，同時燃料（氣體或液體燃料）也噴入燃燒室與高溫壓縮空氣混合，在定壓下進行燃燒。生成的高溫高壓煙氣進入燃?xì)廨啓C膨脹作工，推動動力葉片高速旋轉(zhuǎn)，乏氣排入大氣中或再加利用。燃?xì)廨啓C簡述二簡述一目錄4輕型燃?xì)廨啓C為航空發(fā)動機的轉(zhuǎn)型，如LM6000PC和FT8燃?xì)廨啓C，其優(yōu)勢在于裝機快、體積小、啟動快、簡單循環(huán)效率高，主要用于電力調(diào)峰、船舶動力。輕型燃?xì)廨啓C目錄

重型5重型燃?xì)廨啓C為工業(yè)型燃機，如GT26和PG6561B等燃?xì)廨啓C，其優(yōu)勢為運行可靠、排煙溫度高、聯(lián)合循環(huán)組合效率高，主要用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)重型燃?xì)廨啓C目錄

輕型6燃?xì)廨啓C用于發(fā)電的主要形式

1.簡單循環(huán)發(fā)電：由燃?xì)廨啓C和發(fā)電機獨立組成的循環(huán)系統(tǒng)，也稱為開式循環(huán)。其優(yōu)點是裝機快、起停靈活，多用于電網(wǎng)調(diào)峰和交通、工業(yè)動力系統(tǒng)。目前的最高效率的開式循環(huán)系統(tǒng)是GE公司LM6000PC輕型燃?xì)廨啓C，效率為43%。

2.前置循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)或發(fā)電：由燃?xì)廨啓C及發(fā)電機與余熱鍋爐共同組成的循環(huán)系統(tǒng)，它將燃?xì)廨啓C排出的功后高溫乏煙氣通過余熱鍋爐回收，轉(zhuǎn)換為蒸汽或熱水加以利用。主要用于熱電聯(lián)產(chǎn)，也有將余熱鍋爐的蒸汽回注入燃?xì)廨啓C提高燃?xì)廨啓C出力和效率。最高效率的前置回注循環(huán)系統(tǒng)是GE公司LM5000-STIG120輕型燃?xì)廨啓C，效率為43.3%。前置循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)時的總效率一般均超過80%。為提高供熱的靈活性，大多前置循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機組采用余熱鍋爐補燃技術(shù)，補燃時的總效率超過90%。

3.聯(lián)合循環(huán)發(fā)電或熱電聯(lián)產(chǎn)：燃?xì)廨啓C及發(fā)電機與余熱鍋爐、蒸汽輪機或供熱式蒸汽輪機（抽汽式或背壓式）共同組成的循環(huán)系統(tǒng)，它將燃?xì)廨啓C排出的功后高溫乏煙氣通過余熱鍋爐回收轉(zhuǎn)換為蒸汽，再將蒸汽注入蒸汽輪機發(fā)電，或?qū)⒉糠职l(fā)電作功后的乏汽用于供熱。形式有燃?xì)廨啓C、蒸汽輪機同軸推動一臺發(fā)電機的單軸聯(lián)合循環(huán)，也有燃?xì)廨啓C、蒸汽輪機各自推動各自發(fā)電機的多軸聯(lián)合循環(huán)。主要用于發(fā)電和熱電聯(lián)產(chǎn)，發(fā)電時的最高效率的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)是ABB公司GT26-1，效率為58.5%。目錄

下一頁7燃?xì)廨啓C用于發(fā)電的主要形式

4.整體化循環(huán)：由煤氣發(fā)生爐、燃?xì)廨啓C、余熱鍋爐和蒸汽輪機共同組成的循環(huán)系統(tǒng)，也稱為IGCC。主要解決使用低廉的固體化石燃料代替燃?xì)廨啓C使用氣體、液體燃料，提高煤炭利用效率，降低污染物排放?？勺鳛槌鞘忻簹狻㈦娏?、集中供熱和集中制冷、以及建材、化工原料綜合供應(yīng)系統(tǒng)。目前，GE公司使用MS7001F技術(shù)組成的整體循環(huán)系統(tǒng)發(fā)電效率可達到42%。

5.核燃聯(lián)合循環(huán)：由燃?xì)廨啓C、余熱鍋爐和核反應(yīng)堆、蒸汽輪機共同組成的發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)。通過燃?xì)廨啓C排出的煙氣再熱核反應(yīng)堆輸出的蒸汽，主要為提高核反應(yīng)堆蒸汽的溫度、壓力，提高蒸汽輪機效率，降低蒸汽輪機部分的工程造價。目前處于嘗試階段。

6.燃機輔助循環(huán)：在以煤、油等為燃料的后置循環(huán)發(fā)電汽輪機組中，使用小型燃?xì)廨啓C作為電站輔助循環(huán)系統(tǒng)，為鍋爐預(yù)熱、鼓風(fēng)，改善燃燒，提高效率，并將動力直接用于驅(qū)動給水泵。1947年美國第一臺工業(yè)用途燃?xì)廨啓C就是采用該種方式參與發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)運行的。上一頁目錄

下一頁8燃?xì)廨啓C用于發(fā)電的主要形式

7.燃?xì)鉄煔饴?lián)合循環(huán)：由燃?xì)廨啓C和煙氣輪機組成的循環(huán)系統(tǒng)，利用燃?xì)廨啓C排放煙氣中的剩余壓力和熱焓進一步推動煙氣輪機發(fā)電。該系統(tǒng)與燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)系統(tǒng)比較可完全不用水，但煙氣輪機造價較高，還未能廣泛使用。

8.燃?xì)鉄岜寐?lián)合循環(huán)：由燃?xì)廨啓C和煙氣熱泵，燃?xì)廨啓C、煙氣輪機和煙氣熱泵，或燃?xì)廨啓C、余熱鍋爐、蒸汽熱泵，以及燃?xì)廨啓C、余熱鍋爐、蒸汽輪機和蒸汽（煙氣）熱泵組成的能源利用系統(tǒng)。該系統(tǒng)在燃?xì)廨啓C、煙氣輪機、余熱鍋爐、蒸汽輪機等設(shè)備完成能量利用循環(huán)后，進一步利用熱泵對煙氣、蒸汽、熱水和冷卻水中的余熱進行深度回收利用，或?qū)恿χ苯油苿訜岜?。這一工藝可用作熱電聯(lián)產(chǎn)、熱電冷聯(lián)產(chǎn)、熱冷聯(lián)產(chǎn)、電冷聯(lián)產(chǎn)、直接供熱或直接制冷使用，該系統(tǒng)熱效率極高，如果用于直接供熱，熱效率可達150%，是未來能源利用的主要趨勢之一。上一頁目錄

下一頁99.燃料電池——燃?xì)廨啓C聯(lián)合循環(huán)：美國能源部近日宣布開發(fā)出了世界第一個將燃料電池和燃?xì)鉁u輪機結(jié)合在一起的發(fā)電設(shè)備，這種設(shè)備能更有效地產(chǎn)生電力并大大減少環(huán)境污染。據(jù)了解，這一設(shè)備的燃料電池由1152個陶瓷管構(gòu)成，每個陶瓷管就像一塊電池。電池以天然氣為燃料，能放出高溫高壓的廢氣流，燃?xì)鉁u輪機則用燃料電池產(chǎn)生的熱廢氣流制第二輪電力。由于燃料電池中沒有燃燒過程，只是通過化學(xué)分解天然氣燃料來產(chǎn)生電力，因此可以大幅度減少污染。設(shè)備不會產(chǎn)生二氧化硫，其反應(yīng)產(chǎn)物中的氮氧化物含量不及目前天然氣發(fā)電設(shè)備的2％，二氧化碳排放量則減少了15％。而且，只要有天然氣和空氣存在，燃料電池就能工作。新型發(fā)電設(shè)備的發(fā)電功率為220千瓦，能為200戶人家提供電力。其發(fā)電效率達到55％，這意味著來自天然氣燃料的能量中有55％轉(zhuǎn)化成了電能，遠遠高于燃煤發(fā)電設(shè)備的35％發(fā)電效率，也高于燃?xì)鉁u輪機50％的發(fā)電效率。燃?xì)廨啓C用于發(fā)電的主要形式

上一頁目錄10單軸燃?xì)廨啓C—蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠布置示意圖目錄序號說明11單軸燃?xì)廨啓C—蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠布置示意圖說明部份1.燃?xì)廨啓C(Gasturbine)2.發(fā)電機(Generator)3.離合器(Clutch)4.蒸汽輪機(Steamturbine)5.蒸汽凝結(jié)器(Condenser)6.余熱鍋爐(HRSG)7.空氣過濾器(Airintakeblock)8.轉(zhuǎn)子冷卻器(Rotoraircoolers)9.煙囪(Stack)10.燃?xì)廨啓C輔助設(shè)施(AuxiliaryBlockGT)11.控制系統(tǒng)柜(Controlvalveblock)12.發(fā)電機母線(GeneratorBusbar)13.發(fā)電機斷路模塊(GeneratorBeakermodule)14.冷凝水管(CW-Pipe)15.控制氮氧化物注水系統(tǒng)(NOxwaterinjectionblock)16.燃油系統(tǒng)(Fueloilblock)17.燃?xì)庀到y(tǒng)(Fuelgasblock)18.主變壓器(Maintransformer)19.輔助變壓器(Auxiliarytransformer)20.蒸汽輪機潤滑油箱(Lubeoil–ST)21.冷凝水泵(Condenserpump)22.補充給水柜(Feedwatertank)23.電器系統(tǒng)控制模塊(Electrical&controlmodule目錄

圖示12單軸燃?xì)廨啓C—蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠立體布置示意圖目錄13高壓煙氣入口及不銹鋼煙

高壓過熱器3.再熱器4.天然氣及柴油補燃器和過濾裝置5.高壓鍋爐區(qū)及降水線6.高壓汽包7.一氧化碳轉(zhuǎn)換器及催化劑減量裝置8.中壓過熱器9.高壓降壓區(qū)11.中壓降壓區(qū)12.低壓鍋爐部分及降水管13.煙氣冷凝器(給水預(yù)熱器)14.中壓汽包15.低壓汽包(內(nèi)設(shè)與集水器相連裝置)16.集水器17.煙囪18.操作平臺及樓梯10.中壓鍋爐區(qū)及降水管余熱鍋爐

目錄14京豐現(xiàn)場布置型式及循環(huán)方式

目錄15燃?xì)廨啓C技術(shù)的發(fā)展一

近年來，燃?xì)廨啓C得到大發(fā)展，尤其在天然氣作為能源廣泛使用和燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)高效發(fā)電之后更加如此。燃機容量已由數(shù)百千瓦上升到數(shù)百兆瓦，燃?xì)廨啓C進氣溫度從600℃增加到1500℃。如日本三菱公司的M701G為334MW、1500℃。隨著進氣參數(shù)的提高，機組熱效率亦隨之提高，如三菱的M701G的熱效率巳達39．5％。

燃?xì)廨啓C發(fā)展得助于技術(shù)進步，主要表現(xiàn)在進氣溫度的提高和燃燒室的改進。主要表現(xiàn)在進氣溫度的提高和燃燒室的改進。

1燃?xì)獬鯗氐奶岣呒夹g(shù)

欲提高燃?xì)廨啓C初溫，材質(zhì)是關(guān)鍵問題之一。這里著重介紹在同一材質(zhì)下如何進一步提高工作溫度的技術(shù)。主要介紹兩點，葉片工作面的隔熱涂層(TBC)技術(shù)和葉片非工作面的冷卻技術(shù)。

1.1

隔熱涂層能提高葉片的工作溫度

三菱M701F燃?xì)廨啓C第1級動葉采用定向結(jié)晶鑄造技術(shù)，使用MGA2400材料，它比常規(guī)方法鑄造的同一材料耐溫要提高約20℃。經(jīng)TBC處理后，葉片的工作溫度可以進一步提高。

TBC處理是在葉片的工作面上先噴涂一層0．1mm厚的涂層，然后再在涂層上增加隔熱層。M701F型燃?xì)廨啓C第1級動葉的隔熱層采用陶瓷材料ZrO2·Y2O3，在一個專用密閉真空容器中用等離子噴涂技術(shù)來實現(xiàn)的，Zr02·Y203層厚約0．3nun。為了增強隔熱層與金屬表面之間的粘合力和克服不同材料的線膨脹系數(shù)不同而引起的分層傾向，在噴涂ZrO2Y203之前，先噴涂一層約0.1mm厚的抗氧化涂層(Co—Ni-AI-Y)作為過渡層。

目錄

下一頁16燃?xì)廨啓C技術(shù)的發(fā)展二

1.2

葉片的冷卻技術(shù)

葉片冷卻技術(shù)主要有內(nèi)部通道冷卻技術(shù)、葉型頭部噴淋冷卻技術(shù)和葉型表面的氣膜冷卻技術(shù)等。這些冷卻技術(shù)的綜合效應(yīng)能使葉片的金屬溫度低于燃?xì)庵髁鳒囟?00-600℃，使金屬溫度保持在材料允許極限內(nèi)。

1.2.1

聽片的冷卻源。

以M701F為例說明。M701P燃?xì)廨啓C分4級，第1級冷卻源來自壓氣機排汽側(cè)的抽氣；第2級來自壓氣機HP高壓抽氣，第3級來自IP中壓抽氣，第4級來自LP低壓抽氣。所有抽氣都經(jīng)過過濾，才進入燃?xì)廨啓C。燃機第1級冷卻源來自排汽的抽氣，還應(yīng)經(jīng)抽氣冷卻器，抽氣冷卻器是燃料氣與抽氣的熱交換器，燃料氣是熱交換器的冷卻介質(zhì)。這種設(shè)計既可減少冷茸葉片所需的冷卻空氣量，又提高了然氣溫度．有利于燃燒。例如未置熱交換器的德國V94．3A機組，其進氣溫度1390℃略沃于M701F的1400℃，但M701F蛇冷卻空氣相對流量0．183％卻小于V94．3A的0．198％。

1.2.2

葉片的冷卻方式。M701F燃機第1級靜葉葉型面內(nèi)部有3個帶孔的隔倉，進入隔倉中心的冷風(fēng)通過隔倉壁的小孔，垂直射向葉片內(nèi)壁面，形成湍流換熱。沿頭部及型面小孔噴出的冷風(fēng)又環(huán)繞葉身形成氣膜冷卻。第1級動葉主要采用內(nèi)部多個彎道的對流冷卻和氣膜冷卻，特別加強了葉頂和上下圍帶邊緣的冷卻，可防止葉片型線的改變和熱疲勞裂紋。

1.2.3

密封的改進。動靜部分之間的密封對冷卻系統(tǒng)的可靠性和減少冷風(fēng)的耗量都很重要。三菱幾個型號的燃機，其第1、2級動葉之間的密封，由傳統(tǒng)的迷宮氣封改為接觸式的刷子型密封，收到很好的效果，漏氣量減少60％上一頁目錄

下一頁172.燃燒室的改進

1997-1999年研發(fā)的M701、50Hz機組，燃燒室都采用環(huán)管形結(jié)構(gòu)，上、下兩半的燃燒室外殼與壓氣機和燃?xì)馔钙降耐飧走B接成一體。燃燒室采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，以便于通用。燃燒器由燃燒噴嘴、火焰筒、過渡段和旁路閥組成，容量不同的機組所用燃燒器數(shù)量不同，如M701F用20個，M701D用18個，M501H用16個。采用標(biāo)準(zhǔn)件燃燒器可降低成本，便于檢修。

燃燒噴嘴由圍成一個圓圈的8個干式預(yù)混主噴嘴和位于圓心的導(dǎo)向噴嘴組成。這種結(jié)構(gòu)使空氣與燃料混合均勻，增加火焰面積，降低局部高溫區(qū)的燃燒溫度，可減少N0x的生成。

火焰筒和過渡段是燃?xì)廨啓C組中承受溫度最高的部件，三菱采用雙層結(jié)構(gòu)，夾層為冷卻風(fēng)。直接承受火焰的內(nèi)層壁面，第1級葉片采用TBC表面處理技術(shù)，降低金屬承受的溫度，并防高溫腐蝕。

旁路閥是三菱獨創(chuàng)技術(shù)，用以控制燃燒，穩(wěn)定火焰，防止爆燃。一旦傳感器檢測到燃燒壓力產(chǎn)生波動，旁路閥自動開啟，冷空氣進入，以保持燃燒穩(wěn)定燃?xì)廨啓C技術(shù)的發(fā)展三

上一頁目錄18M701F燃?xì)廨啓C的結(jié)構(gòu)特點

1引言2三菱燃?xì)廨啓C的發(fā)展道路3M701F燃?xì)廨啓C的性能指標(biāo)4M701F燃?xì)廨啓C的結(jié)構(gòu)特點5結(jié)論摘要：介紹并分析三菱理工生產(chǎn)的M701F型重型燃?xì)廨啓C的性能及主要結(jié)構(gòu)特點，也簡略分析其與世界其它同類產(chǎn)品比較的優(yōu)缺點。關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C；結(jié)構(gòu)；性能目錄191引言

隨著“西氣東送”工程的啟動和液化天然氣（LNG）引進合同的簽訂，國內(nèi)燃?xì)廨啓C制造業(yè)再次迎來了發(fā)展的大好機遇。據(jù)估計，僅第1期“西氣東送”年輸送120億m3的能力，就需要增加約8000MW的燃?xì)廨啓C聯(lián)合循環(huán)電站；廣東引進LNG，也需配套增加4000MW的燃?xì)廨啓C聯(lián)合循環(huán)設(shè)備。今后電力工業(yè)還將增加天然氣的使用比例，效率高、單位造價低的燃?xì)廨啓C聯(lián)合循環(huán)裝置將有更大的發(fā)展空間。匯集各種信息；今后的10年間，估計國內(nèi)還將新增燃?xì)廨啓C聯(lián)合循環(huán)機組約15000-20000MW。

總目錄分目錄M701F燃?xì)廨啓C的結(jié)構(gòu)特點--引言

202三菱燃?xì)廨啓C的發(fā)展道路

三菱燃?xì)廨喍涞陌l(fā)展是引進技術(shù)開始的。20世紀(jì)60年代初，三菱向美國西屋公司（現(xiàn)已被西門子兼并）購買了生產(chǎn)燃?xì)廨啓C的許可證，1963年開始生產(chǎn)第1臺燃?xì)廨啓C（M171），該機組透平初溫只有732℃，功率在5000KW左右，與東方汽輪機廠在20世紀(jì)70年代開發(fā)的燃?xì)廨啓C屬同一水平。

三菱通過對引進技術(shù)的消化吸收，1984年生產(chǎn)出當(dāng)時世界上效率最高的M701D燃?xì)廨啓C聯(lián)合循環(huán)機組，透平進口溫度為1150℃。1986年又自主開始了1250℃等級的MF111型機組，功率為15000KW，也是當(dāng)時世界上溫度最高的燃?xì)廨啓C。三菱從此結(jié)束了引進模仿國外技術(shù)，走上自我發(fā)展的道路。

1989年1350℃等級的60HzM501F機組在三菱的高沙制作所完成了工廠試驗，于1992年進入商業(yè)運行；50Hz的M701F也相繼投入市場，并于1993年首次進入商業(yè)運行。到2001年12月底，M701F型機組累計銷售了43臺，其中23臺已投入了商業(yè)運行，累計運行時間超過400000h，啟停次數(shù)達到6000次。

1997年，三菱開發(fā)出1500℃等級的M501G型燃?xì)廨啓C，并完成了首臺樣機的實際驗證試驗，1999年投入了商業(yè)運行。目前三菱已經(jīng)完成透平葉片全部采用蒸汽冷卻的M501H型燃?xì)廨啓C的研制工作，在工廠進行了滿負(fù)荷的驗證試驗。

三菱從20世紀(jì)60年代開始發(fā)展燃?xì)廨啓C，用了20多年的時間從引進消化吸收到獨立開發(fā)，進入了世界先進燃?xì)廨啓C技術(shù)水平的行列，他們已先于對于，將1500℃級的G型燃?xì)廨啓C推向市場。三菱的成功經(jīng)驗值得我們認(rèn)真思考和借鑒。

M701F燃?xì)廨啓C的結(jié)構(gòu)特點—發(fā)展道路

總目錄分目錄213M701F燃?xì)廨啓C的性能指標(biāo)

表1僅列出了三菱主要的燃?xì)廨啓C品種的性能指標(biāo)；為比較起見，也列出了GE，Siemens公司相應(yīng)的F級機型的數(shù)據(jù)。從表中不難看出，M701F的功率比另外兩家（935FA和V94.3V）略高；透平進口燃?xì)鉁囟扰cGE相當(dāng)，而機組效率略高，Siemens的V94.3A燃?xì)獬鯗刈畹?，但它的效率最高，可見它的元件性能較優(yōu)；但它的效率最高，可見它的元件性能較優(yōu)；單位空氣流量的作功能力（比功率）；三菱最高，Siemens最低，三菱主要得益于采用了較高的透平進口初溫和較佳的壓比配合。

M701F經(jīng)過了多次改進。最實的M701F是在1992年推出的，透平進口溫度1350℃，出力234.2MW，壓比16，機組效率36.6%。1997年M501G試制成功后，又將透平葉片新材料和隔熱涂層等新技術(shù)反過來用于M701F型機組上，使透平進口溫度進一步提高到1400℃。表1列出的就是這種機型，也是東方電氣要從三菱引進的F級燃?xì)廨啓C。經(jīng)過改進，性能提高了，機組的可靠性也得到了改善。M701F燃?xì)廨啓C的結(jié)構(gòu)特點—性能指標(biāo)

總目錄分目錄224M701F燃?xì)廨啓C的結(jié)構(gòu)特點

圖1給出了M701F型機組的縱剖面。

4.1壓氣機

4.2燃燒室

4.3透平及葉片的冷卻技術(shù)

4.4總體布置M701F燃?xì)廨啓C的結(jié)構(gòu)特點--結(jié)構(gòu)特點

總目錄234.1壓氣機

M701F型機組的壓氣機是17級、壓比為17的軸流式壓氣機。前4級采用雙圓弧葉型（DCA）以適應(yīng)大流量、跨音速的流動特點。壓氣機通流部分沿流動方向上，即在第6、11、14級后分別設(shè)置了3個抽氣口和相應(yīng)的放氣閥，以防止機組在啟支、停機過程中或非設(shè)計工況下發(fā)生喘震；壓氣機進口導(dǎo)葉還設(shè)有可轉(zhuǎn)動裝置，不僅可以防止壓氣機喘震，還可以減少啟動時的動力消耗，并改善低負(fù)荷下的經(jīng)濟性；壓氣機前3級動靜葉片都采用了防和防腐蝕的涂層。壓氣機靜子部分采用重型葉片機械常用的水平中分面結(jié)構(gòu)，各級靜葉片都帶有內(nèi)外環(huán)（與葉片焊接或整體成型）。這種結(jié)構(gòu)雖然制造復(fù)雜一些，但增加了剛度，減少了級間的漏氣，使機組的可靠性和經(jīng)濟性都有所提高，特別是在檢修時，使機組的可靠性和經(jīng)濟性都有所提高，特別是在檢修時，不需要吊出轉(zhuǎn)子就可以取出靜葉進行檢查和維修，不需要解體轉(zhuǎn)子即可以更換動葉片。壓氣機缸后面幾級高溫部分還采用雙層結(jié)構(gòu)，對運行中在高溫下保持良好的對中有很大好處。M701F燃?xì)廨啓C的結(jié)構(gòu)特點—壓氣機總目錄分目錄

下一頁24壓氣機前3級葉輪和前端軸用整體鍛造成一體，并與后14級葉輪及與透平聯(lián)結(jié)的鼓筒用12根均勻分布在圓周方向的長拉桿緊緊連接在一起，盤與盤之間還沿徑向布置了若干騎縫銷釘以幫助傳遞扭矩；4級透平輪盤也用12根稍短一些的拉桿與壓氣機轉(zhuǎn)子連接成一整體，不過透平葉輪間的傳扭是借助于端面齒來實現(xiàn)的，這對輪盤在高溫下保持對中更為精確。當(dāng)然，為此也增加了制造的難度，需要有專用的機床來完成端面齒的加工。上一頁目錄

下一頁M701F燃?xì)廨啓C的結(jié)構(gòu)特點—壓氣機25M701F燃?xì)廨啓C的結(jié)構(gòu)特點—壓氣機總目錄分目錄264.2燃燒室

M701F型燃?xì)廨啓C的燃燒室采用環(huán)管形結(jié)構(gòu)，上下兩半的燃燒室外殼與壓氣機和透平的外缸連接成一整體。20個燃燒器沿機組圓周向均勻地斜插入燃燒室外殼里。圖2給出了其中一個燃燒器的縱剖面圖。每套燃燒器由燃燒噴嘴、火焰筒、過渡段和旁路閥及其它附件組成。燃料噴嘴由圍成一圓圈的8個干式預(yù)混主噴嘴和位于圓心的導(dǎo)向噴嘴組成。采用多噴嘴預(yù)混式的目的是為了使空氣與燃料混合均勻，增加火焰面積，降低燃燒溫度，特別是減少局部高溫區(qū)，以最終減少NOx的生成。

過渡段是將高溫燃?xì)庖蛲钙阶鞴Φ年P(guān)鍵部件，它和火焰筒也是燃?xì)廨啓C中承受溫度最高的部件，因此對內(nèi)壁的材料防護及冷卻技術(shù)也是至關(guān)重要的。三菱對火焰筒和過渡段采用了雙層結(jié)構(gòu)，見圖3：圖a為火焰筒的雙層壁面，下面為內(nèi)壁，冷卻空氣從外壁的小孔進入，并在夾層中沿壁面的溝槽流動形成對流換熱，然后從沿圓周方向的縫隙中流出，對燃?xì)獾南掠涡纬赡な嚼鋮s；圖b為過流段的壁面結(jié)構(gòu)，冷卻空氣通過外壁的多個圓形孔進入夾層，同樣沿壁面的溝槽運動，并從下游的出口進入燃?xì)獾闹髁鳌?/p>

火焰筒和過渡段的內(nèi)壁面采用隔熱涂層，以降低金屬溫度，并防止有害介質(zhì)對金屬的腐蝕。M701F燃?xì)廨啓C的結(jié)構(gòu)特點—燃燒室總目錄分目錄下一頁27燃燒室設(shè)置旁路閥是三菱的專有技術(shù)，目的是為了控制燃料的燃燒，穩(wěn)定火焰，防止爆燃：一旦壓力傳感器檢測到燃燒壓力產(chǎn)生波動，旁路閥將自動打開，讓冷空氣進入，保持燃燒的穩(wěn)定。還應(yīng)該指出，采用環(huán)管形燃燒室比其他形式的燃燒室有很多優(yōu)點：首先是功率不同的各種型號燃?xì)廨啓C可以采用同一尺寸的燃燒器，不同型號的燃?xì)廨啓C只是燃燒器的個數(shù)不同，有利于標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、制造和維護修理都很方便；另外，單個燃燒器做實驗所需的條件也較簡單，成本低，且實驗結(jié)果也較為準(zhǔn)確，利于推廣。M701F燃?xì)廨啓C的結(jié)構(gòu)特點—燃燒室總目錄分目錄284.3透平及葉片的冷卻技術(shù)

三菱采用4級葉片的透平，它的平均級焓降比GE的低，因而透平熱效率較高。但在透平進口溫度相當(dāng)?shù)那闆r下，葉片冷卻的難度就更大一些。靜葉的持環(huán)和動葉頂部的葉片環(huán)，將高溫氣流與外缸隔開，形成雙層缸的結(jié)構(gòu)。夾層具有隔熱和充當(dāng)冷卻空氣通道的雙重功能；在檢修時，和壓氣機一樣，不需要吊轉(zhuǎn)子就可以將靜葉連同葉環(huán)一起取出，不吊轉(zhuǎn)子也同樣可以將動葉拆卸，便利檢修。

圖4給出了三菱的透平冷卻系統(tǒng)示意圖。透平轉(zhuǎn)動部分是采用從壓氣機出口缺陷出的冷空氣，先經(jīng)過一個外置的過濾器過濾，并通過一個用燃料氣來冷卻的熱交換器冷卻后，再回送到透平的轉(zhuǎn)子中去冷卻葉輪和前3級動葉片。顯而易見，它的冷卻效果更好，而且可以減少冷卻空氣的流量（見表2）。M701F燃?xì)廨啓C的結(jié)構(gòu)特點透平及葉片冷卻技術(shù)總目錄分目錄下一頁29三菱為提高M701F型燃?xì)廨啓C透平葉片的耐高溫能力，主要采取了三方面的措施。

（1）材料。為承受1400℃以上的高溫，三菱研制了新的葉片材料（表3）。M701F燃?xì)廨啓C的結(jié)構(gòu)特點透平及葉片冷卻技術(shù)總目錄分目錄下一頁30

作為靜葉片的新材料MGA2400是一種鎳基合金，取代了原來的鈷基合金。它不僅有良好的高溫蠕變強度，還具有很好的抗低周波熱疲勞和抗熱腐蝕及氧化的能力；同時還具有良好的焊接性能，這在維修時特別重要。

MGA1400也是一種鎳基合金。第1級動葉還采用定向結(jié)晶的鑄造方法成形。采用定向結(jié)晶鑄造可以比常規(guī)方法鑄造耐溫提高20℃，比IN738LC提高50℃，比U520提高70℃。

圖5列出了三菱第1級動葉片的3種鑄造工藝的實例。順便提一下，定向結(jié)晶或單晶鑄造葉片可以使材料的性能大為改善，特別是對于承受高應(yīng)力的動葉片更是一個最佳的選擇；但是由于重型燃?xì)廨啓C的葉片尺寸比較大，采用定向結(jié)晶或單晶鑄造不僅生產(chǎn)力低，成本也高，同時對隔熱涂層的采用會產(chǎn)生負(fù)面的影響，因此，三菱只是第1級動葉采用定向結(jié)晶，在F級機組上不采用單晶葉片。此外，單晶葉片損壞后難以修復(fù)，也是不得不考慮的一個因素。（2）隔熱涂層（TBC）。圖6給出了第1級動葉片涂層后的照片和涂層后的性能。采用涂層的目的是為了避免高溫燃?xì)馀c金屬表面直接接觸。試驗表明，采用隔熱涂層后，金屬表面的溫度在有冷卻的情況下，可以比燃?xì)庵鳚h的溫度低50℃左右。隔熱層采用陶瓷材料（ZrO2Y2O3），在一個專用密閉真空容器中用等離子噴涂來實現(xiàn)的，厚度約為0.3mm。為了增強涂層與金屬表面之間的粘合力，并克服不同材料的線膨脹系數(shù)不同而引起的分離傾向，在噴涂陶瓷之前，先噴涂一層約0.1mm厚的抗氧化涂層（Co-Ni-Al-Y）作過渡。前面提到的燃燒室火焰筒，過濾段也采用類似的噴涂工藝。M701F燃?xì)廨啓C的結(jié)構(gòu)特點透平及葉片冷卻技術(shù)總目錄分目錄下一頁31（3）葉片的冷卻技術(shù)。從20世紀(jì)60年代開始采用葉片的內(nèi)部對流冷卻以來，已經(jīng)歷了近半個世紀(jì)，可以說燃?xì)廨啓C技術(shù)是葉片冷卻技術(shù)的不斷改進而推動發(fā)展起來的。目前實用的冷卻技術(shù)種類繁多：內(nèi)部通道的冷卻有直線形折，多通道曲線形的；有設(shè)置障礙物，增強擾動換熱型的，也有便氣流直接射向內(nèi)壁面形成的湍流冷卻方式；以及最近發(fā)展起來的葉型頭部噴淋和尾部鰭片加強換熱的對流冷卻和葉型表面形成的氣膜冷卻等。這些冷卻技術(shù)的綜合效應(yīng)是使葉片的金屬溫度低于燃?xì)庵髁鞯臏囟?00～600℃。始終使金屬的溫度保持在材料允許的強度極限（大約800℃）以下。M701F燃?xì)廨啓C的結(jié)構(gòu)特點透平及葉片冷卻技術(shù)總目錄分目錄下一頁32M701F燃?xì)廨啓C的結(jié)構(gòu)特點透平及葉片冷卻技術(shù)總目錄分目錄下一頁33圖7給出了M701F型燃?xì)廨啓C透片第1級動、靜葉片的冷卻結(jié)構(gòu)剖面圖。全部采用空氣冷卻。靜葉型面內(nèi)部用3個帶孔的隔倉將冷卻空氣隔開，進入隔倉中心的冷卻空氣通過隔倉壁的小孔垂直射向葉片內(nèi)壁面，形成湍流換熱；尾部橫向布置的鰭片增強了冷卻空氣與壁面的換熱；沿頭部及型面小孔噴出的冷卻空氣又環(huán)繞葉身形成氣膜冷卻。從表2中也可以看出冷卻效果的改善是很明顯的。雖然F級比D級溫度高150℃，但相對冷卻空氣流量并沒有明顯的增加。動葉片主要采用內(nèi)部多個彎曲通道的對流冷卻和氣膜冷卻。特別加強了葉頂和上下圍帶邊緣地帶的冷卻，以防止變形和熱疲帶裂紋的產(chǎn)生。

（4）動靜部分間的密封。動靜部分之間的密封對燃?xì)廨啓C的性能也很重要，特別是透平。改善透平動靜部分之間的密封對冷卻系統(tǒng)的可靠性和進下送還筆冷卻空氣耗量，都是至關(guān)重要的。三菱在透平第1、2級動葉之間采用接觸式的刷子型密封代替原來的迷宮式氣封（圖8），收到了很好的效果；后者的漏氣僅為前者的40%。M701F燃?xì)廨啓C的結(jié)構(gòu)特點透平及葉片冷卻技術(shù)總目錄分目錄344.4總體布置

從圖1可以看到：壓氣機、燃燒室和透平外缸連同進排氣缸都是剛性連接成一個整體，由處于中分面下方的前者后兩個支撐立在底架上，在工廠組裝后，不用拆卸，就可以連同底盤一起直接運到工地安裝。轉(zhuǎn)子采用2支點軸承支撐，使軸承避免了高溫的環(huán)境；滑動軸承為2塊可傾瓦式，推力軸承為通常的雙面作用，多塊可傾瓦結(jié)構(gòu)，位于壓氣機進氣側(cè)；后軸承與排氣缸沿圓周向采用切向連接支撐，在排氣