100问带你全方位了解国之重器——燃气轮机

  答：燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮非常快速地旋转，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。

  答：简单循环是利用由压缩、燃烧和膨胀过程的热力循环。联合循环是燃气轮机与蒸汽循环或其他流体的朗肯循相环联合的热力循环。

  答：燃气轮机压气机是利用机械动力增加工质的压力，并伴随有温度上升的燃气轮机部件。

  答：燃气-蒸汽联合循环是指燃气轮机的排气热量被用来产生朗肯循环中的蒸汽。这种循环的优良热力性能是由于综合了每个循环的最佳热力特性，因此具有较高的热效率，即在燃气轮机循环中能在较高的温度下加入热量，而在朗肯循环中热量能在较低温度下释放。

  压气机出口的气体压力P2*与进口的气体压力P1*之比值，反映工质被压缩的程度。

  答：燃机比功是指相应于进入燃气轮机压气机的每1kg空气，在燃气轮机中完成一个循环后所能对外输出的机械功（电功）或净功。

  答：燃气轮机的进气道是指将工质引入压气机进气口法兰的管道。排气道是指引导工质从燃气轮机排向大气或热回收装置或预冷却器的管道。

  答：燃气轮机燃气初温是燃气透平中第一级喷嘴后缘平面处的燃气的平均滞止温度。

  答：燃气轮机的标准额定功率是指在IS0工况下，即环境和温度15℃、海平面高度、相对湿度为60％、以及燃用天然气的工况下连续运行，发电机出线端的最大持续功率。

  答：外界通过工作叶轮上的动叶栅把少数的压缩轴功lc传递给流经动叶栅的空气，使气流的绝对速度动能增高，同时使气流的相对速度动能降低，以促使空气的压力得以增高一部分。

  随后，由动叶栅流出的高速气流在静叶栅中逐渐减速，这样就可以使气流绝对速度动能中的一部分进一步转化为气体的压力势能，使气体的压力再进一步增高。

  答：注蒸汽燃气轮机是利用燃气轮机的排气通入余热锅炉产生蒸汽，再将其余（或一部分）注入到燃烧室和高低压透平中，形成燃气蒸汽混合工质，到透平中膨胀做功的燃气轮机。

  答：IGCC技术即整体煤化联合循环技术，它是指采用煤将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分所组成，即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。

  答：所谓热电冷连供系统就是在热电联产机组之后添加制冷设备，用热点机组产出的余热或发出的电力（或轴功）带动制冷机组，向用户供冷的一体化系统。

  离心式压气机：空气流量小，效率高于轴流式的，简化了机组的结构，主要用在小功率燃气轮机中。

  答：燃机压气机的通用特性曲线用于表示压气机在不同工况下各性能参数（转速、压比、流量、效率等）之间的关系曲线。透平特性曲线用于表示不同工况下各性能参数（转速、膨胀比、流量、效率等）之间的关系。

  答：轴流式压气机的叶片脏污和积垢会改变压气机叶片的气动性能，导致压气机的流量、压比和效率都下降，性能曲线发生明显的变化。一方面压气机性能的下降使得燃机的出力和效率均下降；另一方面，压气机性能曲线变化，会使机组的运行线接近喘振边界，即喘振裕度减小，更容易引起喘振。轴流式压气机的脏污和积垢会引起压气机的空气流量、内效率和压比下降。

  答：燃机压气机的摩擦损耗是空气流经压气机时，与叶片表面、气缸壁面和空气质点之间相互摩擦所引起的能量损耗。

  （1）在压气机通流部分发生的摩阻损失和涡流损失。（2）径向间隙的漏气损失。

  答：透平的级效率是指级的实际焓降与级的等熵焓降之比。压气机的级效率是指级的等熵压缩功与级的实际耗功之比。

  答：压气机的失速是指由于气流冲角过大而造成压气机叶片型面上气流附面层严重分离，致使压气机性能直线下降的现象。渐进失速是指也许会出现的压气机运行工况，特征是较为稳定，但流量低和压缩效率很低。旋转失速是指也许会出现的压气机运行工况，有一个或多个低速或逆流区横跨部分压气机叶栅通道，并且沿着转子旋转方向旋转，但旋转方的速度只是转子速度的几分之一。

  答：压气机旋转失速的危害：旋转失速出现后，叶片会受到周期变的气动力作用，叶片材料会因此而产生疲劳。如失速频率接近叶片自振频率，将会使叶片产生很大的振动应力，造成叶片损坏。

  答：压气机的工质流量和气流参数的时大时小的低频周期性强烈振荡，为旋转失速发展的结果。喘振时，压气机的出口压力、流量等参数会出现大幅度的波动，机组的转速和功率都不稳定，并伴有强烈的机械振动，发出低沉的噪声。

  答：喘振裕度是指在压气机和连接管道中，出现工质流量以较低的频率振荡为特征的不稳定流动工况。喘振发生时，压气机的出口压力。流量等参数会出现大幅度的波动，机组的转速和功率都不稳定，并伴有强烈的振动，发出低沉的噪声。

  答：防喘振方法通常有中间放气、采用旋转导叶和分轴压气机（双/三转自压气机）等。尽管方法不同，但指导思想都是通过减小非设计工况时的冲角变化来保持压气机工作的稳定性。

  答：启动初期，在低转速时，压气机前几级会出现过大的正冲角，如果减小进口可转导叶的安装角，使动叶栅进口的绝对速度流入角得以减小，那么就可以消除偏离设计值的正冲角，从而扩大压气机的稳定工作范围，防止压气机喘振。所以，启动过程中要减小压气机进气口可转导叶角度。

  答：高压比的压气机其前面数级往往采用跨声速级，不仅在启动时且在较大的功率范围内，扩大压气机的稳定范围都是很重要的问题。这时不仅进口需要导叶可调，且前几级静叶亦要求可调。增加进口旋转导叶后，能够达到防喘目的，提高压气机在非设计点效率高，改善了燃机的加速性。

  答：燃气轮机燃烧室的作用就是把燃料中的化学能经过燃烧释放开来，转变为热能，使气体的总焓增大，提高燃气在涡轮和尾喷管中膨胀作功的能力。

  答: 燃烧室出口局部温度过高会引起透平叶片的过热和烧毁；燃烧的不稳定会导致熄火；燃烧组织不好，会使燃烧过程的流动损失增加，燃烧效率降低，同时在火焰筒和透平叶片工作表面会产生积炭。火焰筒壁面上积炭会使冷却变坏，造成过热变形甚至开裂，透平叶片上积炭将使叶片的气动性能变坏，降低了透平效率，并会影响转子的平衡，造成燃气轮机的振动。

  答：燃气轮机燃烧器旋流器使一次空气沿火焰筒内壁作螺旋状的旋转运动，是一种火焰稳定器。

  答：当天然气漏入燃气设备的烟气通道，浓度达到爆炸极限范围时，如突然点火，就会引起爆炸，这样的一种情况有时也会发生在尾部烟道中。所以在点火之前应对燃气通道进行充分的吹扫，排除燃气通道或烟道中有几率存在的可燃气体，防止点火时发生爆炸。

  答：燃气轮机燃烧室试验中冷吹的目的是：确定气流的分配和组织，速度场、压损率及油雾的分布等情况。

  答：燃气轮机燃烧室试验中热力试验的目的主要确定和调整燃烧情况，测定温度场和效率。

  答：燃气轮机轴流式透平的特点是：容许流过比较大量的燃气流量，效率较高，在结构上又便于做成多级形式，因此能够很好的满足高膨胀比和大功率的要求。

  答：预先混合式燃烧方案：把天然气与一次空气预先混合后，再供到火焰筒中去燃烧的方案。

  特点：燃烧火焰比较短；燃烧稳定性则比较差；在低负荷工况下燃烧效率有较大幅度的降低；

  扩散燃烧室的燃烧方案：把天然气与空气分别供入燃烧区，一边混合、一边进行燃烧的方案。

  特点：火焰要比预混式的长；燃烧稳定范围宽；需注意一次空气与天然气的配合关系。

  （1）内部有空气流动，使其温度变化和气缸步调保持一致，在受热和冷却时，转子和汽缸的直径和长度同时变化。

  （2）压气机和透平的转子采用盘鼓式，用一根中心拉杆，通过各轮盘外缘压紧面上的端面齿，来对中，压紧轮盘并传递扭杆。

  答：燃气轮机透平叶片的对流冷却方式是指冷却介质流经被冷却部件的表面，并带走热量的冷却方式。

  答：燃气轮机透平叶片的冲击冷却方式是指冷却介质以射流形式喷向被冷却部件的表面，并带走热量的冷却方式。

  答：燃气轮机透平叶片的气膜冷却方式是指冷却介质从被冷却部件表面的一排或几排小孔或缝隙流出后，形成一层气膜，以遮护部件的冷却方式。

  答： 燃气轮机透平叶片的发散冷却方式是指冷却介质从被冷却部件的内部透过整个细微多孔壁面，形成一层气膜，以遮护部件表面的冷却方式。

  答：抽出燃气轮机压气机的空气冷却高温部件，能大大的提升燃气温度，因而能改善装置的经济性并增加单位流量的功率。

  答：抗腐蚀涂层，其作用是在材料的表面上生成一种良好结合的均匀的氧化层，能防止氧的扩散和硫化作用。

  所以，理想简单循环燃气轮机的循环效率只与压比有关，与温比无关，并随着π的增大而增加。

  答：当高温度高压力的燃气流过透平静叶（喷嘴）时，使气流加速，相应地燃气的压力和温度却会逐渐下降。在静叶中燃气的部分焓值转化成为动能，当这股具有相当速度的燃气以一定的方向喷射到工作轮上的动叶流道中去时，就会在动叶片上产生周向分力，从而推动工作叶轮连续旋转，并使燃气速度下降，在这样的一个过程中，燃气就把部分能量传递给了工作叶轮，使叶轮在非常快速地旋转中对外界作出机械功。

  答：提高热效率和比功的措施是很多的。就简单循环燃气轮机来说，提高温比、透平效率、压气机效率和燃烧室效率； 或是减少机组各部分的流阻损失。当上述参数选定后，为了使机组的热效率和比功达到最大值，就必须合理选择最佳压比。提高机组热效率的另外两种措施是采用回热循环和燃气-蒸汽联合循环的方案。提高机组比功的另外两种措施是采用间冷循环和再热循环。为了能够更好的保证比功达到最佳值，还必须对机组中各压气机之间的压比值或各透平之间的膨胀比值做到合理分配。

  答：压气机的压比和燃气透平进口温度（称为燃气初温）是影响燃气轮机效率的两个重要的因素。提高压比并相应提高燃气初温，可使燃气轮机效率显著提高。

  答：自持转速是指燃气轮机转子能够正常运行的最小转速，此时，不需外力来维持燃气轮机的稳定运行或使转子加速。

  答：燃料燃烧过程中所生成的NOx有三种类型，即热力型NOx、燃料型NOx和快速型NOx。

  答：变工况是指偏离设计工况或额定工况的其他运行工况。例如，当机组功率变化或大气参数变化时，燃气轮机在偏离设计工况点工作。

  答：热悬挂简称热挂，是燃气轮机在启动过程中，由于燃气温度上升过快，与机组升速率不协调造成压气机严重失速，即使再增加燃料量，也不能使机组正常升速的现象。

  答：燃气轮机在线水洗时注入的水在高温下蒸发成蒸汽，使进入燃气轮机的流量骤然增大，如果水洗时燃气轮机负荷较高，燃气轮机可能会过负荷，所以水洗时要适当降低燃气轮机负荷。

  答：燃气轮机运行一段时间后，由于空气中的灰尘、沙子、盐分等物质可能被吸入压气机，某些物质会粘附在压气机流通表面，使压气机输出功率减小，效率降低。定期水洗可以清除上述粘附物，某些特定的程度上提高机组输出功率及效率。

  燃气轮机压气机进口可转导叶、燃烧室旁路阀及压气机各级抽气阀分别是用什么介质来驱动的？

  答：压气机进口可转导叶及燃烧室至旁路阀是用控制油驱动；高中低抽气阀则是用仪用压缩空气来驱动。

  答：APS停机包括燃（汽）机停止、余热锅炉停止、真空破坏、冷却水系统停运等四个节点.

  答：APS启动包括冷却水系统启动、真空建立、余热锅炉启动、燃（汽）机启动、机组并网、升负荷等六个节点。

  （4）远离热源及火源：如距离火源至少15m以上，特殊情况必须进入该区域的汽车排气管必须装阻火罩等。

  答：为避免透平缸因上下缸温差而形成“猫拱背”，影响机组再启动，停机后向透平缸内注入一定量的冷却空气，以减小上下缸温差。

  答：当危险气体检测仪发出报警，应立即到现场查看天然气泄漏严重情况，并正确启动自动控制系统将危险源控制住；当达到天然气爆炸下限值时，发出应急疏散报警，岗位操作人员应立即撤出危险区域，并向上风方向疏散，由部门负责人清点人数，并向应急指挥部报告；进入事故现场的抢救人员要密切关注注意环境安全情况，及时向指挥部报告现场的情况，抢救完成后立即撤离疏散事故现场。

  答：调压站最重要的包含：入口紧急关闭单元、流量计单元、分离/过滤单元、燃气加热单元及调压单元等。

  答：接收、计量来自天然气末站的燃气，并对燃气加热、过滤、调压，以满足燃机、启动锅炉运行所需的燃气参数和品质。

  答：转子冷却空气流量越大，透平轮盘及叶片工作时候的温度越低，燃机越安全，但是，使用太多的空气冷却转子后，将使进入燃机作功的空气量减少，燃机效率及出力均下降。因此在TCA管道设节流孔板以限制冷却空气量，运行中一经发现透平轮盘温度偏离设计值（过高或过低），能够最终靠改变（增大或减小）节流孔板的孔径来兼顾燃机运行的安全性和经济性。

  答：燃机EOH是指机组等效运行小时数，是考虑各种运行过程影响机组寿命的加权系数后的计算运行小时数，可用来确定燃机检修周期或预计寿命。

  答：TCA过滤器是一个离心式空气分离器，在过滤器中，空气流经旋流器产生旋流，密度较大的杂质在离心力的作用被分离出来，被排到燃烧室或排气道中，防止杂质堵塞动叶通气小孔。清洁空气则转到另一个方向，继续参与冷却。

  答：燃气轮机燃烧室的燃烧效率（或称燃烧完全系数）μr表示实际燃烧过程偏离理想过程的程度。

  答：燃气轮机组由燃气轮机本体、进排气系统、辅机系统、被驱动设备及辅机等组成。

  答：当进气过滤器的压差达到一定数值后，为避免进入压气机空气量的减少以及过滤器的损坏，防爆门会自动开启，让一部分空气不经过过滤立即进入压气机。防爆门全开时可保证机组50％的空气流量。此时应手动停机。

  答：甲烷测爆仪是用来检测甲烷在空气中的含量，测量是氧化后的甲烷。所以，需要有足够多的氧气将出现的甲烷完全氧化。这就是说，当环境中只有少数的空气（氧气）就不能完全将出现的甲烷氧化，导致测爆仪只检测到很低的甲烷含量甚至根本检测不到甲烷，当在甲烷的体积含量高于60%的环境中使用测爆仪，测爆仪会错误地显示就没有甲烷。甲烷测爆仪只有甲烷在空气中的体积含量低于10%的时候才能可靠使用。

  答：现代燃气轮机除了要采用耐高温材料制造叶片外，更重要的是采用叶片冷却技术：引入空气从内部冷却空心的叶片，可使叶片在实际温度高于材料许可值的燃气包围下，本身温度仍低于材料的许可值而安全工作。这样就能在已有的高温材料基础上更多地提高燃气初温，从而有效地提高燃气轮机效率。因此，发展冷却叶片和提高冷却效果，是提高燃气轮机效率的一条重要途径。

  答：燃气轮机冷却空气系统的作用是，冷却来自压气机出口空气，用以冷却透平动转子和动叶。

  （1）在燃机启动、停机的低转速过程中,关小IGV开度起到防止压气机发生喘振的作用；

  （2）当机组负荷较低时,通过关小IGV的角度,减小进气流量,使燃机的进口温度及排烟温度保持在较高水准,以提高联合循环的热效率

  答：在燃机点火时及低负荷阶段，通过打开燃烧室旁路阀，使压气机出口的部分空气直接旁通到燃烧室尾筒，控制适当的空燃比以使燃料容易着火，及低负荷时不因空气量太大而吹灭火焰，起到稳定燃烧的作用。

  答：热端驱动时，压气机和发电机位于透平的两侧，透平产生的转矩向两边传递给压气机和发电机，压气机和发电机的转轴都只承担自身的驱动转矩。冷端驱动时压气机和发电机位于透平的同一侧，压气机转轴不但要承受用以驱动自身的转矩，还要将另一部分转矩传递给发电机，所以，冷端驱动的机组对压气机转轴承受扭矩的能力有一定的要求更高一些。

  答：冷端驱动是指燃机的输出轴（带动发电机的一侧）位于压气机进气端，热端驱动是指燃机的输出轴（带动发电机的一侧）位于透平排气端。

  答：用SFC将机组带动到一定的转速（约700rpm）进行非常快速地旋转，称为高速盘车，简称高盘。

  （1) 机组启动前，需启动高盘进行吹扫，避免燃机及其排气道内残存的可燃气体在点火时发生爆燃；

  （2) 机组启动动期间由于火焰故障而燃机跳闸后，为了吹扫留在排气管道内的气体，也应进行高盘吹扫；

  （5) 机组大修或长期停机后，再次启动之前，为了检查起动装置运行是不是正常，燃机的每个部分是否处于完好状态，一定要进行高盘。

  (2)燃气轮机进入不太严重危害状态时，燃气轮机采取自动停机，并发出报警；

  （1）保护系统是和主控制管理系统分开的完全独立的系统，每套保护都有自己的敏感元件、放大器、执行电路等：

  （2）在任何情况下，只要保护系统发出遮断信号，都有两个独立的通道去切断燃料供应；

  （3）每种保护都采用重复的敏感元件，重复的通道，以提高保护系统本身主要环节工作的可靠性。

  答：燃气轮机的保护系统和控制管理系统是不可分割的一个整体。在燃气轮机正常运行时，由控制管理系统实施控制，使燃气轮机在所要求的参数下运行。当机组由于某些不可预测的原因而偏离正常的运行参数时，保护系统应报警并指示报警的由来，以便运行人员及时分析故障的原因和排除一些故障。当燃气轮机关键参数超过临界值或控制设备故障危及机组安全运作时，保护系统在报警的同时通过切断燃料使机组跳闸。

  答：离线水洗：离线水洗时燃机保持高盘转速（700rpm）。离线水洗要求大气温度高于规定值，水洗用水的水质符合相关规定。需要打开及关闭大量疏水阀门，操作较在线水洗复杂。可以用清洗剂清洗，效果比在线水洗好。

  在线水洗：当燃气轮机运行中，负荷在规定范围内时进行的水洗。在线水洗要求水洗时大气温度高于规定值，水洗用水的水质符合相关规定，简单易操作，但在线水洗只能用清水清洗。

  答：燃气轮机离线水洗的过程是指燃气轮机冲洗水和清洗剂经过混合后，经由水洗泵排出，通过压气机、透平离线水洗电动阀（或手动阀）进入压气机、透平内，并对其进行浸泡与漂洗，最后通过排污阀排出的整个过程。

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