燃氣輪發(fā)電機組

中文名稱:燃氣輪機發(fā)電機組;英文名稱:gasturbinegeneratorset;

一、燃氣輪機的工作原理

以QD10B車載機組的發(fā)動機為例加以說明。

發(fā)動機將周圍空氣(G)及燃料(Q)中的能量轉(zhuǎn)化為機械能提供給輸出軸。

功率(W)通過壓縮、燃燒、膨脹和排氣四個階段的熱循環(huán)產(chǎn)生。

燃氣輪機工作過程如下:

外界大氣經(jīng)過進氣道進入發(fā)動機，在軸流式壓氣機內(nèi)進行第一次壓縮。轉(zhuǎn)子對空氣做功，動能在葉柵通道內(nèi)轉(zhuǎn)變成內(nèi)能，氣流壓力和溫度上升，軸向速度下降。經(jīng)過第一次壓縮后的空氣進入離心式壓氣機。

空氣在離心式壓氣機內(nèi)被第二次壓縮。轉(zhuǎn)子對空氣做功，氣流高速離開轉(zhuǎn)子葉片葉尖，流過放射狀葉片和擴壓器，在擴壓器內(nèi)動能被轉(zhuǎn)化為壓力能。經(jīng)過兩次壓縮后的高壓空氣進入燃燒室。

高壓氣流進入環(huán)形燃燒室后被分成兩股:第一股氣流(流經(jīng)前后渦流片)與經(jīng)噴油系統(tǒng)霧化的燃油混合，燃油在合適的油氣混合比條件下充分燃燒，使燃燒區(qū)內(nèi)保持不間斷的火焰和很高的溫度;第二股氣流(流經(jīng)摻混器)與第一股燃氣流相混合對其進行稀釋并使其降溫。從燃燒室出來的燃氣在燃氣發(fā)生器渦輪內(nèi)發(fā)生第一次膨脹，燃氣在渦輪導(dǎo)向葉片通道內(nèi)被加速，并被引向渦輪葉片，作用在渦輪葉片上的氣流所產(chǎn)生的氣動力引起渦輪旋轉(zhuǎn)，從而提供驅(qū)動壓氣機所必需的能量。燃氣在動力渦輪內(nèi)發(fā)生第二次膨脹，由動力渦輪將剩余能量轉(zhuǎn)換成由輸出軸輸出的機械能。最后燃氣經(jīng)排氣管排出。

二、燃氣輪機發(fā)電機組的優(yōu)點

以QD16型燃氣輪機發(fā)電機組為例加以說明。

1.發(fā)電品質(zhì)好

燃氣輪機發(fā)電機組工作時只有旋轉(zhuǎn)運動，電調(diào)反應(yīng)速度快，工作平穩(wěn)，使發(fā)電機組輸出電壓和頻率穩(wěn)定、輸出精度高、波形失真小。

2.抗過載能力強

燃氣輪機是高速旋轉(zhuǎn)運動，所以可依其慣性來應(yīng)付過載。

3.自動化程度高

燃氣輪機發(fā)電機組的電調(diào)系統(tǒng)對機組的待起動狀態(tài)、起動、帶載運行及停機的全部過程實行自動調(diào)節(jié)和監(jiān)控，機組的所有運行參數(shù)均由計算機控制。

4.起動可靠

燃氣輪機是對已霧化的燃料點火，所以點火可靠，具有良好的低溫起動性能，即使在寒冷的氣象條件下，起動的成功率也在99.5%以上。

5.加載時間快

燃氣輪機發(fā)電機組的起動時間盡管比柴油機長，但起動后可以立即加載100%的額定負荷，這樣可以消除暖機的時間，以便及時供電。

6.噪聲低

由于燃氣輪機工作時只有高速旋轉(zhuǎn)，所產(chǎn)生的噪聲為高頻噪聲，易于減弱，因此吸聲箱體的結(jié)構(gòu)簡單。

7.震動小

由于燃氣輪機工作時只有高速旋轉(zhuǎn)，故產(chǎn)生的震動很小，其靜態(tài)震動為柴油機的1/4，動態(tài)重量約為柴油機的1/2。

8.體積小、重量輕

燃氣輪機的零件只有柴油機的十分之一，因此燃氣輪機發(fā)電機組比柴油機發(fā)電機組的體積小、重量輕。如WJ5AIG2A發(fā)動機重量只有600kg，故可以安裝于屋頂和做成移動式發(fā)電機組，固定式發(fā)電機組的廠房可以減少50%的面積。

9.無需冷卻水

燃氣輪機發(fā)電機組采用風冷散熱器，無冷卻水系統(tǒng)，可以免除水系統(tǒng)的故障(泄漏、冷卻、沸騰、污水)，使系統(tǒng)更加可靠，可在低溫下正常工作。

10.操作簡單，維護方便

燃氣輪機發(fā)電機組采用電調(diào)自動控制，裝有自動報警和自動保護系統(tǒng)，可確保發(fā)電機組的安全運行，操作簡單、維護方便。

11.燃料多樣化

燃氣輪機發(fā)電機組可使用多種燃料，如柴油、煤油、天然氣、煤氣都可使用，用戶可任選燃料。

12.尾氣排放

燃氣輪機因為燃燒效率高，所以一般不會產(chǎn)生黑煙。而柴油機在啟動時，由于燃燒不充分，會產(chǎn)生柴油特有的黑煙。

13.機動、靈活

由于燃氣輪機特有的工作原理，故可做成移動式發(fā)電機組，根據(jù)需要可隨意到達任何區(qū)域進行供電。如QD10B型移動式發(fā)電機組，就具有很強的機動性。

14.輸出額定功率大小可改變

QD30C雙燃機并車發(fā)電機組可根據(jù)實際需要，分別單機或雙機運行輸出1600kW或3200kW的額定功率，一機多用。

三、燃氣輪機發(fā)電機組的缺點

(1)燃氣輪機的燃油消耗量大，在經(jīng)常使用情況下，運轉(zhuǎn)費用很高。

(2)由于燃氣輪機采用耐高溫高壓不銹鋼材料制成，機器成本高，價格昂貴。

(3)燃氣輪機運轉(zhuǎn)時需要大量的空氣，在廠房內(nèi)安裝時必須認真考慮進、排氣的措施。

(4)大氣溫度的變化對燃氣輪機輸出功率的影響較大，低溫時燃氣輪機輸出功率大，當進氣溫度高時則輸出功率低。

四、燃氣輪機發(fā)電機組的組成

燃氣輪機發(fā)電機組由燃氣輪機、發(fā)電機、彈性軸、控制保護系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、底盤、隔聲箱體、進氣系統(tǒng)、燃機排氣引射段、機艙通風系統(tǒng)組成。

機組底座是整體式底盤，燃機安裝在機組底座的燃機支撐裝置上，發(fā)電機安裝在機組底座的發(fā)電機安裝座上，燃機輸出軸通過聯(lián)軸器與裝在發(fā)電機輸出軸上的轉(zhuǎn)接軸相連接?？刂票Ｗo系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)等部分的核心部件如電氣和燃油調(diào)節(jié)系統(tǒng)、起動箱、交直流柜等也裝在機組底座上，集中設(shè)置在機組的一側(cè)。在機組底座上安裝了一個隔聲箱體，與底盤等一同構(gòu)成了發(fā)電機組的核心部分--主機艙。位于隔聲箱體發(fā)電機端的一側(cè)安裝有機艙進風消聲器，在隔聲箱體位于燃氣輪機端頂部安裝有機艙排風消聲器。在該消聲器后部安裝了滑油系統(tǒng)的風冷散熱器。在隔聲箱體的頂部安裝了機組進氣系統(tǒng)，進氣消聲器和帶隔聲措施的彎頭安裝在主機艙的頂部。進氣系統(tǒng)的轉(zhuǎn)接段、軟連接、進氣蝸殼位于隔聲箱體內(nèi)，進氣蝸殼與燃氣輪機的進氣道相連通。在燃氣輪機的排氣端和隔聲箱體靠燃氣輪機端的機艙壁之間設(shè)有燃機排氣引射段。

燃機發(fā)電機組的動力裝置采用燃氣輪機。機組的發(fā)電機選用三相交流同步發(fā)電機。在燃機輸出軸與發(fā)電機輸入軸之間采用圓柱銷式彈性聯(lián)軸器連接，在符合跳動不大于0.15mm對中要求條件下，該彈性聯(lián)軸器能保證正常工作。

燃機發(fā)電機組的控制保護系統(tǒng)主要由數(shù)字式電子控制器、輔助控制箱、主控制柜、筆記本電腦、信號采集元件和各執(zhí)行元件等組成。其控制功能較為完善，具有較高的可靠性，并具有抗電磁干擾和抗振能力。主控制器對機組的起動、帶載運行及停機的各個狀態(tài)實行自動控制，并具有停機期間對主要設(shè)備的定期巡檢功能。對機組的主要運行參數(shù)設(shè)有報警和緊急停機兩級保護，并通過顯示器顯示出所有報警和緊急停機的具體原因。當規(guī)定的運行參數(shù)達到第一級設(shè)定值時，控制保護系統(tǒng)發(fā)出聲光報警信號;當運行參數(shù)達到對機組安全性受到威脅的第二級設(shè)定值時，實行保護性緊急停機，并向中心控制室發(fā)出停機信號。同時，控制保護系統(tǒng)按每秒記錄一次自動記錄停機前最后3min內(nèi)的運行參數(shù)。

電氣系統(tǒng)主要由交直流柜、起動箱、聯(lián)絡(luò)電纜及主機艙外的組合電源柜等組成，其中包括蓄電池組、充電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)等。主要完成機組發(fā)出的交流電的外供和機組自用電的輸入、輸出以及機組交流用電器的控制功能。

機組的燃油系統(tǒng)主要由日用燃油箱、燃油粗細過濾器、防火閥、電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)、截止閥、余油箱及連接管路等組成，完成機組工作所需燃油的輸運、過濾和流量調(diào)節(jié)等功能。

滑油系統(tǒng)主要由滑油箱、過濾器、管路和風冷散熱器等組成，完成燃機所需潤滑油的儲存、供給、過濾和散熱等功能。

機組底座采用整體式底盤，主要由槽鋼、工字鋼和鋼板等焊接而成，底盤上設(shè)有燃機支撐裝置和發(fā)電機安裝座;燃、滑油系統(tǒng)的管路、電氣導(dǎo)線以及其他輔助設(shè)備的安裝固定裝置。

發(fā)電機的冷卻進風從主機艙內(nèi)直接吸入，排風口位于發(fā)電機的兩側(cè)，散熱后的熱空氣經(jīng)導(dǎo)風罩引向主機艙燃機端上部，與燃氣輪機及其他輔助設(shè)備的散熱空氣一道由軸流風機排出主機艙外。主機艙排風消聲器出口與二次消聲管道連接，并將散熱后的熱空氣排至廠房外。

燃機進氣系統(tǒng)主要由進氣消聲器、彎頭、轉(zhuǎn)接段、軟連接和進氣蝸殼等組成。燃機的進氣直接從廠房內(nèi)吸入，空氣中的含塵較少。在燃機進氣口部位設(shè)置了由進氣內(nèi)、外導(dǎo)流罩和殼體組成的進氣蝸殼，以使燃機進氣流暢均勻并減少進氣流阻損失。蝸殼與燃機和蝸殼與固定在隔聲箱體上部的轉(zhuǎn)接段之間的連接均采用"軟連接"方式。蝸殼殼體采用了分瓣形式，以滿足拆卸燃機的安裝要求。

五、燃氣輪機發(fā)電機組與柴油機發(fā)電機組的綜合比較

燃氣輪機發(fā)電機組與柴油機發(fā)電機組的綜合比較見表1。

表1 燃氣輪機發(fā)電機組與柴油發(fā)電機組的綜合比較

六、燃氣輪機發(fā)電機組與柴油發(fā)電機組的性能參數(shù)比較

燃氣輪機發(fā)電機組與柴油發(fā)電機組性能參數(shù)比較見表2。

表2 燃氣輪機發(fā)電機組與柴油發(fā)電機組的性能參數(shù)比較(以1600kVA機組為例)

七、燃氣輪機發(fā)電機組與柴油發(fā)電機組的維護工作量比較

燃氣輪機發(fā)電機組與柴油發(fā)電機組的維護工作量比較見表3。

表3 燃氣輪機發(fā)電機組與柴油發(fā)電機組的維護工作量比較

八、燃氣輪機發(fā)電機組的維護保養(yǎng)

為使燃氣輪機發(fā)電機組保持正常運行，延長使用時間，除了按操作規(guī)程進行正常操作外，還必須定期對機組各部件進行系統(tǒng)的檢查、調(diào)整和清洗，按照機組的使用說明和技術(shù)規(guī)范進行保養(yǎng)，為機組的正常運轉(zhuǎn)提供良好的保障維護。燃氣輪機發(fā)電機組的維護項目和維護周期見表4。

表4 燃氣輪機發(fā)電機組維護項目及周期表