汽轮机文档

燃气轮机简介燃气轮机的原理与中国的走马灯相同，据传走马灯在唐宋时期甚是流行。走马灯的上方有一个叶轮，就像风车一样，当灯点燃时，灯内空气被加热，热气流上升推动灯上面的叶轮旋转，带动下面的小马一同旋转。燃气轮机是靠燃烧产生的高温高压气体推动燃气叶轮旋转。走马灯与燃气叶轮下面是一台燃气轮机模型，通过它来了解燃气轮机的工作原理。模型的前端是空气进入口；环绕燃气轮机安装的是燃烧室；在燃烧室端面有天燃气的入口；燃气轮机的后面是燃烧后的高温气体排出口。燃气轮机模型把燃气轮机剖去1/4，可以看到内部的结构。燃气轮机由三大部分组成，左边部分是压气机，有进气口，内部一排排叶片是压气机叶片；中间部分是燃烧器段，围绕一圈的是燃烧室；右边部分是燃机透平（涡轮），其中有透平叶片，右侧是燃气排出口。燃气轮机剖面有关燃气轮机详细一些的介绍请到“燃气涡轮发动机”栏目观看。燃气—蒸汽联合循环发电简介天然气是绿色能源天然气的主要成分是甲烷（CH4），其分子由一个碳原子（C）与四个氢原子（H）组成。甲烷（CH4）分子结构天然气无色、无味、无腐蚀性，天然气燃烧生成水（H2O）与二氧化碳（CO2），不产生灰、渣、二氧化硫等有害物质，天然气是世界公认的清洁能源。甲烷(LNG)燃烧生成水与二氧化碳LNG就是液化天然气，液化后的天然气体积是气体形态的六百份之一，方便大量储存和远距离运输。采用LNG为原料，采用“燃气—蒸汽联合循环”技术来发电的电厂称为燃气—蒸汽联合循环发电厂。采用天然气发电可大大减少对环境的污染，采用“燃气—蒸汽联合循环”技术发电，发电效率高达57%，燃煤电厂为40%左右，发同样的电能CO2排放量仅为燃煤电厂的40%左右。LNG发电厂与煤发电厂对比燃气—蒸汽联合循环发电系统的流程这是燃气—蒸汽联合循环发电系统设备与生产流程图，显示了天然气发电的主要流程。燃气—蒸汽联合循环发电流程图经过加热后的天然气进入燃气轮机的燃烧室，与压气机压入的高压空气混合燃烧，产生高温高压气流推动燃气轮机旋转做功。燃气轮机示意图从燃气轮机排出的高温气体高达摄氏600度，进入余热锅炉把水加热成高温高压蒸汽。余热锅炉示意图高温高压蒸汽推动蒸汽轮机旋转做功，将内能转换成机械能。蒸汽轮机示意图燃气轮机、蒸汽轮机、发电机的转轴相互连接，同轴旋转，实现燃气轮机、蒸汽轮机同时推动发电机旋转发电,这样的组合称为单轴系统。单轴系统示意图锅炉的基本原理下面是锅炉的原理模型图，模型包括上升管、汽包、下降管主要部件。上升管是由密集的管道排成的管簇，由上联箱、下联箱连成一体；上联箱通过汽水引入管连通汽包，汽包再通过下降管连到下联箱；上升管管簇、汽包、下降管构成了一个环路。上升管管簇在炉膛内，汽包与下降管在炉体外面。锅炉基本原理图把水注入汽包，水便灌满上升管管簇与下降管，把水位控制在靠近汽包中部的位置。当高温燃气通过管簇外部时，管簇内的水被加热成汽水混合物。由于下降管中的水未受到加热，管簇内的汽水混合物密度比下降管中的水小，在下联箱形成压力差，推动上升管内的汽水混合物进入汽包，下降管中的水进入上升管，形成自然循环。汽包原理图上图是汽包（也称锅筒）结构示意图,汽包是水受热、蒸发、过热的重要枢纽，保证锅炉正常的水循环。上升管内的汽水混合物进入汽包后，通过汽水分离器分离成饱和蒸汽与水，饱和蒸汽通过汽包上方蒸汽出口输出；分离出的水与给水管注入的水再进入下降管。用来产生饱和蒸汽的上升管管簇称为蒸发器，电厂锅炉还有省煤器与过热器，它们都由管簇组成。进汽包的水先在省煤器加热，再通过汽包、下降管进入蒸发器，可以提高蒸发器的效率与锅炉的效率。蒸发器生成的饱和蒸汽经汽包输出，再进入过热器加热成过热蒸汽，用过热蒸汽推动蒸汽轮机运转能保证系统的高效与安全。锅炉组成原理图余热锅炉的结构与流程从燃气轮机排出的气体温度高达摄氏600度，仍然具备很高的能量，把这些高温气体送到锅炉，把水加热成蒸汽去推动蒸汽轮机，带动发电机发电，可使发电容量与联合循环机组的热效率相对增高50%左右。这个靠燃气轮机排出气体的余热来产生蒸汽的锅炉称为余热锅炉。从外观上看锅炉主要有进口烟道、炉体、汽包、烟囱组成。炉体内有密集的管道，给水泵将要加热的水压进这些管道，燃气轮机排出的高温气体将管道内的水加热成高压蒸汽，下面就是余热锅炉的外观图（进口烟道为剖面）。余热锅炉余热锅炉结构余热锅炉本体采用模块化结构，以方便运输、安装。模块由管簇组成,是几十根管子组成的蛇形管组件,模块两端有上联箱与下联箱，是锅炉的受热部件，水在模块内被外部的高温气体加热。锅炉模块为了更好的传递热量，在管道外表焊上鳍片（也称肋片）来增大管道的传热面积，下图展示的是一小段焊有鳍片的管道。焊有鳍片的管道打开锅炉的侧壁，可看到内部装有多个模块，实际锅炉有近20个模块，其中多数是蒸发器、省煤器、过热器三类模块，除此还有再热器模块。余热锅炉剖面图余热锅炉汽水流程大型燃机电厂采用三压再热循环余热锅炉，汽水系统主要由低压、中压、高压三部分组成，可同时产生低压过热蒸汽、中压过热蒸汽、高压过热蒸汽，分别驱动低压汽轮机、中压汽轮机、高压汽轮机，可最充分的把燃气的热能转换成机械功。低压部分由低压省煤器、低压汽包、低压蒸发器、低压过热器组成。从凝结水泵来的冷水，通过低压省煤器预热后输入低压汽包，汽包下面连接着蒸发器，水在低压蒸发器内加热成饱和蒸汽上升到低压汽包。饱和蒸汽从低压汽包输出再通过低压过热器加热，产生低压过热蒸汽，用来驱动低压蒸汽轮机旋转做功。余热锅炉汽水流程中压部分由中压省煤器、中压汽包、中压蒸发器、中压过热器、再热器组成。通过低压汽包出来的水由中压给水泵注入中压省煤器继续加热，然后进入中压汽包，在中压蒸发器内加热成饱和蒸汽上升到中压汽包。从中压汽包输出的饱和蒸汽通过中压过热器加热，然后再与高压汽轮机排出来的蒸汽混合，一同经过再热器加热，产生中压再热蒸汽，用来驱动中压蒸汽轮机旋转做功。高压部分由高压省煤器、高压汽包、高压蒸发器、高压过热器组成。通过低压汽包出来的水由高压给水泵注入高压省煤器加热，然后进入高压汽包，在高压蒸发器内加热成饱和蒸汽上升到高压汽包。从高压汽包输出的饱和蒸汽通过高压过热器加热，产生高压过热蒸汽，用来驱动高压蒸汽轮机旋转做功。请点击观看或下载余热锅炉3D动画高中压汽轮机蒸汽轮机简称为汽轮机，也称为蒸汽透平或蒸汽涡轮，蒸汽轮机的工作原理与燃机涡轮大体相同。大型燃机机组采用三压三缸双流式汽轮机，包含高压汽轮机、中压汽轮机、低压汽轮机。下面是一个高中压汽轮机模型，采用高中压合缸结构，在一个外缸内有高压汽缸（内缸）与中压汽缸（内缸），左边是高压汽缸，内装有高压汽轮机；右边是中压汽缸，内装有中压汽轮机，高压汽轮机与中压汽轮机共用同一根转轴。高中压汽轮机结构被蒸汽推动旋转的叶片是动叶,动叶安装在转轴上，构成转子。安装在汽缸内的叶片是静叶，起喷嘴的作用。一级动叶与一级静叶构成汽轮机的一个级。高压汽轮机由多级动叶与静叶组成，（本模型仅4级），中压汽轮机也由多级动叶与静叶组成（模型仅4级）。进入高压汽轮机的蒸汽压力约为每平方厘米100公斤，从高压蒸汽入口进入高压汽缸，推动动叶，使转子旋转，作功后的蒸气再从高压缸出口排出，通向再热器。高中压汽轮机汽流走向图进入中压汽轮机的蒸汽压力约为每平方厘米35公斤，从中压蒸汽入口进入中压汽缸，推动转子旋转，作功后的蒸气再从中压缸出口排出。请点击观看高中压汽轮机3D动画低压汽轮机与凝汽器低压汽轮机与凝汽器组成一个整体，上方是低压汽轮机下方是凝汽器。低压汽轮机低压汽轮机采用双分流结构，在一个外壳（汽缸）内装有对称的两个低压汽轮机。每个汽轮机的转子有多级叶片（动叶加静叶），本模型仅4级。低压汽轮机工作原理与高中压汽轮机一样。低压汽轮机进入低压汽轮机的蒸汽压力为每平方厘米4.6公斤，从低压蒸汽入口进入后，分向两边汽缸，推动两个汽轮机的叶片轮旋转，作功后的蒸汽排到下方的凝汽器。低压汽轮机汽流走向凝汽器低压汽轮机排出的蒸汽已释放了绝大部分能量，但它来自高纯度的除盐水，不能排放浪费，在凝汽器把这些蒸汽冷却成凝结水，通过凝结水泵送往锅炉再利用。凝汽器就在蒸汽轮机下方，外壳与低压汽轮机汽缸连为一体。凝汽器在凝汽器中排列着冷却水管，从一端到另一端，密集的冷却水管称为管束。管束的左端连通进口水室，右端连通出口水室。冷却水从进水管到进口水室，再进入管束，从管束中出来后通过出口水室的出水管流出。按一定规律排列的管束构成凝结区，低压汽轮机排出的蒸汽碰到管束凝结成水，流到下方热井，由凝结水泵送往锅炉。凝汽器水流走向实际凝汽器的水室分布与管束排列并不都一样，管束非常密集，结构要复杂得多，管束要有良好的导热性能又要耐腐蚀。请点击观看或下载低压汽轮机与凝汽器动画汽轮发电机结构发电机主要由转子与定子组成，由于汽轮机的转速很高，故汽轮发电机的转子只有一对磁极，在额定转速每分钟3000转时输出50赫兹的三相交流电。这是转子铁芯构造示意图，在铁芯圆周上开有一些槽，用来嵌放励磁绕组，在圆周两侧各有一段槽距大的面称为大齿，就是磁极。由于转子圆周上没有凸出的磁极，称之为隐极式转子。隐极式转子在转子槽中嵌入励磁绕组，励磁绕组两端通过集电环（滑环）接到励磁电源，在转子圆周两侧就形成北极与南极，旋转时就产生旋转磁场。为嵌有励磁绕组的转子模型，为降低发电机的温度，在转子两端还装有风扇。汽轮发电机转子定子铁芯由导磁良好的硅钢片叠成，在铁芯内圆均匀分布着许多槽，用来嵌放定子绕组。汽轮发电机定子铁芯在槽内嵌放定子的三相绕组。每相绕组由多个线圈组成，按一定规律对称排列。定子铁芯与三相绕组定子固定在发电机的机座（外壳）内，转子插在定子内部，转子由机座两端的轴承支撑，可在定子内自由旋转。集电环在机壳外侧，和碳刷架一同装在隔音罩内。在发电机外壳下方有发电机出线盒，发出的三相交流电从这里引出。汽轮发电机请点击观看或下载汽轮发电机3D动画主变压器为了远距离输送电力，电网的电压很高，一般在22万伏至50万伏。发电机输出的电压为2万伏，需通过变压器升高至电网电压才能并网输送。电厂里把发电机输出电压升高为电网电压的变压器称为主变压器。去掉变压器外壳可看到是一个三相变压器，由三相变压器铁芯与三相绕组组成。左边是低压输入端，右边是高压输出端。输入端通过低压绝缘套管通往变压器外，输出端通过高压绝缘套管通往变压器外。因为高压端电压很高，为减小因灰尘与雨水引起的漏电，绝缘套管较长。三相变压器铁芯与绕组在变压器油箱（即外壳）里灌满变压器油，铁芯与绕组就浸在油里。变压器油比空气绝缘强度大，可加强各绕组间、绕组与铁芯间的绝缘，同时流动的变压器油也帮助绕组与铁芯散热。在油箱上部有油枕与之相通，变压器油一直灌到油枕内，可充分保证油箱内灌满变压器油。主变压器结构为保证变压器的散热，大型变压器还装有变压器油冷却器。冷却器通过上下油管与油箱连接，油通过冷却器内密集的铜管，由风扇的冷风使其迅速降温。油泵将冷却的油再打入油箱内。主变压器每一台发电机配一台主变压器，安装在厂房外靠发电机一侧。有关三相电力变压器构造的更多介绍请参阅“电力变压器构造”章节系统布置燃气轮机、蒸汽轮机、发电机、余热锅炉四种主要设备组成了燃气—蒸汽联合循环发电系统，实际上这四种设备的组合布置有多种方式，但主要的分类方式是按轴系布置来分，一种是多轴布置方案，一种是单轴布置方案。多轴布置下面是一套多轴布置系统流程示意图，所谓多轴即燃气轮机带动一台发电机，蒸汽轮机带动一台发电机，各自一个轴系。多轴布置系统流程图在电厂建设时，只要燃气轮机机组安装完毕即可发电（不必等到锅炉与蒸汽轮机安装完毕）；蒸汽轮机检修时燃气轮机仍可发电。系统启动快，燃气轮机可先启动发电（不必等到锅炉里的水加热成蒸汽）。在我国20万千瓦以下的燃气—蒸汽联合循环发电机组多数采用多轴布置。单轴布置下面是一套单轴布置系统流程示意图。燃气轮机、蒸汽轮机、发电机串联在一根轴上，共用一台发电机发电。单轴布置系统流程图由于一套单轴系统只有一台发电机与相关电气设备，可节省设备费用，减少厂房面积，系统调控相对简单。目前30万千瓦以上的燃气—蒸汽联合循环发电机