燃气轮机技术

本书为国家能源集团职工培训教材。
燃气轮机技术在不断发展和创新，为了帮助读者了解燃气轮机技术的前沿动态，本书还关注了燃气轮机技术的发展趋势和未来展望。从新能源燃气轮机的探索、数字化智能化的发展、绿色低碳技术的创新等，为读者提供了一个全面、深入的技术学习平台。
本书主要内容包括燃气轮机和联合循环两部分。燃气轮机部分主要介绍了燃气轮机的工作原理、结构特点、性能分析、设计方法等方面的内容；联合循环部分则详细介绍了联合循环的基本原理、系统组成、设备选型、运行控制等方面的内容。此外，本书还对燃气轮机设备的运维管理进行了详细的阐述，并对燃气轮机技术的发展趋势进行了展望。

国家能源投资集团有限责任公司（简称国家能源集团）于2017年11月28日正式挂牌成立，是经党中央、国务院批准，由中国国电集团公司和神华集团有限责任公司联合重组而成的中央骨干能源企业，是国有资本投资公司改革、创建世界一流示范企业的试点企业，拥有煤炭、电力、运输、化工等全产业链业务，产业分布在全国31个省区市以及美国、加拿大等10多个国家和地区，是全球规模最Z大的煤炭生产公司、火力发电公司、风力发电公司和煤制油煤化工公司。2021年在世界500强排名第101位。

序言
前言
第一章燃气轮机概述1
第一节国内能源结构1
一、国内能源生产1
二、国内天然气情况1
三、国内电力生产2
四、国家能源政策4
第二节世界燃气轮机发展现状6
一、燃气轮机历史6
二、国内燃气轮机现状6
三、国际燃气轮机发展8
第二章燃气轮机基本工作原理14
第一节燃气轮机理想热力循环过程14
第二节燃气轮机实际热力循环过程16
一、热效率16
二、压比π*17
三、温比τ*18
第三节压气机热力学原理18
第四节燃烧室热力学原理20
一、空气组分计算20
二、燃气组分计算21
三、空气、燃气热物性计算23
第五节透平热力学原理23
第三章燃气轮机本体25
第一节概述25
第二节压气机25
一、概述25
二、压气机的结构26
三、压气机变工况特性28
第三节燃烧室32
一、概述32
二、燃烧室结构33
三、燃烧室的工作原理39
四、燃烧室的变工况特性40
第四节透平43
一、概述43
二、透平结构43
三、工作原理49
四、透平的监测方法51
第四章燃气轮机辅助系统52
第一节燃气轮机油系统52
一、概述52
二、燃气轮机润滑油系统52
三、燃气轮机顶轴油系统55
四、燃气轮机液压油、跳闸油、密封油系统56
第二节燃气轮机的进、排气系统58
一、概述58
二、燃气轮机进气系统58
三、进气抽气加热系统（IBH）61
四、压气机进口可调导叶系统（IGV）及可调叶片62
第三节燃气轮机的冷却通风系统64
一、概述64
二、透平间、阀组间通风系统64
三、负荷联轴间通风系统65
四、2号轴承区通风冷却系统65
五、排气框架通风冷却系统66
六、燃气轮机空间加热系统66
七、冷却与密封空气系统66
八、透平冷却空气系统及燃气轮机强制冷却空气系统66
第四节燃气轮机的水洗系统67
一、概述67
二、燃气轮机水洗分类及原理68
三、水洗模块68
第五节燃气轮机消防系统69
一、概述69
二、主要设备及作用70
第六节燃料控制系统73
一、概述73
二、系统流程及作用73
三、主要设备75
第七节燃气轮机盘车系统76
一、概述76
二、主要设备77
三、负荷齿轮箱78
第八节燃料处理系统79
一、概述79
二、天然气调压站79
三、前置模块设备84
第五章燃气轮机控制系统86
第一节概述86
一、西门子公司燃气轮机控制系统86
二、三菱集团燃气轮机控制系统93
三、美国GE公司燃气轮机控制系统97
四、重型燃气轮机控制系统国产化概况105
第二节燃气轮机主控制系统106
一、启动控制系统108
二、转速控制109
三、加速控制110
四、温度控制110
五、停机控制110
六、压气机压比控制111
七、输出功率控制112
八、手动FSR控制113
九、FSR最小值选择门114
十、MBC基于模型的直接边界控制115
第三节燃气轮机重要辅助控制116
一、IGV控制、IBH控制和燃料控制116
二、燃气轮机燃烧监测系统126
三、燃气轮机顺序控制系统129
第四节燃气轮机保护131
一、燃气轮机保护系统概况131
二、主要保护功能介绍133
第六章燃气轮机的运行与维护143
第一节概述143
第二节燃气轮机的启停143
一、概述143
二、燃气轮机启机144
三、燃气轮机停机146
第三节燃气轮机的运行146
一、燃气轮机运行特点146
二、运行监视重点147
三、运行检查重点147
四、运行操作重点148
第四节燃气轮机检修维护149
一、燃气轮机检修149
二、燃气轮机检修相关试验152
三、燃气轮机保养153
第五节燃气轮机本体自主检修155
一、自主检修意义155
二、国内自主检修现状155
第六节典型故障及处置156
一、燃气轮机故障分类156
二、燃气轮机故障实例157
三、其他常见故障162
第七章联合循环机组概述166
第一节联合循环机组应用现状166
一、国内气电发展情况166
二、国内气电区域分布167
三、国内气电主机市场167
第二节燃气-蒸汽联合循环机组类型169
一、按类型模式划分169
二、按轴系配置划分169
三、按机组主厂房高、低布置划分170
第三节联合循环机组工艺流程171
第八章联合循环机组基本原理173
第一节燃气-蒸汽联合循环机组概念173
第二节理论上的动力循环174
一、布雷顿循环174
二、朗肯循环174
第三节燃气-蒸汽联合循环机组发电基本原理175
第四节燃气-蒸汽联合循环机组供热系统176
第五节联合循环机组能效水平对标177
一、可靠性指标评分177
二、能效指标评分178
三、环保指标评分179
四、技术监督指标评分180
五、标杆和达标机组确定180
第六节联合循环机组主要性能指标180
一、燃气-蒸汽联合循环机组功率180
二、联合循环机组蒸燃功比180
三、联合循环机组蒸功百分率181
四、联合循环机组投入率181
五、联合循环机组热耗率181
六、燃气-蒸汽联合循环机组热效率181
七、热电比182
八、供电煤耗182
九、厂用电率182
第九章联合循环机组余热锅炉设备及系统 184
第一节概述184
一、联合循环机组余热锅炉的基本原理184
二、余热锅炉的分类 185
三、联合循环机组余热锅炉特点189
四、余热锅炉的热力参数192
第二节联合循环机组余热锅炉设备195
一、余热锅炉的主要设备196
二、过热器与减温器198
第三节联合循环机组余热锅炉系统201
一、典型余热锅炉的汽水系统201
二、给水系统203
三、 烟气系统204
四、取样系统205
五、加药系统205
六、排污疏水系统 206
七、烟气在线监测系统 206
八、烟气脱硝系统 207
第十章联合循环机组汽轮机设备及系统210
第一节概述210
一、联合循环机组汽轮机的基本原理210
二、汽轮机的分类211
三、联合循环机组汽轮机特点212
第二节联合循环机组汽轮机设备213
一、汽缸213
二、转子214
三、汽缸的支承216
四、隔板217
五、SSS离合器218
六、高中压联合汽门219
第三节联合循环机组汽轮机系统220
一、联合循环机组汽轮机系统特点220
二、热电联产汽轮机221
三、联合循环机组汽轮机对外蒸汽供热方式222
四、联合循环机组汽轮机附属系统223
第十一章联合循环机组电气设备及系统228
第一节电气设备概述228
一、电气设备分类228
二、配电系统构成229
第二节燃气轮机电厂电气主接线230
一、系统接线方式230
二、发电机-变压器组单元接线233
第三节气体绝缘全封闭组合电器234
第四节发电机出口断路器235
一、出口断路器的构成235
二、发电机出口断路器的主要优点236
第五节燃气轮机静态变频启动装置237
一、静态变频启动装置的工作原理237
二、静态变频启动装置组成237
三、静态变频启动装置系统工作过程238
四、静态变频启动装置日常检查及运行注意事项238
第六节升压站监控系统239
一、概述239
二、NCS结构和配置240
三、NCS的构架方式240
四、站控层、间隔层测控屏的同期检测和操作功能240
五、升压站监控系统(NCS)的操作规定241
第七节同步发电机及其运行241
一、同步发电机的结构241
二、同步发电机的励磁系统244
三、同步发电机辅助系统245
四、同步发电机的故障、不正常运行状态及其保护方式245
第八节变压器及其运行248
一、变压器的结构248
二、变压器的冷却方式250
三、变压器不正常运行情况及其保护方式251
第十二章联合循环机组公用设备及系统254
第一节凝结水系统254
一、概述254
二、系统及工作流程254
三、主要设备及作用255
第二节仪用空气系统257
一、概述257
二、系统及工作流程257
三、主要设备及作用257
第三节辅助蒸汽系统259
一、概述259
二、系统及工作流程259
三、主要设备及作用260
第四节循环水系统261
一、概述261
二、系统及工作流程261
三、主要设备及作用263
第五节抽真空系统264
一、概述264
二、系统及工作流程264
三、主要设备及作用265
第六节闭式循环冷却水系统267
一、概述267
二、主要流程及功能267
三、主要设备及作用268
第七节开式循环冷却水系统270
一、系统简介270
二、主要流程及功能270
三、主要设备及作用270
第十三章联合循环机组控制系统272
第一节概述272
一、集散控制系统简介272
二、集散控制系统的发展272
三、集散控制系统的特点273
第二节联合循环机组的控制274
一、过程处理站274
二、DCS操作站275
第三节三种常用的DCS简介275
一、美国西屋公司的OVATION系统275
二、ABB Baily 公司的Symphony Rack 系统279
三、FOXBRO 公司的 I/A Series 系统280
第四节联合循环电厂中使用的DCS控制系统281
一、数据采集系统282
二、模拟数量控制系统282
三、顺序控制系统283
四、典型的功能组顺控285
五、电气控制系统285
六、汽轮机数字电液控制系统285
七、旁路控制系统287
八、负荷控制系统287
九、DCS 与燃气轮机控制系统 MARK VIe 之间的通信288
第五节APS联合循环机组控制系统288
一、APS系统综述288
二、APS系统重要控制步骤289
第六节联合循环机组的联锁保护292
一、联合循环机组联锁保护的概述292
二、联锁保护的目的292
三、联锁保护的组成292
四、联锁保护的原理292
五、联锁保护的维护与管理293
六、联合循环机组锅炉联锁保护293
七、联合循环机组汽轮机联锁保护293
八、联合循环机组重要联锁保护294
第十四章联合循环机组的运行与维护295
第一节概述295
第二节联合循环机组的启停296
一、联合循环机组的启动总则及准备296
二、联合循环机组启动298
三、联合循环机组停运300
第三节联合循环机组的运行307
一、机组运行调整307
二、正常运行参数限定值308
三、机组正常运行中的检查监视308
四、机组运行操作和调整310
五、联合循环机组定期轮换和试验规定313
六、联合循环机组汽水品质运行监督313
七、联合循环机组运行方式316
第四节联合循环机组的检修维护317
一、联合循环机组检修317
二、联合循环机组停运后的保养322
第五节典型故障及处置323
一、汽轮机典型事故处理323
二、锅炉典型事故处理326
三、电气典型事故处理329
四、辅机设备典型事故处理332
五、综合性典型事故处理335
第十五章技术展望338
第一节燃气轮机国产化现状与愿景338
一、概述338
二、上海电气339
三、东方电气340
四、哈尔滨电气340
五、小结340
第二节燃气轮机清洁燃烧技术现状与展望341
一、概述341
二、GE公司的清洁燃烧技术342
三、掺氢燃烧技术344
第三节联合循环智能电厂346
一、智能电厂的定义346
二、智能电厂的发展背景346
三、智能电厂发展政策347
四、智能电厂发展现状和展望349
参考文献359