2021-12-05 11:16:23

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用燃气轮机联轴驱动发电机的成套设备。

轻型燃气轮机发电机组主要用于油田、发电厂、电信大楼、高层建筑、酒店、生活小区、商场、医院、军队、会议中心、偏远地区、海岛等重要场所必需的备用电源及作为紧急事件、野外作业等必需的移动电源。也可作为船舶动力、电力调峰。另外,燃气轮机发电机组也可与余热锅炉等辅助设备组成联合循环机组,用于热、电、冷联供。

基本信息

  • 中文名

    燃气轮机发电机组

  • 外文名

    gasturbinegeneratorset

  • 实    质

    燃气轮机联轴驱动发电机成套设备

  • 驱    动

    燃气轮机联轴

中文名称:燃气轮机发电机组;英文名称:gasturbinegeneratorset;

一、燃气轮机的工作原理

以QD10B车载机组的发动机为例加以说明。

发动机将周围空气(G)及燃料(Q)中的能量转化为机械能提供给输出轴。

功率(W)通过压缩、燃烧、膨胀和排气四个阶段的热循环产生。

燃气轮机工作过程如下:

外界大气经过进气道进入发动机,在轴流式压气机内进行第一次压缩。转子对空气做功,动能在叶栅通道内转变成内能,气流压力和温度上升,轴向速度下降。经过第一次压缩后的空气进入离心式压气机。

空气在离心式压气机内被第二次压缩。转子对空气做功,气流高速离开转子叶片叶尖,流过放射状叶片和扩压器,在扩压器内动能被转化为压力能。经过两次压缩后的高压空气进入燃烧室。

高压气流进入环形燃烧室后被分成两股:第一股气流(流经前后涡流片)与经喷油系统雾化的燃油混合,燃油在合适的油气混合比条件下充分燃烧,使燃烧区内保持不间断的火焰和很高的温度;第二股气流(流经掺混器)与第一股燃气流相混合对其进行稀释并使其降温。从燃烧室出来的燃气在燃气发生器涡轮内发生第一次膨胀,燃气在涡轮导向叶片通道内被加速,并被引向涡轮叶片,作用在涡轮叶片上的气流所产生的气动力引起涡轮旋转,从而提供驱动压气机所必需的能量。燃气在动力涡轮内发生第二次膨胀,由动力涡轮将剩余能量转换成由输出轴输出的机械能。最后燃气经排气管排出。

二、燃气轮机发电机组的优点

以QD16型燃气轮机发电机组为例加以说明。

1.发电品质好

燃气轮机发电机组工作时只有旋转运动,电调反应速度快,工作平稳,使发电机组输出电压和频率稳定、输出精度高、波形失真小。

2.抗过载能力强

燃气轮机是高速旋转运动,所以可依其惯性来应付过载。

3.自动化程度高

燃气轮机发电机组的电调系统对机组的待起动状态、起动、带载运行及停机的全部过程实行自动调节和监控,机组的所有运行参数均由计算机控制。

4.起动可靠

燃气轮机是对已雾化的燃料点火,所以点火可靠,具有良好的低温起动性能,即使在寒冷的气象条件下,起动的成功率也在99.5%以上。

5.加载时间快

燃气轮机发电机组的起动时间尽管比柴油机长,但起动后可以立即加载100%的额定负荷,这样可以消除暖机的时间,以便及时供电。

6.噪声低

由于燃气轮机工作时只有高速旋转,所产生的噪声为高频噪声,易于减弱,因此吸声箱体的结构简单。

7.震动小

由于燃气轮机工作时只有高速旋转,故产生的震动很小,其静态震动为柴油机的1/4,动态重量约为柴油机的1/2。

8.体积小、重量轻

燃气轮机的零件只有柴油机的十分之一,因此燃气轮机发电机组比柴油机发电机组的体积小、重量轻。如WJ5AIG2A发动机重量只有600kg,故可以安装于屋顶和做成移动式发电机组,固定式发电机组的厂房可以减少50%的面积。

9.无需冷却水

燃气轮机发电机组采用风冷散热器,无冷却水系统,可以免除水系统的故障(泄漏、冷却、沸腾、污水),使系统更加可靠,可在低温下正常工作。

10.操作简单,维护方便

燃气轮机发电机组采用电调自动控制,装有自动报警和自动保护系统,可确保发电机组的安全运行,操作简单、维护方便。

11.燃料多样化

燃气轮机发电机组可使用多种燃料,如柴油、煤油、天然气、煤气都可使用,用户可任选燃料。

12.尾气排放

燃气轮机因为燃烧效率高,所以一般不会产生黑烟。而柴油机在启动时,由于燃烧不充分,会产生柴油特有的黑烟。

13.机动、灵活

由于燃气轮机特有的工作原理,故可做成移动式发电机组,根据需要可随意到达任何区域进行供电。如QD10B型移动式发电机组,就具有很强的机动性。

14.输出额定功率大小可改变

QD30C双燃机并车发电机组可根据实际需要,分别单机或双机运行输出1600kW或3200kW的额定功率,一机多用。

三、燃气轮机发电机组的缺点

(1)燃气轮机的燃油消耗量大,在经常使用情况下,运转费用很高。

(2)由于燃气轮机采用耐高温高压不锈钢材料制成,机器成本高,价格昂贵。

(3)燃气轮机运转时需要大量的空气,在厂房内安装时必须认真考虑进、排气的措施。

(4)大气温度的变化对燃气轮机输出功率的影响较大,低温时燃气轮机输出功率大,当进气温度高时则输出功率低。

四、燃气轮机发电机组的组成

燃气轮机发电机组由燃气轮机、发电机、弹性轴、控制保护系统、电气系统、燃油系统、润滑油系统、底盘、隔声箱体、进气系统、燃机排气引射段、机舱通风系统组成。

机组底座是整体式底盘,燃机安装在机组底座的燃机支撑装置上,发电机安装在机组底座的发电机安装座上,燃机输出轴通过联轴器与装在发电机输出轴上的转接轴相连接。控制保护系统、电气系统、燃油系统、滑油系统等部分的核心部件如电气和燃油调节系统、起动箱、交直流柜等也装在机组底座上,集中设置在机组的一侧。在机组底座上安装了一个隔声箱体,与底盘等一同构成了发电机组的核心部分--主机舱。位于隔声箱体发电机端的一侧安装有机舱进风消声器,在隔声箱体位于燃气轮机端顶部安装有机舱排风消声器。在该消声器后部安装了滑油系统的风冷散热器。在隔声箱体的顶部安装了机组进气系统,进气消声器和带隔声措施的弯头安装在主机舱的顶部。进气系统的转接段、软连接、进气蜗壳位于隔声箱体内,进气蜗壳与燃气轮机的进气道相连通。在燃气轮机的排气端和隔声箱体靠燃气轮机端的机舱壁之间设有燃机排气引射段。

燃机发电机组的动力装置采用燃气轮机。机组的发电机选用三相交流同步发电机。在燃机输出轴与发电机输入轴之间采用圆柱销式弹性联轴器连接,在符合跳动不大于0.15mm对中要求条件下,该弹性联轴器能保证正常工作。

燃机发电机组的控制保护系统主要由数字式电子控制器、辅助控制箱、主控制柜、笔记本电脑、信号采集元件和各执行元件等组成。其控制功能较为完善,具有较高的可靠性,并具有抗电磁干扰和抗振能力。主控制器对机组的起动、带载运行及停机的各个状态实行自动控制,并具有停机期间对主要设备的定期巡检功能。对机组的主要运行参数设有报警和紧急停机两级保护,并通过显示器显示出所有报警和紧急停机的具体原因。当规定的运行参数达到第一级设定值时,控制保护系统发出声光报警信号;当运行参数达到对机组安全性受到威胁的第二级设定值时,实行保护性紧急停机,并向中心控制室发出停机信号。同时,控制保护系统按每秒记录一次自动记录停机前最后3min内的运行参数。

电气系统主要由交直流柜、起动箱、联络电缆及主机舱外的组合电源柜等组成,其中包括蓄电池组、充电器、转换开关等。主要完成机组发出的交流电的外供和机组自用电的输入、输出以及机组交流用电器的控制功能。

机组的燃油系统主要由日用燃油箱、燃油粗细过滤器、防火阀、电液调节系统、截止阀、余油箱及连接管路等组成,完成机组工作所需燃油的输运、过滤和流量调节等功能。

滑油系统主要由滑油箱、过滤器、管路和风冷散热器等组成,完成燃机所需润滑油的储存、供给、过滤和散热等功能。

机组底座采用整体式底盘,主要由槽钢、工字钢和钢板等焊接而成,底盘上设有燃机支撑装置和发电机安装座;燃、滑油系统的管路、电气导线以及其他辅助设备的安装固定装置。

发电机的冷却进风从主机舱内直接吸入,排风口位于发电机的两侧,散热后的热空气经导风罩引向主机舱燃机端上部,与燃气轮机及其他辅助设备的散热空气一道由轴流风机排出主机舱外。主机舱排风消声器出口与二次消声管道连接,并将散热后的热空气排至厂房外。

燃机进气系统主要由进气消声器、弯头、转接段、软连接和进气蜗壳等组成。燃机的进气直接从厂房内吸入,空气中的含尘较少。在燃机进气口部位设置了由进气内、外导流罩和壳体组成的进气蜗壳,以使燃机进气流畅均匀并减少进气流阻损失。蜗壳与燃机和蜗壳与固定在隔声箱体上部的转接段之间的连接均采用"软连接"方式。蜗壳壳体采用了分瓣形式,以满足拆卸燃机的安装要求。

五、燃气轮机发电机组与柴油机发电机组的综合比较

燃气轮机发电机组与柴油机发电机组的综合比较见表1。

表1 燃气轮机发电机组与柴油发电机组的综合比较

比较项目

燃气轮机发电机组

柴油机发电机组

结论

发电特征

转速波动率

瞬时、恒定变化率小,调整时间短

变化率大,调整时间长

使用燃气轮机可获得优质、稳定的电力

瞬时电压变化率

瞬时电压变化率小,装有瞬态电抗小的发电机

瞬时电压变化率大

过载容量

由于高速转动,所以可依其惯性来应付过载

活塞往复运动,吸收过载惯性小

燃气轮机应对瞬时过载能力强

原动机特征

动力传输

输出旋转扭距

需将往复运动改变成旋转运动

燃机体积小、重量轻

输出

体积小、输出功率大

相同功率需要大型化

燃烧方式

连续

断续

所用燃料

煤油、轻油、柴油及多种气体燃料

轻油、A重油

燃机可用多种燃料

起动特征

起动时间

从起动到电压建立40~70s以内,电压建立后可立即100%一步加载运行

从起动到电压建立40s以内,电压建立后不可以100%一步加载运行

燃机能更快的进入工作状态

温度特征

冷却水需求

采用空冷方式,不需冷却水,即使在高寒地区使用也无需采取防冻措施

由于使用冷却水,所以当温度在冰点以下时,需采取防冻措施

在气温低的寒冷区域,燃机更有利

低温采取的措施

由于可使用煤油,所以在−15℃以上时,无需采取加温措施

在5℃以下时需将燃料加温、加热

气压特征

随着海拔升高(大气压降低),功率输出要降低,但降低率比柴油机发电设备小

燃机更适合在低温下工作

噪声

在隔声箱体外lm处噪声低于85dBA

噪声高于110dBA,并需借助厂房来降噪

燃机能更好的控制噪声指标

基础工程

因为震动小(动负荷110%),故基础不需要与厂房分离,可设在梁上、石板上,不需要用防震橡胶

因为震动大(动负荷150%),所以需要用防震橡胶垫

燃机在震动方面处于有利地位

整机价格

主体价格

设备主体比柴油发电设备贵1~5成,但不包括隔声箱体

比燃气轮机便宜,但不带隔声箱体,价格另算

主体价格燃气轮机较贵,但把附属设备费用计算在内,则差别不大

附带设备费用

不需要冷却水设备,附属设备及其工程费用少

厂房、基础、冷却水、管路设备等与燃机相比,价格高

运行费用

燃料费

热效率低,所以燃料消耗量大约为柴油发电设备的1.7倍

热效率高,燃料消耗量小

如作为紧急情况下备用时,运行时间短,则差别不大

维护、保养、管理

日常维护

构造简单,不需要调整,所以维护保养简单

要调整的地方多,构造复杂,维护保养也复杂

燃气轮机的维护保养简单,运行检查时间短,相对于柴油机是绝对有利的

运行检查

定期启动注油运转,每月进行一次5~10min左右的无负荷运转即可

定期启动注油运转,需要1~2周进行一次15min左右的无负载运转,每1~2个月进行一次负载运转

无负荷运转随意

无负荷运转只能进行短时间

在无负荷运转时,可进行内部诊断

在无负载运转时,内部诊断困难

大修

高速转动发动机,所以原则上要送回工厂大修,作为紧急备用电源使用,每10年进行一次大修

在现场可实施的项目多。

如作为紧急备用电源使用,需4~5年进行一次大修(特别是冷却水回路部分)

燃气轮机大修间隔时间长,相对于柴油机是绝对有利的

六、燃气轮机发电机组与柴油发电机组的性能参数比较

燃气轮机发电机组与柴油发电机组性能参数比较见表2。

表2 燃气轮机发电机组与柴油发电机组的性能参数比较(以1600kVA机组为例)

项目

燃气轮机发电机组

柴油机发电机组

发动机特性

比较

一次起动成功率(%)

99.06(KHI统计)

95以下(美国统计)

连续运行情况下输出下降

−5%(3~5年内)

−25%~−30%(3~4个月后)

体积(m)

2.3×1.5×1.6

5.1×1.8×3.0

重量(t)

3

10~20

发电特性

过渡时间的频率波动(%)

±4(开机到100%满负荷)

±10(开机到75%负荷)

过渡时间(s)

1~2

10

稳定运转时频率波动(%)

±0.3

±(3~5)

稳定运转时电压波动(%)

±1.5

±2.5

波形畸变率(%)

3以下

10

过负荷能力(%)

200以内

110以内

环境条件

噪声(离机1m)

85dBA

105~115dBA

震动

10mm以内(只需6~7m3一般基础)

50~60mm以内(要有70m3的防震基础

动态荷重

小于净荷重的5%~10%

为净荷重的50%

排气(ppm)(用轻油的情况)

氧化氮85,氧化硫31,一氧化碳12

氧化氮700,氧化硫150,一氧化碳500

维护特性

维护周期(h)

2000(仅有两处摩擦部位)

200(摩擦部位多于20处)

维护量

小(部件数仅为柴油机的30%)

设备台数

不要再备一台

一般要备两台

通常维护时涉及的部件重量

20~30kg以内

大于100kg

维护时带荷载运行情况

不需带负荷即可判断其好坏

起码要带25%的负荷

维护人员资力

免维护

柴油机要装、拆、更换部件,维护人员要有一定资格和经验

排气性能

吸气量(m3/min)

380

250

排气量(m3/min)

330

220

换气量(m3/min)

300

2150

换气泵

3.7kW×1

3.7kW×7

换热量

发动机燃烧燃料产生的热量可随尾气排出

要靠水冷却后排热,室内设备每小时可吸收3000万大卡能量

其他

辅助用电(kW)

充电器、发电室泵、燃料泵、燃料泵等用电共9.15kW

充电器、发电室泵、燃料泵、燃料泵等用电共30.65kW

冷却水

不用

大型柴油发电机组,空气冷却要改为水冷却

成本

单机成本(万元)

150

100

用油情况

用油油种

柴油/煤油

柴油

用油量

空载时:432L/h

负载时:832L/h

空载时:272L/h

负载时:496L/h

年试车耗油量

432L/h×l.5h=648L

832L/h×1h=832L

272L/h×8.7h=2366L

496L/h×1.5h=832L

润滑油使用情况

用油油种

混合油

高级润滑油

用油量

0.08L/h

5L/h

其他

年试车耗油量

0.08L/h×2.5h=0.2L

5L/h×10.17h=50.85L

冷却水

不用

循环式48t/h,水塔式2t/h

七、燃气轮机发电机组与柴油发电机组的维护工作量比较

燃气轮机发电机组与柴油发电机组的维护工作量比较见表3。

表3 燃气轮机发电机组与柴油发电机组的维护工作量比较

维护项目

燃气轮机

柴油机

每二周开机运行

不需要

-

空载20min

年累计8h40min

每一月开机运行

空载5min

年累计1h

-

-

每半年功能维护

空载30min

年累计30min

额定负载运行30min

年累计30min

每一年总维护

额定负载运行1h

年累计1h

额定负载运行1h

年累计1h

年试车运行时间

空载

满载

1h30min

1h

空载

满载

8h40min

1h30min

总计

2h30min

总计

10h10min

八、燃气轮机发电机组的维护保养

为使燃气轮机发电机组保持正常运行,延长使用时间,除了按操作规程进行正常操作外,还必须定期对机组各部件进行系统的检查、调整和清洗,按照机组的使用说明和技术规范进行保养,为机组的正常运转提供良好的保障维护。燃气轮机发电机组的维护项目和维护周期见表4。

表4 燃气轮机发电机组维护项目及周期表

序号

项目

周期

1

设备巡视

1天

2

空载试机冷启动、热启动各一次,2~3min

1月

3

检查各种仪表、信号指示是否正常(运行时)

1月

4

检查启动电池,必要时进行充电

1月

5

检查冷却液、润滑油、柴油是否充足(启动前)

1月

6

检查风冷机组的进风、排风风道是否畅通(启动前)

1月

7

检查有无异味、异响和四漏现象(运行时)

1月

8

清洁空气过滤器

1季度

9

检查传动皮带张力

1季度

10

检查消防器材、照明是否正常

1季度

11

清洁设备

1月

12

检查启动、冷却、润滑、燃油系统是否正常

1月

13

加载试机15~30min

1年

14

校正仪表

1年

15

检查机壳接地及绝缘

1年

16

更换机油、三滤

按说明书

17

柴油日用燃油箱、清洗储油罐沉淀油污

3年

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