1、珠江9F級LNG聯合循環電廠廣東省珠江9F級LNG聯合循環電廠機組檢修培訓專用系列教材燃氣輪機的檢修珠江9F級LNG聯合循環電廠前 言 燃氣輪機是一種新型的動力機械，它具有起動速度快、建設周期短、排氣污染輕、占地面積小和耗水量少等顯著優點，近來發展非常迅速。在西方一些發達國家，發電用燃氣輪機的裝機容量占發電總裝機容量的一半左右。對于我國目前缺電嚴重且峰谷用電量相差很大的情況，燃氣輪發電機組作為調峰機組，具有其他發電機組無法比擬的優越性。燃氣輪機在改造熱效率低、排氣污染嚴重且耗水量很大的中、小型電廠的工作中，也占有很重要的地位，所以燃氣輪機在我國的應用具有非常光明、廣闊的前景。改革開放以來，我國

2、陸續建造了幾個燃氣輪機電廠。在西氣東輸和大規模使用液化天然氣的形勢下，目前正在大規模地建造燃氣輪機電廠。因此燃氣輪機的檢修也就很自然地提上了議事日程，為適應這種形勢，作者根據多年的工作經驗寫成了此書，以供同仁及有志于從事燃氣輪機檢修工作的人士參考。由于作者的知識水平及經歷有限，不當和錯誤之處在所難免，敬請廣大讀者批評指正。本書在創作過程中得到了珠江9F級LNG聯合循環電廠領導的大力支持，對于在技術資料的提供和有關內容的審定方面所給予的協助的同仁，在些一并表示衷心的感謝！本書編寫過程中，作者參閱了許多國內外最新發表的文獻資料，力求使此書能發映這一領域的最新發展情況與水平，然而燃氣輪機技術發展迅速

3、，所涉及的內容也較為廣闊，限于作者的理論水平和實踐經驗有限，雖然經多次校正，力求嚴謹，但仍恐有所疏漏、缺陷和錯誤，誠盼專家和讀者批評指正。作者2007年1月于廣州目 錄第1章概 述3第1節燃氣輪機的應用與發展31.1國際燃氣輪機技術發展的趨勢31.2GE公司燃氣輪機技術的發展道路31.3燃氣輪機的應用現狀及發展前景3第2節燃氣輪機檢修的重要性3第3節大型燃氣輪機檢修的特點3第2章燃氣輪機檢修周期與策略3第1節檢修計劃的制定及檢修周期的確定3第2節影響維修周期的主要運行因素32.1燃料32.2透平進口溫度32.3蒸汽或水噴注3第3節檢修的分類33.1停機備用檢查33.2運行檢查33.3燃燒系統檢

4、查(亦稱小修)33.4熱通道檢查(亦稱中修)33.5整機檢查(亦稱大修)33.6孔探儀檢查3第4節燃氣輪機檢修策略的制定34.1檢修等級34.2檢修間隔3第5節燃機檢修文件包的編制與使用35.1檢修文件包概述35.2檢修文件包的內容35.3燃機文件包的使用3第3章9F級燃氣輪機的技術特點與安裝3第1節PG9351(FA)型燃氣輪機簡介31.1PG9351(FA)型燃氣輪機研制、升級演化過程31.2進、排氣系統31.3壓氣機31.4燃燒室31.5透平31.6軸承和氣缸支撐31.7輔助設備3第2節PG9351FA型燃氣透平技術特點32.1透平轉動部件32.2透平靜止部件3第3節PG9351FA燃氣

5、輪機DLN-2.0+燃燒室33.1燃燒室的結構33.2燃氣輪機底盤氣體燃料系統構成33.3氣體燃料的配送模式33.4氣體燃料加熱系統3第4節9F級燃機發電機氫氣及密封油系統34.1氫氣系統的密封34.2氫氣系統的輔助設備34.3氫氣/二氧化碳系統的常規操作34.4發電機的冷卻34.5相關問題探討3第5節S109FA機組危險氣體監測系統35.1系統組成35.2系統安裝、校驗及監視3第6節9F級燃氣輪機主要控制系統分析36.1燃氣輪機主控制系統36.2燃氣輪機的干式低NOX燃燒控制系統3第7節MS9001FA燃氣輪機安裝、調試與啟動37.1通用電氣MS9001FA燃氣輪機組成37.2安裝內容37.

6、3清洗和沖洗及機械檢查37.4啟動3第8節MS9001FA燃氣輪機安裝、調試與啟動38.1PG9351FA型燃氣輪機設備構成38.2PG9351FA型燃氣輪機安裝過程38.3安裝小結3第4章燃氣輪機的常見故障與處理3第1節油系統排油沖冼問題3第2節燃氣輪機熱部件的修復32.1燃機熱部件的材料及損壞特點32.2燃機熱部件的修復工藝32.3各種損壞形式的修復3第3節壓氣機進口可轉導葉間隙檢測和調整3第4節透平動葉膨脹間隙檢測3第5節動葉狀況變化與動葉壽命估算3第6節安裝和大修中的對中問題36.1對中的概念36.2對中前的準備工作36.3對中工藝36.4影響對中的因素36.59FA燃機聯軸器的找中、

7、晃度檢查、鉸孔及連接3第7節燃氣輪機伺服控制系統的維護及故障處理方法37.1維護要點及注意事項37.2故障分析處理方法3第8節9FA燃氣輪機壓氣機燃燒室氣缸的加工38.1結構特點及工藝制定38.2加工工藝規程簡介3第5章燃氣輪機的檢修方法3第1節檢修前的準備工作31.1監理單位和檢修隊伍的確定31.2備品備件的準備31.3專用工具的準備31.4技術準備3第2節檢修過程中應注意的事項32.1檢修過程中應注意的關鍵部位32.2保證檢修質量的措施3第3節檢修后的驗收3第4節檢修報告的編寫3第6章燃氣輪機的大修工藝3第1節拆卸部分31.1拆卸透平間的側面門板31.2壓氣機和透平轉子的定位檢查31.3拆

8、卸前的對中檢查31.4壓氣機進口可轉導葉(VIGV)檢查3第2節檢查部分32.1主機部分32.2輔機系統的拆卸、檢查和復裝3第3節復裝部分3第4節后記3第7章附 錄3第1節附錄A縫隙式火焰筒的檢查標準3第2節附錄B魚鱗孔型燃燒室頭部端蓋的檢查標準3第3節附錄C 聯焰管和彈性卡板的檢查標準3第4節附錄D 過渡段的檢查標準3第5節附錄E 導流襯套的檢查標準3第6節附錄F 點火火花塞的檢查標準3第7節附錄G 檢查報告范例3參 考 文 獻3第1章 概 述第1節 燃氣輪機的應用與發展1.1 國際燃氣輪機技術發展的趨勢自1939年BBC公司制成世界上第一臺工業燃氣輪機以來，經過60多年的發展，燃氣輪機已在

9、發電、管線增壓動力、艦船動力、坦克和機車動力等領域獲得了非常廣泛應用。80年代以后，燃氣輪機及其聯合循環技術日臻成熟，由于其熱效率高、污染低、比投資低、建設周期短、占地和用水量少、啟停靈活、自動化程度高等優點，逐步成為繼蒸汽輪機后的主要動力裝置。為此，美國、西歐、日本等國政府制定了扶持燃機產業的政策和發展計劃，投入大量研究資金，燃氣輪機技術得到了更快的發展。80年代末到90年代中期，重型燃機普遍借用了航空發動機的先進技術，發展了一批大功率高效率的燃機，透平進口溫度達1300，簡單循環發電效率達36%38%，其單機功率可達200MW以上，一般稱為F級技術機組。90年代后期，大型燃氣輪機開始應用蒸

10、汽冷卻技術，使燃氣初溫和循環效率進一步提高，單機功率進一步增大。透平進口溫度達1400，簡單循環發電效率達37%39.5%，其單機功率達300MW以上，一般稱為H級技術機組。這些大功率高效率的燃機，主要用來組成高效率的燃氣-蒸汽聯合循環發電機組，單機聯合循環最大功率等級接近500MW，已與大型汽輪發電機組相當。發電效率達55%58%，最高60%，遠高于超臨界汽輪發電機組的效率(40%45%)，已經成為燒天然氣和石油制品的電廠的主要選擇方案。最近幾年世界上新增加的發電機組中，燃氣輪機及其聯合循環機組在美國和西歐已占大多數，亞洲的平均水平也達36%，世界市場上已出現了燃氣輪機供不應求的局面。近20

11、余年來，用于發電的煤的清潔燃燒技術已取得重要進展。至今，全世界已投運了10余座各種功率等級的IGCC電廠，還有一大批IGCC電廠正在籌建之中。IGCC電廠已開始進入商業化應用階段。PFBC電站已投運4座，成功地進行了示范運行，正逐步進入商業化運行階段。各國目前正在開發和構思的新穎能量系統多是以燃氣輪機為核心的總能系統，如濕空氣透平循環(HAT、IGHAT)、卡林那底循環(Kalina)、整體煤氣化燃料電池聯合循環(IGFC-CC)、磁流體發電聯合循環(MHD-CC)、化學熱回收燃氣輪機系統等。由此可見，“面向二十一世紀，燃氣輪機及其總能系統將成為跨世紀的主要動力”，這一提法絕不是一句妄言。1.

12、2 GE公司燃氣輪機技術的發展道路GE公司的前身是1878年10月15日成立的愛迪生電燈公司，經過了一百多年的發展，GE公司至今已經成為一個特大型跨國公司，1998年的營業額達1005億美元。GE公司的動力系統集團生產和經營重型燃氣輪機、汽輪機、核電設備、輸電設備及電力驅動系統等產品。1998年以來，經大規模兼并收購，其生產重型燃氣輪機的工廠主要有格林維爾工廠、歐洲燃氣輪機公司(原阿爾斯通燃氣輪機部分)、新庇隆工廠，動力系統集團在全世界范圍內生產重型燃氣輪機的合作伙伴有日本、東芝、印度的BHEL、韓國重工、南京汽輪電機(集團)公司等5家。19901995年在世界燃氣輪機市場份額中，GE及其合作

13、伙伴的產品約占50%。GE公司當前生產的重型燃氣輪機主要用于發電，組成快裝式燃氣輪發電機組，其主要性能指標列于表1-1。表1 GE公司發電用重型燃氣輪機的性能型號首臺年份ISO額定功率/kW熱耗率/(kJ/kWh)壓比流量/(kg/s)透平轉速/(r/min)透平前溫/排氣溫度/約重/kg尺寸長×寬×高/mPG6871(PA)1987263001265010.2122509496348725855035.05×5.79×10.36PG6561(B)1996396201130012.01405133110453231751037.49×7.32&

14、#215;10.36PG6101(FA)1993701401052915.019852541288597-36.58×6.10×10.36PG7121(EA)1984854001099412.62923600110453748534040.23×21.64 ×9.46PG7241(FA)1994171700993915.54323600130060274480054.86×22.86×9.46PG9171(E)19871234001065612.34043000112453886182035.05×23.47×11

15、.89PG9231(EC)19941692001030814.25073000120455877111041.15×16.15×13.72PG9351(FA)19962556009759151462430001300609108862034.14×7.62×15.24這些燃氣輪發電機組都已自行成套為聯合循環發電機組，其主要性能指標列于表1-2(50Hz)和表1-3(60Hz)，該公司最近研制成功的蒸汽冷卻的MS9001H型和MS7001H型燃氣輪機專門用于組成聯合循環發電機組，其性能指標也列于表1-2和表1-3中。表1-2 GE公司聯合循環發電機組的性能

16、(50Hz)型號首臺年份電廠凈功率/kW熱耗率kJ/kWh電廠凈效率/%電頻率Hz燃機功率kW汽機功率/kW燃機數量和型號備注S106B198759800739048.75038300225001×MS6001B無再熱S206B1979121000731049.3507660463002×MS6001B無再熱S406B1979243100727549.550153200939004×MS6001B無再熱S106FA1991107400677553.25069100401001×MS6001FA再熱S206FA1991218700665054.150138

17、200840002×MS6001FA再熱S109E1979189200593552.050121600704001×MS9001EA無再熱S209E1979383700684052.7502432001461002×MS9001EA無再熱S109EC1994259300666054.050166600966001×MS9001EC再熱S209EC1994522600661554.450332001976002×MS9001EC再熱S109FA1994390800635056.7502541001418001×MS9001FA再熱S20

18、9FA1994786900630557.1505082002892002×MS9001FA再熱S109H1979480000600060.050-1×MS9001H單軸結構有再熱注:所有上述型號都帶有三壓蒸汽循環和干式低NOx 燃燒系統。GE的壓氣機經歷了一個逐步發展的過程。40年代中期，由TG180航空發動機改型成最早的5000hp的MS3002重型燃氣輪機，其空氣流量只有37kg/s。在很寬的轉速范圍內沒有碰到喘振問題。因此，不需要進口可調導葉和放氣閥。1955年對壓氣機進行了重新設計，采用NACA65葉型，空氣流量增加到72kg/s，在4860r/min時壓比為6.7

19、8，效率也有所提高，構成了發電用的MS5000燃氣輪機，以后又將轉速提高到5100r/min，形成了MS5001M的基本設計。表1-3 GE公司聯合循環發電機組的性能(60Hz)型號首臺年份電廠凈功率/kW熱耗率kJ/kWh電廠凈效率/%電頻率Hz燃機功率kW汽機功率kW燃 機數量和型號備 注S106B198759800739048.76038300225001×MS6001B無再熱S206B1979121400728549.46076600467002×MS6001B無再熱S406B1979243900724549.760153200947004×MS6001B

20、無再熱S106FA1991107100679553.06068900400001×MS6001FA再熱S206FA1991217000670553.760137800837002×MS6001FA再熱S107EA1977130200717550.26083500487001×MS7001EA無再熱S207EA1979263600707050.9601670001007002×MS7001EA無再熱S107FA1994262600642556.060170850956001×MS7001EC再熱S207FA1994529900637556.560

21、3417001958002×MS7001EC再熱S107H1979400000600060.0601×MS7001H再熱注:所有上述型號都帶有三壓蒸汽循環和干式低NOx 燃燒系統。在此基礎上，通過增加進口級直徑、增加空氣流量和壓比，形成了GE重型燃氣輪機系列。之后，MS5001M的壓氣機頭三級又重新進行了設計，在進口增加了一級，壓比提高到9.8。進口導葉改變為可調，起動時可調節空氣流量，低負荷工況時可維持較高的透平進氣初溫，形成了MS5001N型。該壓氣機在麻省的Lynn航空發動機壓氣機試驗臺上進行了全面試驗，建立了流量、壓比、效率、起動特性、全速喘振邊界和設計的機械整體性

22、關系。MS5001N和P、MS7001A和B、MS9001B型實際上具有相同的氣動設計。5100r/min的MS5001N壓氣機?；糯鬄?600r/min的MS7001A壓氣機，使空氣流量增加了一倍以上。再重新設計了前4級，使流量和壓比進一步增加，形成了MS7001C和MS7001E型壓氣機。在MS7001E、MS9001E和MS6001的壓氣機中，對1-8級靜葉又作了修改，以改善低頻率運行時的性能。MS7001E型壓氣機又通過簡單增加外徑，使流量和壓比增加，形成了MS7001EA壓氣機。GE公司在格林維爾廠建立了一座壓氣機整機試驗臺，可進行壓氣機整機試驗，測量流入和流出的空氣流量、壓力和溫

23、度，級間的壓力和溫度以確定各級的特性，該試驗臺可以在很寬的轉速和壓比范圍內進行試驗，測得性能曲線、起動特性、應力數據、葉片動態特性和確定喘振邊界。自1968年以后，該公司已做了六套全尺寸的壓氣機試驗，其結果可用于建立計算機模型，允許在整個運行范圍內相當精確地預測壓氣機的性能，進行改進設計。由于燃燒現象的復雜性，燃燒室的設計到目前為止仍以經驗設計和實驗為基礎。由于?；囼灲Y果不能用來預測許多性能，故GE公司應用全尺寸試驗來發展實際的燃燒室，而GE的分管燃燒室結構使這種實驗已成為了可能。一般應用一只燃燒室和相應數量的空氣和燃料，在實際的運行參數下試驗。由于在工廠內已進行了充分的調試，故在現場不再需

24、要進行起動調試。對不同型號的燃氣輪機，其燃燒室尺寸不進行?；?，但燃燒室的個數與空氣流量成正比變化。燃燒室應用火花塞點火、聯焰管聯焰、火焰監測器監測。為安全可靠，應用了兩套火花塞和火焰監測器。液體燃料一般用空氣霧化噴油嘴霧化，用流量分配器對通向各噴嘴的燃料進行均等分配?；鹧嫱苍缙谑菓冒夙摯笆降臍饫浣Y構，現已改為冷卻效果更好的縫冷式結構。燃氣輪機發展試驗室備有六個試車臺，允許進行燃氣輪機簡單循環或回熱循環的全工況試驗。備有注水、注蒸汽或隋性氣體以減少污染物排放的設備?？梢杂脷鈶B或液態的丙烷、甲烷、蒸溜油、調合渣油或重渣油進行試驗。備有一套低熱值燃料設備，可以將氣體燃料與惰性氣體調合，產生335-

25、4098kJ/m3熱值的氣體燃料進行試驗。燃燒室在試驗室進行全工況試驗以后，還要在燃氣輪機試車臺上進行全工況試驗，全面測量其性能參數，包括進入噴嘴前的燃氣溫度分布；金屬溫度和振動響應；燃燒室、燃料管道和霧化空氣管道中的壓力和壓降、熄火、聯焰和控制特性、煙霧和粒子的排放等。還進行了注水和注蒸汽抑制污染排放物的試驗，以確定滿足排放標準所需要的注水量。這種燃燒室試驗與機組試驗相結合，形成了安全可靠的燃燒室系統。GE公司燃氣透平的發展，一直是圍繞著如何提高進氣初溫t3而進行的。1961年投運的MS5000燃氣輪機t3=816，到80年代初，投運的MS6001和MS7001機組，t3已提高到了1104。

26、提高透平進氣初溫的主要措施是改進噴嘴和動葉的材料，完善葉片冷卻技術。目前，MS9001FA機組的進氣初溫已達1300，MS9001G機組的進氣初溫高達1430。GE公司于80年代中期便投入大量資金進行F型燃氣輪機的開發研制，主要是將飛機發動機的先進技術和部件移植到工業和發電用燃氣輪機上，從而使其性能大幅度提高。GE公司于1987年制成了首臺60Hz的MS7001F型燃氣輪發電機組，后制成了50Hz的MS9001F型燃氣輪發電機組。接著，GE公司又將其MS7001FA燃氣輪機?；s小，于1995年末制成了70MW等級的MS6001FA燃氣輪機，通過齒輪減速，可用于50Hz和60Hz發電。MS60

27、01F、MS7001F和MS9001F型燃氣輪機的結構和性能相類似。該機組為典型的單軸結構，與傳統的E型機組相比，省去了一個中間軸承，三支承變成了雙支承，而且功率輸出端由透平排氣端改變為壓氣機進氣端(冷端輸出)。因而，透平改變為軸向排氣，有利于與余熱鍋爐的連接。而且，其輔機安裝在分開的底板上，控制系統和輔機都有較大的冗余度。GE公司將在21世紀推出的最新產品是H型燃氣輪機，有3600r/min的MS7001H和3000r/min的MS9001H兩種型號。它比F型燃氣輪機更多地引用了航空發動機的先進技術，因而性能也更為先進。壓氣機18級，獲得了23:1的高壓比。它除進口導葉可調外，又增加了4級可

28、調靜葉，以優化部分負荷工況性能。透平為4級，其葉片應用了航空發動機的葉型，按三元流方法設計而成，前兩級葉片應用了蒸汽閉環冷卻。第1級動葉和噴嘴為鎳基超級合金單晶鑄件，消除了晶界，改善了高溫疲勞性能，并且涂有氧化鋯穩定的釔陶瓷隔熱涂層。后三級動葉應用定向結晶鑄件，第2級動葉還加了隔熱涂層。24級靜葉應用等軸材料，2、3級靜葉加了隔熱涂層。燃燒室為GE公司最近研制成功的干式低NOx燃燒室，其主要特點是使燃料與空氣預混，形成稀相燃燒，因而使熱NOx的產生量大幅度減少。H型燃氣輪機主要用于聯合循環發電，葉片冷卻以后的蒸汽仍回到蒸汽循環中作功，因而，可使聯合循環發電的凈效率高達60%。如果蒸汽冷卻的前兩

29、級葉片仍應用空氣冷卻，則H型燃氣輪機便變為G型，可以簡單循環運行，也可作聯合循環運行。1.3 燃氣輪機的應用現狀及發展前景燃氣輪機作為新型的動力設備，由于具有結構緊湊，單位功率重量輕，運行平穩且安全可靠，可以大型化且熱效率較高，可以快速起動和帶負荷等顯著的優點，受到世人廣泛關注，應用范圍越來越廣。在航天航空領域是獨一無二、不可替代的動力設備；在航海和陸上交通運輸領域里也占有越來越重要的地位，在一些現代化的艦船上，均采用燃氣輪機作為動力設備。陸上交通運輸工具，如汽車、火車機車及軍用坦克上也采用燃機作動力設備；在發電領域里，由于燃氣輪機電廠占地面積少、建設周期短、水的消耗量少、排氣污染輕受到人們的

30、廣泛關注，尤其是以燃氣輪機為主組成的燃氣-蒸汽聯合循環電廠不僅排氣污染輕，而且其熱效率已達到和超過了最新型的超超臨界參數的蒸汽輪發電機組，所以在發電行業的應用也越來越多，已動搖了蒸汽輪發電機組在發電行業的霸主地位。可以預期，在不久的將來必定會取代蒸汽輪發電機組在發電行業的霸主地位。據2000年的統計，全世界新增發電容量中，燃氣輪機及其聯合循環已占到35%36%；在一些西方發達國家里，這個比例還要高，例如2000年美國的新增發電容量中，燃氣輪機及其聯合循環占48%，傳統的蒸汽輪發電機組占48%；而在德國，燃氣輪機及其聯合循環在新增發電容量中占到2/3。由此可見，在世界范圍內燃氣輪機及其聯合循環已

31、成為火電發展的重要方向。由于以前的燃氣輪機及其聯合循環電廠以石油及其制品和天然氣為燃料，大大制約了燃氣輪機的應用和發展，但隨著近期煤氣化聯合循環技術的發展和成熟，燃氣輪機不僅可以以油氣為燃料，而且可以以中低熱值煤氣為燃料，這就為燃氣輪機的大發展和更廣泛的應用奠定了堅實的基礎。特別是以燃氣輪機為主組成的煤氣化聯合循環，可以用來改造現有的燃煤的蒸汽輪發電機組，在繼續以煤為燃料的同時，又解決了嚴重的排氣污染，還可以增加出力和熱效率，這為改造能耗高、排氣污染嚴重的燃煤的蒸汽輪發電機組提供了非常好的選擇。此外，燃氣輪機還在一些新型發電技術中占據著很重要的地位，如濕空氣透平(HAT)循環和燃料電池-燃氣輪

32、機循環等新型發電技術，這將是今后發電技術發展的主要方向之一。由此可知，燃氣輪機具有非常光明的發展前景，其應用會越來越廣泛。第2節 燃氣輪機檢修的重要性隨著燃氣輪機廣泛應用，燃氣輪機的檢修也就很自然地越來越受到人們的關注。盡管燃氣輪機的工質的工作壓力不是很高，基本上在30bar之內，但其工質的溫度很高，E型技術燃氣輪機的進氣溫度為1100，而G型、H型技術燃氣輪機的進氣溫度為1430左右；并且是高速旋轉式機械。在此條件下工作的燃氣輪機除了必須加強日常的運行維護之外，還必須定期進行檢修，以確保機組能安全的運行。燃氣輪機的燃料，可以是天然氣，也可以是輕油、重油或者原油，甚至是低熱值煤氣。根據所用燃料

33、的不同，燃氣輪機的維護和定期檢修的內容和工作量也不同。由于燃氣輪機的工作溫度很高，又是高速旋轉式機械，其工作條件是相當惡劣的，盡管在燃燒系統和熱通道部件的選材、加工工藝、涂層及冷卻等等諸多方面采取了很多抗高溫的措施，但在燃氣輪機的運行中仍不時發生因高溫而引發的各種事故，所以對燃氣輪機的定期檢修規定了明確且嚴格的時間周期和具體的檢修內容，要嚴格按照燃氣輪機制造廠商提供的技術文件和有關的規范要求進行施工，以期通過檢修解決機組運行中發現的問題和雖沒有發現但已存在的威脅機組安全運行的隱患，確保機組的安全運行。同時，合理而科學的檢修還可以延長燃氣輪機各零部件的使用壽命，提高燃機運行的經濟性。第3節 大型

34、燃氣輪機檢修的特點燃氣輪機是以連續流動的高溫氣體作為工質，把熱能轉換為機械能，再通過發電機轉換為電能的動力機械，主要包括壓氣機、工質加熱設備(如燃燒室)、燃機透平、控制系統和輔助設備等。現代大型發電用燃氣輪機為輕重結合型結構，設計壽命與理論大修周期都較長。燃氣輪機區別于常規汽輪機的一個重要特征就是高溫加熱、高溫放熱，現代燃氣輪機透平初溫不斷提高，當前E級為11001200，F級在1300左右，G級達1500左右，并且在開發設計上，已向16001800發展。高溫部件的制造需鎳、鉻、鈷等高級合金材料，并采用超級合金單晶與定向凝固鑄造等先進工藝、特殊的陶瓷涂層及有效的冷卻方式等。因此，燃氣輪機高溫熱

35、部件維修成為制訂燃機檢修維護策略的關鍵考慮因素。也因為這個原因，燃氣輪機檢修策略的制定不應等同于往常的計劃檢修，也應有別于常規汽輪機的A、B、C、D級滾動檢修，而應該突出基于高溫受熱部件的實際情況，根據檢查、監測、診斷和評估的結果，決定檢修的等級和時間間隔。通常熱端部件價格昂貴，能否通過有效的檢修周期控制來延長使用壽命，直接影響到燃氣輪機電廠的成本和市場競爭力。特別是隨著燃氣輪機在電網調峰中啟停次數的增加，高溫部件占維修費用的百分比將大大提高，甚至達70%以上。當前，備件的國產化剛起步，而向原廠家購買備品，價格又太高。據統計，當前國內一套9E燃機的熱端部件備品要占整套機組價格的40%以上，僅一

36、級噴嘴就要上百萬美元。有研究表明，如果運行方式由周啟停變成二班制運行，則其熱端部件維護費用將增加1倍，這是因為諸如基體材料老化裂紋的擴張速度基本與運行小時數和啟動次數成正比。涂層維修現在主要還是依靠制造廠在國外的定點修理廠完成，因此費用也特別高。綜上所述，燃氣輪機的可靠性不僅同燃料、本身材質性能和日常維護有關，還與其在電網的功能定位和運行方式密切相關。因此，燃氣輪機的檢修策略制定宜以制造廠提供的檢修周期為參考，根據機組的運行和檢查情況，采取以狀態檢查和診斷為基礎、以可靠性管理為核心的優化檢修策略。通常，維護以檢查為基礎，檢修以維護為基礎。按檢修范圍從局部到整體的排序，通常分為：燃燒部件檢查、熱

37、通道部件檢查和整機檢查大修。檢查通常采用工業內窺辦法進行，現代燃機在設計時都已考慮具有盡可能高的可檢查性。如有的機組，甚至可以讓檢修人員進入到燃燒室內部對燃燒部件和第一級噴嘴進行檢查。當然，日常的維護還包括主要根據功率下降情況來判斷的在線或離線的水洗等工作。第2章 燃氣輪機檢修周期與策略第1節 檢修計劃的制定及檢修周期的確定首先要說明的是，因為本電廠所使用的燃氣輪機是GE系列的產品，所以此處是以GE的產品為主。由于燃氣輪機所使用燃料的多樣性和運行方式的多樣化，會對燃氣輪機檢修計劃的制定產生很大的影響。影響燃氣輪機檢修計劃的主要原因如圖2-1所示，而燃氣輪機的運行方式又將決定每一個因素的輕重。圖

38、2-1 影響檢修計劃的主要因素燃氣輪機中特別需要關注的是那些與燃燒過程有聯系的及暴露在從燃燒系統中排出的高溫煙氣中的部件，即火焰筒、聯焰管和過渡段等燃燒系統部件及透平噴嘴、透平護環和透平動葉等熱通道部件。由于它們在腐蝕性的高溫環境里工作，所以發生故障的幾率也就比較高，檢修中應予以充分的關注。由于材料、加工工藝及涂層等原因，這些高溫部件價格很昂貴，是檢修的備品備件費用中的主要部分，所以燃氣輪機的用戶們應對機組的運行予以應有的注意，盡可能地避免超溫運行，避免尖峰負荷運行，每次開機盡可能地多運行一些時間，盡量減少超溫和頻繁的交變熱應力對這些高溫部件所造成的損害，以延長這些高溫部件的使用壽命，提高電廠

39、的經濟效益。GE重型燃氣輪機的基本設計和檢修的建議是為了達到以下目標：l 檢修和大修之間的最長運行周期；l 現成在位檢查和維修；l 使用當地的技術力量進行拆卸、檢查和復裝。燃氣輪機檢修計劃的制定和檢修周期的確定就是根據圖2-1所示的影響檢修計劃的主要因素和機組的運行方式來決定的。在圖2-1所示的影響檢修計劃的主要因素中，起主導作用的，也就是影響檢修和設備壽命的因素是機組的運行方式、燃燒溫度、燃料和注水/蒸汽。對連續負荷運行的機組，影響機組壽命的主要因素是氧化腐蝕和蠕變，而影響周期負荷運行(調峰)機組壽命的主要是熱力機械疲勞；燃料對機組檢修周期的影響是顯而易見的，因為燃料不同，燃料中對金屬材料有

40、害的雜質的含量就不同，所以對機組的燃燒系統部件、熱通道部件及透平排氣部件所造成的損害也就不同，在圖2-2中列出了各有關因素的熱通道(噴嘴和動葉片)檢修系數。圖2-2 熱通道(噴嘴和動葉片)檢修系數圖2-3 燃料類型對檢修的影響圖2-3上所示曲線為燃料對檢修系數影響的曲線，由于燃料類型不同，燃料中所含氫的重量百分比也不同，對檢修的影響自然也就不同。由圖中曲線可以看出，燃料中所含氫的重量百分比越小，檢修的周期就越短，反之檢修周期就越長。GE所推薦的表2-1中的檢修周期是以燒天然氣、基本負荷運行且沒有注水或注蒸汽作為基本條件的，當機組的實際運行情況與上述基本條件不同時，機組的真實的檢修周期應由推薦的

41、檢修周期除以一個大于1的檢修系數，而檢修系數的大小由燃料類型、尖峰負荷運行時間、注水/蒸汽的情況、正常負荷起動停機的循環次數、部分負荷起動停機的次數、緊急起動的次數、跳閘次數等因素確定。圖2-4是以運行時數為基準的熱通道檢修周期，圖2-5是以起動次數為基準的熱通道檢修周期，這兩種熱通道的檢修周期無論哪一種先達到，均應進行熱通道的檢修。圖2-6是以運行時數為基準的轉子檢修周期，圖2-7是以起動次數為基準的轉子檢修周期，跟熱通道檢修一樣，無論哪一種周期先達到，均應進行轉子的檢修。表2-1 推薦的檢修周期檢測形式(運行時間/h)/起動次數MS6BMS7E/EAMS9EMS6F/7F/9F燃燒系統12

42、000/12008000/8008000/8008000/400熱通道24000/120024000/120024000/90024000/900整機48000/240048000/240048000/240048000/2400轉子-144000/5000轉子檢修周期不適用于MS6F機組。圖2-4 以運行時數為基準的熱通道檢修周期圖2-5 以起動次數為基準的熱通道檢修周圖2-6 以運行時數為基準的轉子檢修周期圖2-7 以起動次數為基準的轉子檢修周期圖2-8 甩負荷跳閘的檢修系數根據圖2-4圖2-8就可以確定熱通道和整機(即大修)的檢修周期，但燃燒系統的檢修周期沒有給出這樣的形式，對于燃燒系統

43、設備的時間、燃料、稀釋劑種類和排放水平都分別給出了建議，對于特定應用方式的機組的燃燒系統檢修周期可由燃氣輪機制造廠商的現場服務代表給予推薦，或參照MS7001EA燃燒系統檢修周期的例子(由表2-2)來確定。制定檢修計劃和確定檢修周期時除了根據燃氣輪機制造廠商提供的技術文件和推薦的檢修周期之外，還應在機組停機時利用孔探儀對機組的實際運行狀況進行檢查，綜合考慮孔探儀檢查的情況和機組在實際運行的過程中發現的問題來確定具體的檢修日期和檢修范圍，以確保機組運行的安全可靠和降低檢修的費用。表2-2 推薦的MS7001EA燃燒系統檢修周期燃燒室設計NOx排放(×10-6)稀釋劑燃料天然氣輕油(運行

44、時數/h)/起動次數標準燃燒室65干8000/8008000/800蒸汽-8000/400水-6500/30042蒸汽8000/4003000/150水6500/3001500/100多噴嘴燃燒室42蒸汽-6000/300水-6500/30025蒸汽8000/400-水8000/400-干低NOx25干8000/400-注：Extendor燃燒系統耐磨件使燃燒檢修延至24000h。第2節 影響維修周期的主要運行因素這里僅對下列因素作一些簡要的討論。2.1 燃料燃氣輪機的燃料范圍可以從潔凈的天然氣至渣油，各種燃料對維修周期的影響，以天然氣最小。若天然氣的加權系數為1，則輕油為1.5，原油為23，

45、渣油為34。這是因為重質燃料會產生更多的輻射熱，降低燃燒部件壽命。而且重質燃料或多或少會含有鈉、鉀、釩、鉛等腐蝕元素，會加速透平噴嘴和動葉的腐蝕。此外，這些元素可能直接或間接(和防腐抑制劑形成的化合物)沉積在葉片上，這不僅影響機組的性能，而且也導致更頻繁的維修。輕油作為一種精煉油，一般不會含有高水平的腐蝕元素，但是由于從油源地至現場的運輸可能會產生二次污染，因此，根據GE公司的經驗，輕油對熱通道檢修周期的影響，其維修加權系數的變化范圍，可以從低至1而高至3。另外，還必須注意液體燃料中污染物對燃油系統部件如油泵、流量分配器的壽命的影響。2.2 透平進口溫度透平進口溫度是影響高溫部件壽命的一個關鍵

46、因素，因此，提高透平進口溫度運行(即尖峰負荷運行)始終會存在風險。尖峰負荷運行時，透平進口溫度一般比基本負荷運行時的高100(56)。那么，從透平動葉的壽命看，尖峰負荷運行1h，相當于基本負荷運行6h，即尖峰負荷運行小時的加權系數為6。而且，這種影響并不是線性的。設100(56)的溫差為t0，實際溫差為t，a=t/t0。則加權系數6a，即t=200，加權系數為62=36。降低透平進口溫度運行會增加熱通道部件壽命，補償超負荷運行的影響。但是，應當注意這種補償不是一對一的線性關系，六小時的-100(-56)的部分負荷運行，才能補償一小時的+100(+112)的尖峰負荷運行。而且部分負荷運行不一定意

47、味著透平進口溫度降低，除非進口可轉導葉保持在最大開度(簡單循環)或關閉到某一開度后保持不變(聯合循環)。因此，在聯合循環運行時，燃氣輪機負荷降至80%以下，才會取得降溫運行的效果。2.3 蒸汽或水噴注為了控制NOx的排放或增大功率而進行蒸汽或水的噴注會影響零部件的壽命和降低維修周期。由于蒸汽或水的噴入，會增加工質(燃氣)的導熱率和比熱，從而增加了其傳熱系數，因而增加了對透平噴嘴和動葉等高溫部件的熱傳輸，導致了更高的金屬溫度。以MS7001E為例，在恒定的透平初溫下，噴注3%的蒸汽(NOx控制為25ppm)，燃氣的傳熱系數將增加4%，葉片金屬溫度會提高15(8)，壽命下降33%。第3節 檢修的分

48、類維修檢查大致可分為停機備用檢查，運行檢查和分解檢查。分解檢查要求局部或全部打開機組以檢查內部的零部件，這類檢查包括燃燒檢查，熱通道檢查和整機檢查(大修)。3.1 停機備用檢查所有停機備用的機組都需要定期進行檢查，尤其是以起動可靠性作為主要要求的調峰機組或間斷運行的機組。這種檢查包括機組各系統日常維護和清潔，更換過濾器、檢查水位和油位，檢查和標定各類測量元件和儀表等等。而定期起動機組運行則是這種檢查的關鍵部分。表2-3運行檢查主要數據3.2 運行檢查運行檢查的主要內容是全面地連續地觀察機組的運行數據。這種檢查以記錄新機或大修后的機組首次運行的數據，并以這些數據為參考基準開始，此后通過對運行數據

49、的分析比較，可以發現機組是否惡化的各種跡象?；鶞蕯祿C組正常起動參數及穩態運行參數。所謂穩態運行，是指在15min內，機組輪間溫度的變化不超過5(3)。此后，應定期觀察和記錄機組的這些數據，以便評估機組的性能和所需的維修程度隨時間的變化。運行檢查記錄的主要數據列于表2-3。其中一些數據最好能繪制成曲線，如起動參數(轉速、排氣溫度、振動)隨時間的變化曲線，負荷隨排氣溫度的變化曲線，振動隨負荷的變化曲線等等。參數異常必然和機組的內部零部損壞或系統故障相聯系，因此運行檢查是判斷機組性能和狀態的最有力措施，也是判斷機組能否按預定的周期作分解檢查的關鍵。3.3 燃燒系統檢查(亦稱小修)由于燃燒系統

50、是燃氣輪機中工作溫度最高的，所以燃燒系統的部件出故障的幾率也就多些，燃燒系統的檢查，即小修的周期也就最短。燃燒系統檢查的目的是消除燃燒系統中影響機組安全運行的因素。根據機組型號的不同，按以燒天然氣、基本負荷運行且沒有注水或注蒸汽作為基本條件所推薦的檢修周期也不同，詳見表2-1。燃燒系統檢修的范圍包括從燃料噴嘴開始到過渡段為止的整個燃燒系統的所有部件，詳見圖2-9。圖2-9 各種檢修的工作范圍燃燒系統是燃氣輪機各組成部分中變化最大、型式最多的一個組成部分，所以其檢修的方式方法和技術要求的變化也最多。如GE系統的燃氣輪機基本都是采用逆流分管式燃燒系統，如圖2-10圖2-12所示，只是由于機組容量的

51、不同，分管式燃燒室的數量有所不同而已，如MS6001B型燃氣輪機有10個分管式燃燒室，而MS9001E型燃氣輪機有14個分管式燃燒室。1-燃料噴嘴；2-蓋板；3-外殼；4-點火器；5-導流襯套；6-火焰筒；7-環腔；8-過渡段；9-混合區；10-混合射流孔；11-一次射流孔；12-燃燒區；13-過渡錐頂；14-配氣蓋板；15-旋流器圖2-10 MS6001系列燃氣輪機上采用的分管型燃燒室的總成圖圖2-11 6FA燃氣輪機的示意圖1-輔機底盤；2-起動電動機；3-液力變扭器；4-輔助齒輪箱；5-輔助聯軸器；6-輔助聯軸器罩殼；7-進氣室；8-壓氣機進氣缸；9-壓氣機前缸；10一壓氣機后缸；11-

52、壓氣機排氣缸；12-進口可轉導葉；13-壓氣機靜葉片；14-壓氣機轉子；15-1#軸承；16-高壓磁性傳感器；17-燃燒室外缸；18-火焰筒；19-過渡段；20-燃料噴咀；21-進口圓錐；22-透平氣缸；23-支承環；24-透平一級噴咀；25-透平二級噴咀；26-透平三級噴咀；27-透平噴咀；28-2#軸承；29-3#軸承；30-排氣框架；31-排氣室；32-負荷聯軸器；33-排氣室底盤；34-透平底盤；35-霧化空氣預冷器；36-燃料噴咀清吹控制閥；37-排氣擴壓器；38-滑油冷卻器；39-滑油過濾器；40-燃油過濾器；41-燃油截止閥；42-輔助液壓閥；43-主液壓泵；44-輔助滑油泵；4

53、5-事故(應急)滑油泵；46-負荷驅動間；47-液壓模件；48-起動裝置座；49-儀表盤；50-2#軸承排汽管；51-密封油泵圖2-12 9E型燃氣輪機的結構圖德國Siemens公司生產的燃氣輪機多采用圓筒式燃燒室和環形燃燒室，如圖2-13是雙立式的圓筒形燃燒室，圖2-14是雙臥式的圓筒形燃燒室，圖2-15則是環形燃燒室；ABB公司生產的燃氣輪機采用圓筒形燃燒室和二次燃燒的環形燃燒室，如圖2-16是立式的單圓筒形燃燒室。 (a) (b)圖2-13 雙立式圓筒形燃燒室的結構 圖2-14雙臥式圓筒形燃燒室的結構 圖2-15環形燃燒室的結構圖2-17是二次燃燒的環形燃燒室，這種結構形式雖增加了轉子的

54、軸向長度，但可以降低燃氣輪機的初溫，也就是降低燃燒溫度，從而達到降低NO、排放造成的污染且保持較高的機組熱效率。由此可見，燃氣輪機燃燒系統的變化還是很大的，因此燃燒系統檢修的方式方法也應有很大的差異。目前，我國各燃機電廠使用的燃氣輪發電機組，無論是引進機組還是國產機組，主要是以GE系列的燃氣輪機為主。根據GE系列燃氣輪機的分管式燃燒系統，其檢修的主要工作是拆下燃料噴嘴，打開燃燒室端蓋，拆出聯焰管、火焰筒、過渡段和導流襯套，重點檢查燃料噴嘴、火焰筒、過渡段、聯焰管、導流襯套、單向閥、火花塞和火焰探測器等零部件，檢查其積碳、結垢、燒蝕、燒融、燒穿、裂紋、腐蝕、涂層剝落等情況，并檢查單向閥的密封性和開啟壓力、火花塞和火焰探測器的性能等等。對某些可以現場修復的零部件現場修復后回用；對某些現場不能修復的更換新件，換下的舊件送制造廠或專門的修理廠修復后作為下次檢修時的備件，以降低檢修中備品備件的費用。圖2-16 單立式圓形燃燒室的結構 圖2-17 二次燃燒的環形燃燒室的結構一般地說，這些零部件在維修中往往需要首先更換或修理，保持這些零部件的良好狀態，是對下游零部件如透平噴嘴和動葉的壽命的保障。具體檢查內容如下：l 檢查每一個聯焰管、持環和火焰筒l 檢查燃燒室內部是否有碎金屬片或外物l 檢查