GE LM2500+G4航改燃气轮机在舰船和工业上的应用Word文档格式.docx
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本文对GE公司最新的LM2500系列航改式燃气轮机（ISO轴端输出功率34.3MW，效率41.3%）进行全面描述。
从本文可以看出，由于其继承了LM2500系列燃气轮机的高可靠性和可用性，使用该型燃气轮机的用户可以获得更大的经济效益。
LM2500+G4的研究资金来源于航空发动机研发基金，在过去十年里每年使用资金超过10亿美元。
今天，GE能源的整个燃气轮机产品生产线仍然受益于该稳定的研发基金。
不断引入的先进技术使GE燃气轮机用户获得的利益持续提高。
引言
GE公司的工业用航改式燃气轮机事业部总部设在俄亥俄州的辛辛那提市，生产制造工业和舰船用航改式燃气轮机。
GE能源和油气事业部负责LMTM燃气轮机系列产品（包括LM1600、LM2000、LM2500、LM2500+、LM6000TM和LMS100
）
这些燃气轮机的使用方式有单循环、热电联供、联合循环或机械驱动方式，如图1所示。
图1工业用航改式燃气轮机的应用方式
类型
GE公司航改式LM2500工业有两种类型，如下：
●燃气轮机，包括燃气发生器和动力涡轮，如图2所示
●燃气发生器，可以与OEM-supplied动力涡轮配套
图2LM2500+DLE燃气轮机w/6级动力涡轮
GE的LM2500+G4型燃气轮机有两种动力涡轮：
六级低速型，名义转速3600rpm；
二级高速动力涡轮（HSPT）。
高速动力涡轮的设计转速为6100rpm，运行转速3050~6400rpm。
其用于机械驱动和其他要求连续轴端输入转速为6400rpm的用途。
对于机械驱动用途来说，六级和二级动力涡轮均产生立方载荷曲线（overacubicloadcurve）。
GE还具有各种on-engine排放控制技术：
●简单环形燃烧室（SAC）w/水喷射
●SACw/蒸汽喷射
●干燥低排放（DLE）燃烧室
LM2500+G4型燃气轮机的历史沿革
LM2500/+燃气轮机35年的发展史和现在LM2500+G4型燃气轮机如图3所示。
功率在20~35MW的航改式燃气轮机中没有一种具有LM2500型燃气轮机总计3.29亿小时的运行经验，且其在工业上仍在广泛应用。
LM2500型燃气轮机是航改式燃气轮机中无可争辩的领导者。
图3LM2500+G4型燃气轮机的历史沿革
母型航空发动机及其工业和舰船用航改式燃气轮机的累积运行经验如图4所示。
图4截止2005年2月的运行经验
燃气轮机设计的改进
LM2500+G4型燃气轮机是LM2500+的改进型，其增加高压压气机、高压涡轮和低压涡轮的流速。
压比从LM2500+的23.6提高到LM2500+G4的24.2。
对较小叶片和静叶的型线设计进行了调整，使其能够满足气流增加的要求。
HPT调整包括较小叶片冷却系统的改进和经过最近航空技术验证的材料的升级，从而提高了机组的进气温度，也就降低了用户的成本。
为了维持转子推力平衡，调整了压气机排压气封的有效面积。
在结构上，所有的框架（比如前端、压气机后端、涡轮中部和涡轮后部框架）都为改变。
同样，高压压气机前后气缸也没有变化。
油箱硬件和主轴轴承数量也没变。
这些都是借鉴了LM2500+的成功经验。
对于用作DLE的燃气轮机，对燃烧室进行了升级，即采用无翼B环隔热罩，去除后A和C环隔热罩，并采用螺栓固定隔热罩，方便更换，因此，减少了燃烧室的总维修时间。
由于变化有限，LM2500+系列燃气轮机成功的运行经验将证实LM2500+G4将具有同样的效率、可靠性、可利用性、排放和检修间隔。
可靠性、可利用性和可维修性的趋势分析
LM2500+G4型燃气轮机是在LM2500/+的基础上发展起来的，具有很好的可靠性。
LM2500+G4采用了先用了很多经过验证的先进技术，并且其大部分零件与LM2500/+具有通用性，因此其具有与LM2500/+同样的优异可靠性。
LM2500/+系列燃气轮机的可靠性、可利用性和可维修性（RAM）持续改进。
从表5可以看出，LM2500/+系列燃气轮机的RAM由于其他公司生产的航改式燃气轮机（20~40MW）。
GE公司不断对其产品进行改进，采取各种措施减少不必要的错误。
基本载荷/连续载荷下简单燃气轮机的可靠性和可利用性*
平均可靠性，%
平均可利用性，%
发动机报告数量
LM2500/+系列燃气轮机
98.62
95.84
69
其他公司的工业燃气轮机（20~40MW）
95.13
92.44
33
图5简单循环燃气轮机的可靠性和可利用性
*来源：
ORAP
；
所有版权归GE改进SPS
基础数据所有。
数据收集时间截止2005年3月。
排放技术
LM2500+G4将会具有与目前LM2500/+产品一样的排放能力，包括：
●SAC干天然气或液体w/无NOx消除
●SAC天然气w/水或蒸汽下降至25ppmvNOx（15%O2条件下）
●SAC天然气w/水或蒸汽下降至42ppmvNOx（15%O2条件下）
●仅DLE天然气下降至25ppmvNOx（15%O2条件下）
●双重燃料（DF），DLE液体和气体分别下降至100ppmvNOx和25ppmvNOx（15%O2条件下）
●经验证的极热和冷条件下的DLE能力（运行数据为-45.6℃，起始数据为-40℃）
●全负荷下降/接受能力（SAC和DLE）
●SAC和DLE燃料性能变化灵活
●对于从起始到最大功率的全功率范围，通过倾斜的、预先混合的、分段的燃烧室进行干的低排放
注意：
LM2500DFDLE技术已经发放给客户，计划2006年中期投产2台。
首台刚刚完成产品试验，证实功率、热耗率、排放和燃料转换运行非常成功。
燃料和燃烧室灵活性
LM2500+G4基于LM6000航空发动机15ppmvNOx）和LM2500/+技术。
LM2500+G4采用单个简单环形燃烧筒，燃料灵活性同LM2500/+，能够采用多种燃料，比如：
●天然气
●合成气和中间BTU气（mediumBTUgas）
●液态燃料
●双重燃料（天然气或液体燃料）
●两种燃料（天然气和液体燃料）
●水或蒸汽喷射，消除NOx
DLE用途的燃料包括：
●仅天然气DLE
●双重燃料DLE
性能
与LM2500/+相比，基本载荷功率的改进是LM2500+G4可以在很宽的环境条件范围内运行。
尤其是在非ISO条件下，比如冷天和热天，LM2500+G4的功率可以分别提高11和12%，如图6所示。
同样，在联合循环机组中，期望LM2500+G4的功率提高8.5%，热耗率提高0.75%。
图6LM2500+和LM2500+G4基本载荷功率比较
LM2500+G4（六级动力涡轮或二级动力涡轮）的功率和热耗率分别如图7和图8所示，排气流量和排气温度分别如图9和图10所示。
图7LM2500+G4SAC干功率与进气温度的关系
图8LM2500+G4SAC干热耗率与进气温度的关系
图9LM2500+G4基本载荷下的排气流量
图10LM2500+G4基本载荷下的排气温度
LM2500+G4的未加热恢复蒸汽发生器的锅炉蒸汽产量如图11所示。
蒸汽流量条件为SA/水基本载荷输出（25ppmNOx条件下），4-和10-in天然气燃料损失。
图11未加热恢复蒸汽产量
二级动力涡轮的机械驱动部分功率如图12所示。
图12LM2500+G4SACHSPT部分载荷功率
工厂验证试验
计划2005年3Q在俄亥俄州辛辛那提市装配首台机组，在2006年1Q完成验证试验。
试验范围包括燃气发生器和带六级动力涡轮的燃气轮机。
二级高速动力涡轮将于2006年4Q在公司的油和气工厂（位于意大利的马萨）进行试验。
试验将验证机组满足所有设计要求。
用户利益
LM2500+G4保持了LM2500/+系列产品的所有优势，并且具有更高的输出功率、可靠性和更低的安装成本。
用作DLE的LM2500+G4虽然提高的输出功率但其排放水平仍维持在25ppm。
在20~40MW功率范围内，LM2500系列产品的可靠性和可利用性高出其他工业航改式燃气轮机3%（如图5所示）。
可利用性的提高可以为用户带来更多的蒸汽。
10%功率的提高在维持现有LM2500+燃气轮机优势的同时，还具有以下优势：
●在石油和天然气开采行业，通常产油量与机组功率正比。
比如，一个安装42000SHP燃气轮机的油田每天产80000桶原油，效率提高10%就意味着每天增加4万美元销售收入（假设每桶原油50美元）。
●在发电行业，功率提高3MW意味着每年增加14.4万美元的收入（假设每小时每MW收入6美元，一年工作8000小时）。
●在热电联供机组中，蒸汽（600psig，750°
F）产量为46t/h，比LM2500+增加17%。
总结
GE公司在技术研发方面的持续投资使其LM2500系列燃气轮机在技术、性能、运行灵活性和用户增值等方面保持领先地位。
LM2500+G4继承了LM2500系列产品的成功经验，能够使用各种燃料，并采用排放控制技术，应用范围更广泛，累积运行经验超过5100万小时。
为我们的客户提供了一款技术和商业风险非常低的产品。
带六级动力涡轮的LM2500+G4产品将于2006年早期投放市场，带二级动力涡轮的LM2500+G4产品将于2007年投放市场。
LM2500/+系列产品有着非常广泛的应用，包括发电、机械驱动、油气开采/生产/运输、陆上和海上钻井平台、FPSO以及军用和民用舰船动力装置。
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