整体煤气化联合循环(IGCC)是洁净煤发电技术的重要发展方向。燃气轮机是IGCC的核心部件之一,其设计燃料一般为天然气和轻柴油,在改烧热值较低的煤制燃料气时,面临着性能预测、通流匹配、及其高温部件寿命降低等问题。本文建立了压气机特性曲线信息推测和透平冷却信息推测方法,发展了煤制燃料气燃气轮机性能模型,对比研究了多种通流调整方式对燃气轮机性能、通流能力、高温叶片寿命和IGCC整体性能的影响。论文的主要内容为：1.压气机特性曲线推测方法建立了三种基于不同的已知信息反推压气机特性曲线的方法,分别是：基于参数估计的多项式拟合法；基于参数估计的模化方法；基于燃气轮机整机运行数据的当量反推法。结果表明：基于参数估计的多项式拟合法适用于已知每条转速下8组实验数据,且原始数据分布能反映整条特性线的形状走向的情景；模化方法以设计工况点为中心,引入了线性的模化方法,在设计工况附近的推测精度很高,随着远离设计点,误差会有所增大。适用于燃机运行工况点范围一直在设计转速附近时的情景；基于燃气轮机整体运行数据的当量反推法,结合合理假设可用于估算燃气轮机整机性能。2.透平冷却信息推测方法分析了三种不同简化程度的估算透平冷却空气量的方法,分别是：结合燃气轮机整机效率、燃烧室出口温度、排气温度等热力参数,对冷却空气信息进行反推的简单热力学推测方法；考虑了冷却叶片金属温度、热容比等参数,采用经验公式对冷却空气量进行估算的模型；考虑了换热系数、换热面积、比热等换热过程参数以及冷却效率、有效冷却系数等表征冷却效果的参数,采用半经验公式对冷却空气量进行估算的模型。分析了各模型参数的选取原则以及适用场合。采用文献的结果验证了模型计算的准确性,并对GE PG9351FA燃气轮机的冷却空气量进行了估算。3.燃气轮机整机热力性能模型比较对PG9351FA燃气轮机建立了模拟其整机热力性能的当量透平前温模型、透平不分级模型以及考虑透平冷却的分级模型。采用三种模型对其设计工况和变工况性能进行了模拟。结果表明,虽然三种模型对透平膨胀过程考虑的详细程度差别较大,且得到的透平效率也不一样,但由于某种当量性,各模型计算得到的燃机变工况下的功率、热耗率、排气流量等结果基本一致,且与文献结果相比,最大误差均不超过3%。4.煤制燃料气燃气轮机模拟及其通流调整方式分析计算了GE PG9351FA燃气轮机改烧中低热值煤制燃料气后的性能。分析了改烧中低热值煤制燃料气,对燃气轮机通流匹配、一级静叶金属温度以及高温叶片平均寿命的影响。探讨了调整压气机进口导叶安装角(Inlet Guide Vane, IGV)、增大透平通流面积、以及降低T3温度等几种通流调整方式对煤制燃料气燃气轮机性能的影响。分析了不同热值和成分的煤制燃料气为燃料时GE 9FA燃气轮机性能,并提出了相应的燃气轮机通流调整方案。计算结果表明,燃机改烧中低热值燃料气后,功率增加、喘振裕度下降、高温部件寿命缩短,需要进行通流调整。不同的通流调整方式在限制燃机最大功率、增加喘振裕度、提高平均寿命方面各有利弊。5.燃气轮机通流调整对IGCC系统性能的影响以基于空气气化的输运床IGCC系统为研究对象,从IGCC整体热力性能的角度出发,评价了燃机各种通流调整方案。考察了燃气轮机与气化炉的集成对缓解燃气轮机通流的作用。结果表明,当不对燃机做其他调整时,为了满足燃气轮机通流,要求燃机与气化炉的集成化率达到70%。从IGCC整体性能的角度看,采用整体化时系统的供电功率和效率均最高,70%集成时,IGCC供电功率比燃机进行通流调整时高50-160MW左右,供电效率高0.7-3.6个百分点左右。