随着在船舶动力、管道运送、发电等方面对燃气轮机的需求日益增加,燃气轮机的应用越来越广泛,同时,工业生产对燃气轮机的要求也越来越多样化。面对多样化的工业需求与工作环境,如何实现燃气轮机总体性能优化设计并提高优化设计过程的灵活性成为了意义重大并具有经济价值的问题。更具体地,在实际工业生产中,为了降低成本,需要根据燃气轮机的工作地点选取不同的燃料。当供给的燃料发生了变化,无论是部件层面的压气机、燃烧室、燃气涡轮的各项性能参数,还是总体层面的各项性能参数,都会发生显著地变化,这对燃气轮机总体性能的优化设计而言是一个重大挑战。优化设计的第一步就是对燃气轮机的总体性能进行评价,评价方式应当能明确燃气轮机总体性能的具体不足之处,进一步给出优化的方向。鉴于此,本文采用（火用）分析的评价方式,可以明确燃气轮机整个系统的可用能损失情况。但是,目前国内外针对不同燃料类型下的燃气轮机总体优化设计的研究较少,基于（火用）分析对燃气轮机进行优化设计的研究也所见不多。为了能够实现燃气轮机总体性能优化设计并提高优化设计过程的灵活性,本文以双轴燃气轮机为研究对象,以工业需求30MW为最低需求目标,分别针对天然气与焦炉煤气两种燃料对双轴燃气轮机进行优化设计,并对各个部件和燃气轮机总体进行（火用）分析以确定整个燃气轮机系统的可用能损失情况和进一步优化的方向。主要研究内容如下:（1）为了准确地计算燃气轮机的总体性能参数,考虑工质组分的变化,提出了一种新的工质模型,该模型不仅可以给出选取经验热物性计算公式的温度适用范围,还可以适应环境或者燃料的变化。（2）基于上述的工质热物性计算模型,本文搭建了包括进气道、压气机、燃烧室、燃气涡轮与动力涡轮在内的各个部件的模型,基于部件模型,搭建了双轴燃气轮机模型,模型包括进气道、压气机、燃烧室、燃气涡轮与动力涡轮以及压气机中间级和末级抽气的二次空气系统。（3）本文探索并确定了一套适用于双轴燃气轮机模型的自适应遗传优化算法。基于该优化算法,以工业需求输出功率30MW为需求目标,以高热效率为优化目标,分别以天然气与焦炉煤气为燃料,以进口质量流量、压气机中间级抽气压比、压气机总压比、燃料质量流量,压气机中间级抽气流量、压气机末级抽气流量六个变量为待优化变量,通过自主编写的自适应遗传算法,各给出了3套优化设计方案。基于（火用）分析,对每一套优化设计方案进行了燃气轮机总体的（火用）分析以及各个部件的（火用）分析。结果表明,在相同压气机设计压比的条件下,以焦炉煤气为燃料的燃气轮机设计方案均优于以天然气为燃料的燃气轮机设计方案。此外,（火用）损最大处为出口工质近乎与输出功率相当,因此十分有必要进行余热回收。（4）基于得出的6套优化方案,本文通过依次改变压气机等熵效率、燃料的质量流量、燃气涡轮等熵效率和动力涡轮等熵效率,分别针对以天然气为燃料和以焦炉煤气为燃料的双轴燃气轮机,分析了部件性能优化（部件效率提高）或部件性能衰退（部件效率下降）对燃气轮机总体性能与关键参数以及优化设计的影响规律。结果表明:对于6个设计方案,优化设计的优先级从高到低依次应为:压气机,燃气涡轮,增加燃料供应,动力涡轮,减少空气供应。