燃气轮机及其联合循环课后题答案(姚秀平主编版)上海电力学院.doc

第一章3和4、从热力学角度看，汽轮机循环利用了蒸汽可在常温下凝结的特性，达到了较低的工质平均放热温度，但工质平均吸热温度不高。燃气轮机循环的工质平均吸热温度高，但工质平均吸热温度不低。汽轮机发展方向：开发新材料以便把主蒸汽参数从亚临界水平逐步提高到超超临界水平；采用两次再热等手段改进热力系统及设备的设计。其中，主要方向为提高工质平均吸热温度。燃气轮机发展方向：提高燃气平均吸热温度。5、 燃气轮机是工作于高温区的一种热机，易于利用高品位的热量；汽轮机是工作于低温区的一种热机，易于利用低品位的热量；而联合循环按照热量梯级利用的原则将燃气轮机和汽轮机结合起来，可以将高品位和低品位的热量同时利用起来。由于联合循环同时利用了燃气轮机循环平均吸热温度高和汽轮机循环平均放热温度低的优点，又同时克服了两者的缺点，所以可以达到较高的循环效率。6、 ISO基本功率是指在国际标准化委员会所规定的ISO环境条件下燃汽轮机连续运行所能达到的功率。ISO环境条件：温度15，压力0.01013MPa，相对湿度60%。7、 燃气轮机与汽轮机同轴，共同驱动一台发电机的联合循环机组称为单轴机组；燃气轮机与汽轮机不同轴，各驱动一台发电机的联合循环机组成为多轴机组。8、 前置循环是工作于高温区，输入大部分热量的循环，它会产生大量的余热；后置循环是工作于低温区以前置循环的余热为主要热源的循环。两者通常用换热设备耦合在一起，最广泛的应用是燃气蒸汽联合循环。9、 最基本的三种联合循环形式：余热锅炉型、补燃余热锅炉型和增压锅炉型。10、 余热型：优点是技术成熟。系统简单、造价低、启停速度快。缺点是余热锅炉效率低、汽轮机的功率和效率也低，所以不仅机组功率不大，而且效率也不高。补燃型：优点是在燃气轮机排气温度较低的情况下，可使蒸汽参数及流量大幅度提高，从而使机组的容量增大、效率提高；同时机组的变工况性能也可得到改善。缺点是它并不是纯粹能量梯级利用意义上的联合循环，其中或多或少有一部分热量参与了汽轮机循环。所以，他只是在因蒸汽参数受限而无法采用高参数大功率汽轮机的条件下才可能优越于纯粹能量梯级利用意义上的余热锅炉型联合循环。增压型：优点是在燃气轮机排气温度较低的情况下，可使蒸汽参数及流量不受限制，从而可达到较大的机组容量和较高的机组效率；同时由于燃烧是在较高的压力下进行的，且烟气的质量流速较高，所以锅炉的传热效率高，所需的传热面积小，锅炉尺寸紧凑。缺点是系统复杂、制造技术要求高、燃气轮机不能单独运行，同时兼有和补燃型类似的缺点。综上可知，余热锅炉型联合循环将是今后的发展方向。11、 增压流化床联合循环PFBCC和整体煤气化联合循环IGCC是最有发展前途的两种燃煤型联合循环。12、 最基本的优点：高效率、低污染、低水耗。13、14、 配置旁通烟道的好处：A、 启停时，不必对燃气轮机、余热锅炉和汽轮机的工作状态进行严格协调；B、 增加运行调节的灵活性，并方便临时性的检修及事故处理；C、 必要时，可使燃气轮机维持单循环运行；D、 可对整个工程分段建设、分期投运，从而可合理注入资金，更快地获得回报。但配置旁通烟道需要增加投资，并且即使在正常运行的情况下，旁通挡板处也往往存在烟气泄漏损失，所以不再配置。15、 最大的差别在于：常规蒸汽循环机组中设有多级给水加热系统，该系统利用汽轮机的抽汽将给水逐级加热到比较高的温度后再送入锅炉，提高汽水工质在锅炉中的平均吸热温度从而提高循环效率；而联合循环机组一般不设给水加热系统，并且须使送入预热锅炉的给水问道尽可能的低。其原因在于：常规蒸汽锅炉都装有空气预热器，它可以进一步利用锅炉汽水受热面后的烟气余热而不至于时余热损失掉；而联合循环机组中的余热锅炉并无空气预热器，因此若给水温度太高，汽水受热面后的烟气余热只能损失掉。第二个主要的区别是常规机组设有专门除氧器，而联合循环机组往往将除氧器与余热锅炉或凝汽器合为一体，其原因也在于为了尽可能的利用烟气余热。16、 同上17、 cc=gt+（1-gt）hst；Scc=【（1-gt）h】st/gt；余热锅炉联合循环热效率cc，功比率Scc，燃气轮机效率gt，汽轮机循环的热效率st，余热锅炉效率h18、 在余热锅炉型联合循环中，燃气轮机的工作情况对联合循环的影响最大，汽轮机和余热锅炉的影响相等，但均比燃气轮机小。19、 只要gt提高1%不至于引起hst降低1.13%以上，cc就可以随gt提高而提高。20、 优点：a、 启停时间短，便于调峰运行；b、 部分负荷下的热经济性高；c、 占地面积小；d、 比投资费用低；e、 建设周期短；f、 管理费用低；g、 机组的运行性能高于或至少相当于常规燃煤机组缺点：A、 机组的出力和功率受环境条件、特别是环境温度的影响较大；B、 常规联合循环机组只能燃用石油、天然气等优质燃料，当本地区不具备这些资源时，燃料成本可能会比较高。21、 cc=gt+（1-gt）hst=0.39+（1-0.39）*0.9*0.36=；Scc=【（1-gt）h】st/gt=（1-0.39）*0.9*0.36/0.39=；Pcc=Pgt+Pst=Pgt（1+Scc）第二章1、 热力参数：压缩比=p2*/p1*，温度比=T3*/T1*; 性能指标：比功n=t-c；燃气轮机循环热效率gt=n/（f*Hu）2、 燃气轮机的比功大，说明在同样工质流量和同样的装置尺寸下，燃气轮机的功率大；在同样的功率下，工质的流量下，燃气轮机的尺寸小。3、 n=cpT1*(1-1/(-1)/)-(-1)/-1)。4、 gt=1-1/(-1)/5、 膨胀比t=p3*/p4*6、 在一定的压比下，温比越高，比功越大；在一定的温比下，存在一个特定的压比max，使比功n取得最大值；在一定的压比下，温比越高，效率越高，在一定的温比下，存在一个特定的压比max，使效率gt取得最大值。通常，maxmax。7、 联合循环中最佳压比都比简单循环要降低。简单循环燃气轮机的效率对燃气初温不很敏感，而对压比较敏感；联合循环的效率对燃气初温较敏感而对压比不很敏感。8、 略9、 略10、 采用再热循环时，燃气轮机的最佳压比都将有所提高。计算题计算方法与思路参考例题第三章1、 压气机作用是连续不断地从周围环境吸取空气并将其压缩后供给给燃气轮机的燃烧室。2、 主要有轴流式和离心式两种类型。轴流式：流量大、效率高，增压能力低；离心式：增压能力高，流量小、效率低。中小功率采用离心式，大功率采用轴流式。3、 轴流式压气机：（以转轴为主体的）转子，转子上装有（沿周向按照一定间隔排列的）动叶片；（以机壳及装在机壳上的各静止部件为主体的）静子，静子（上装有沿周向按照一定间隔排列的）静叶片。4、 相对速度圆周分量的变化u被称为扭速，大小仅表明气流在叶栅流动中的转折程度，还可以反映外界对气体做功量的大小。基元级的动叶栅加给单位质量气体的机械功成为理论功，一部分用于气流的动能升高，一部分用于气流的压力升高，还有一部分在气体流动过程中因摩擦等因素而转换成了热量。5、 略6、 压气机压比特性线的特点是：A、 每一转速下的压比均有一个最大值；B、 当转速不变，流量减小到一定值后，因压比不稳定而无法绘出，与此流量对应的工况点就是给定转速下的稳定工作边界点，成为喘振边界点。讲个转速下的传真工况点项链，所得到的曲线称为喘振边界线；C、 当转速不变，流量增大到一定值时，压比急剧下降，流量无法继续增大，这种现象称为压气机的阻塞；D、 不同转速下的压比特性线形状稍有不同，转速越高，特性线越陡峭。7、 见图3-138、 随着体积流量的增大，扭速必然减小，理论功也相应减小9、 略10、 略11、 在一定的转速下，当压气机的流量减小到一定程度时，其中某一级叶栅中叶背上的边界层就会急剧增厚，导致气流在此处分离，当分离区占据大部分流道时，就会引起流动损失急剧增大，这种现象称为失速。12、 略13、 轴流式的失速开始一般先发生在某一级叶栅的若干个局部区域，这可能是由于气流不均匀及叶片加工安装误差等引起的。14、 喘振是在压气机与其管网组成的系统中出现的一种周期性的气流振荡现象。压气机的喘振是内外因共同作用的结果，内因是压气机本身失速，外因是压气机下游一般有容积较大的管网部件。失速是喘振的必要条件，但失速是否会导致喘振则与压气机下游部件的容积有关。在高转速和高压比的压气机中，失速引起喘振是很普遍的。15、 常采用的防喘振的措施有：中间放气、旋转导叶和分轴压气机。中间放气简单易行经济性差；旋转导叶经济性好操纵机构及系统复杂，重量也增加；压气机分轴可以相对容易地达到防喘要求，但需要采用复杂的同心套轴结构。16、 燃烧室的作用是利用压气机送来的一部分高压空气使燃料燃烧，并将燃烧产物与其余的高压空气混合，形成均匀一致的高温高压燃气后送往透平。17、 燃烧室基本部件有：外壳、火焰筒、燃料喷嘴、点火器、过渡段等18、 燃烧室的基本条件：A、 各工况下稳定燃烧不熄火，无燃烧脉动B、 燃烧完全；C、 流动损失小；D、 出口气流温度场要均匀；E、 燃烧热强度高，尺寸小，重量轻；F、 具有较长的使用寿命，便用调试、检修和维护；G、 点火性能好；H、 排气中的污染物含量少19、 过量空气系数是实际空气量与理论上需要的空气量之比，一般比1略大一些。20、 略21、 燃烧室有：圆筒形、分管形、环形和环管形等四种。分管形：尺寸小、便于系列化、便于解体检修、便于做全尺寸实验、燃烧过程易组织、燃烧效率高且稳定等优点，同时也具有空间利用差、流动损失大、压损率高等缺点。圆筒形：结构简单、布置灵活，易于与压气机和透平配装，拆装方便，燃烧效率高且稳定，流动损失较小，压损率较低等优点；体积大而笨重，困难以做全尺寸实验使设计调剂困难。环形：体积小，重量轻，特别适合与轴流式压气机和透平匹配，流动损失小，压损率低；燃烧过程难组织，出口温度场受进口气流流场的影响大而不易做到均匀化，困难以做全尺寸实验使设计调剂困难，解体维修非常困难。环管形：优缺点大体上介于分管形和环形之间。火焰尺寸小，便于系列化，便于解体检修，便于做全尺寸实验，燃烧过程易组织，燃烧效率高且稳定；流动损失稍大一些。22、 火焰筒及过渡段的三种冷却方式：气膜冷却、对流冷却和冲击冷却。23、 扩散燃烧：燃料和空气分别进入燃烧区，然后逐渐混合，在过量空气系数f1的区域内燃烧。燃料和空气是相互隔开的，然后在分子扩散和湍流扩散的联合作用下，迅速相互掺混，在离开管口一定距离处形成一个燃料空气混合物薄层并在该薄层内发生燃烧。特点：火焰面处的f1，温度差不多为与f1相对应的理论燃烧温度；燃烧速度取决于分子扩散和湍流扩散的速度，而不取决于化学反应速度。优点是燃烧稳定，不易熄火，不会回火。缺点是燃烧区温度高，所以NOx的生成率高。为了降低NOx的排放浓度，常采取以下两种措施：a、向燃烧区注水或注水蒸气，以强制性的降低火焰温度；b、在下游余热锅炉中布设翠花反应器，采用向烟气中喷氨水的方法将已生成的NOx还原为N224、 预混燃烧：让燃料与空气混合成均匀的可燃气体后，再引入燃烧区的燃烧方式。f1的称为均相贫预混燃烧。优点是可通过控制掺混比使燃烧温度低于理论燃烧温度，也低于或略高于热力NOx生成的起始温度，从而可降低NOx的生成量。缺点是因可燃气体的燃料浓度低，所以燃烧温度低，低负荷时很容易熄火，另外，还可能造成CO排放量增大。25、 DLN是干式低NOx燃烧室。26、 透平是将来自燃烧室的燃气中的热能转化为机械功，带动压气机并向外界输出净功。27、 透平有轴流式和向心式两种。轴流式流量大效率高，级的作功能力小；向心式级的做功能力大流量小效率低。28、 透平：（以转轴为主体的）转子，转子上装有（沿周向按照一定间隔排列的）动叶片；（以机壳及装在机壳上的各静止部件为主体的）静子，静子（上装有沿周向按照一定间隔排列的）静叶片。29、 主要特点：A、 气缸壁薄；B、 级数少；C、 转子和叶片均需用压缩空气或者用水、水蒸气进行冷却；D、 没有调节级；E、 其效率变化对燃气轮机装置效率变化的影响更加显著。33、 透平冷却系统设计一般遵循以下原则：A、 透平不同部位所用的冷却空气要从压气机的不同部位引过来；B、 冷却空气的流量要合适，分配要合理；C、 冷却空气要能够保持清洁。第四章1、 基本原则有：A、 压气机、燃烧室、透平三大部件要尽量统一整体布置，即它们的外壳要相互连接为一个整体，统一支撑在一个基座上；B、 压气机和透平转子在机械上要相互连接，尽量构成一个统一的转动部件；C、 转子与静子要配合形成一个流畅的工质流动通道。6、9和10、环境温度升高时，若初温不变，燃气轮机的出力和效率将有所降低，排气温度将因温比降低的影响小于压比降低的影响而升高。11、 环境压力升高时，若初温不变，由于压比和温比都不变，所以燃气轮机的效率不变，排气温度不变。但由于流量增大，所以出力升高。12、 当压气机叶片结垢时，等折合转速线会向左下方移动，压气机的喘振边界线也会向下移动。13、 当透平叶片结垢时，燃气轮机的喘振边界线不变，但运行状态点会向喘振边界方向移动，对安全不利。14、 三种方案分别是：保持IGV不动，改变T3*以调整出力；保持T3*恒定，改变IGV安装角以调整空气流量而调整出力；保持T4*恒定，改变IGV安装角以调整空气流量而调整出力。15、 T3*很难测量，原因是：T3*很高，测量T3*的热电偶很容易被烧毁，另外，燃烧室的出口处的温度场和速度场分布不均匀，热电偶数目少时所测得的误差很大。16、 最常用的间接测量T3*的办法是测量相对低的很多的排气温度T4*，然后利用T3*与T4*的关系估算出T3*来。19、 DS叶片是定向结晶叶片，SC叶片是单晶叶片。计算题参考例题做法，思路和计算公式都很详细第五章1、略2、 余热锅炉排烟温度选择时，除了考虑余热锅炉的效率还要考虑联合循环的总效率，不仅要考虑热经济性，更要考虑包括整体投资因素在内的技术经济性，同时还受到烟气酸露点温度的限制。3、 余热锅炉总体结构有立式和卧式两种。卧式的的优点是烟气流动损失小，管束容易布置、易于配置脱硝装置和补燃系统、钢结构少、易于满足高地震地区的要求。缺点是占地面积大，且因部件尺寸大而对制造、运输和安装有较高要求。立式的优点是占地面积小，部件尺寸小，缺点是钢结构件多，配置脱硝装置和补燃系统困难。4、 因为多压汽水系统可以把燃气轮机的排烟温度降低到110至130的水平，对于燃烧硫分很少的天然气机组，其排烟温度可降至更低，效率得到提高。目前主要有双压和三压再热系统。6、排烟温度越低，余热锅炉的效率越高。8、 联合循环汽轮机不同于常规汽轮机的地方是：主蒸汽压力一般低于常规汽轮机的主蒸汽压力。原因：余热锅炉侧延期的平均温度远远低于常规锅炉侧的平均温度，其传热过程受到节点温差的严格控制，在一定的节点温差下，若果锅炉侧压力过高，锅炉的排烟温度就不可能被降低到较低的值。9、 联合循环的汽轮机一般采用滑压运行方式，原因：降低出力可以使余热锅炉的排烟温度降低，效率和产汽量提高，同时也可以使汽轮机的排汽湿度不至于过大。10、 结构上的特点：A、 低压部分的结构相对更庞大，单缸汽轮机的“锥度”较大；B、 一般采用全周进汽，无调节级；C、 因无回热抽汽管道等，可能采用轴向或侧向排汽，以便于单层布置。D、 结构尽可能对称，蒸汽导管、控制阀、外围管道等也都设计成偶数并对称布置，以降低启动过程中的热应力；E、 在不过分影响汽轮机效率的前提下，加大动静部件之间的间隙，以防止在快速启动过程中由于动静部件膨胀不同步而发生摩擦。11、 启动装置的作用：在燃气轮机静止状态下，先用外部动力装置将其运转的带到可以自动维持运转的速度以上，使其完全依靠自身的动力继续加速。有三种形式：柴油机、变频加速主发电机、汽轮机。19、 CSG方案和CGS方案的差别最主要地表现在机组启动和发电机检修方式上。CSG方案的优点是便于发电机抽转子检修，有稳定的蒸汽源时还可以用汽轮机启动，缺点是汽轮机必须与燃气轮机同时启动和运行，为此必须配置辅助蒸汽系统，以便在启动时用辅助蒸汽冲转和保护汽轮机。另外，其汽轮机不便于单层布置（除非侧向排气）。CGS方案的优点是燃气轮机与汽轮机可分开启动，汽轮机便于单层布置，缺点是对发电机检修时，抽转子不方便。总体来说，CGS方案启动更方便一些。第六章燃气轮机的主控项目包括了功率控制、温度控制、启动控制、加速度控制、压气机进口导叶安装角控制、停机控制、手动控制等内容，均通过燃料量的调节来实现。除主控项目外，燃气轮机还设置了压气机防喘等一些重要辅控项目，通过空气量的调节来实现。1、启动过程：a、 冷拖、清吹 b、 点火、暖机 c、 升速、脱扣 d、 自升速3、燃气轮机的启动可分