燃气轮机热电联产系统火用性能

燃气轮机热电联产系统火用性能分析湖南科技大学郝小礼王海桥湖南大学张国强摘要：应用有限时间热力学方法，对燃气轮机热电联产系统的火用输出率与火用效率特性进行了分析，导出了该系统的无因次总火用输出率及火用效率公式。数值计算表明，分别存在最优的压比参数，使得联产循环的总火用输出率及火用效率达到最大。关键词：热力学；联产装置；火用分析热电联产由于具有提高能源利用效率、减少污染排放、节约能源资源和保护环境等诸多优点，因此得到了越来越多的关注和应用[1]。然而，为了充分发挥联产装置在节能、环保方面的潜力，提高联产的经济性，确定优化的联产设计参数是必要的。燃气轮机具有功率大、体积小、启动快、可靠性高、易于实现自动控制等优点，在工业生产、交通运输以及能源动力等领域得到了广泛应用。同时，由于燃气轮机具有高温吸热和高温放热的特点，因此，很适合于热电联产用途。然而，尽管许多学者对各种燃气轮机动力循环进行了大量的分析和研究[2-7]，但是，对燃气轮机联产循环进行研究的却很少。最近，文献[8]对内可逆燃气轮机联产装置进行了火用分析，获得了内可逆条件下联产循环火用输出率和火用效率最优时的压比参数。在文献[8]的基础上，本文进一步对不可逆燃气轮机联产循环进行研究，考虑同时存在由于有限传热温差而引起的外部不可逆性和由于非等熵压缩和膨胀而引起的内部不可逆性时，联产循环的火用率与火用效率特性。通过最大化联产装置的无因次火用输出率和火用效率，确定最优的循环压比参数，分析火用输出率与火用效率之间的关系。1.联产循环模型由图1规不太可逆剃燃气舅轮机割联产样循环肺T-索s图辉考虑待如图子1所奔示的腿不可隐逆燃师气轮道机联绸产循怨环，截该联色产循破环工拴作在季三个带恒温里热源丝之间虑，即式高温壤热源合，低刃温热议源浑和联弹产热断用户缸之间臭。枕该循返环在化向外绒输出谊机械造功聚的同兽时，酿为热迅用户贪输出卷有用下热能婆，实季现热乓功（抖或热种电）非联产吩。图溪中，遭过程径1-抹2为聚工质呼在压炕气机衫内不隐可逆位绝热四压缩尖过程客；滑过程独3-锯4为古工质郊在透叼平内晴不可俯逆绝些热华膨胀保过程蔽；切过程昌2-捏3为珍工质碰从高蛛温热谦源等辞压吸瓦热相过程骗；过帆程5民-1踏为工祸质向浅低温洽热源丛等压申排热菠过程君；经过程呼4-押5为锄工质艺在热夫回收构装置杨中间向热昂用户提等压炮放热姓过程督；而圣过程短1-醉2s填和过奔程3朝-4挠s则雕分别尽表示粪相应黄的令可逆询绝热届压缩区和膨塞胀患过程疑。因区此，矿循环慎1-是2-所3周-4售-5早-1舰为不拉可逆丸布雷涉顿联堵产循寒环；驰循环的1-刘2s驼-3持-4黑s-丸5-假1为站内可构逆布港雷顿盛联产孙循环渔。为舟了表篇征压绒气机补和透凡平内甚的不和可逆桨损失男，证定义时两个狗等熵烫效率国和侵为：虎氏教盗铅绪床恭召饮具（黄1）舟窃宏娱卡逼间千（恭2）腐假设刑工质个为理可想气耐体，疮且其虚定压买比热慌保持踏恒定选，其龄热容途率为怖（工钞质的寸质量咐流量曲和定薯压比敌热般的乘稻积）悉；根谈据传傲热学薄和热鹊交换腊器理关论可伤知，槐工质怎从高搬温热湾源吸氧热的危吸热读率与和向者低温琴热源妖放热货的放饺热率仔，以讽及热赖回收激装置顷的回辈收热捡流率窑分别权可表受示为归：氏久卸遵忽套役触壳(苗3)掏宾瓶色敞营惧姥制(4阀)盆丧扣糕拘障蠢戴戒(5阵)酱式中否，巩、竟和驼分别转为陕工质沉与领高千、低茫温热间源之辱间的潮换热舒有效笋度蜘以及庭用户秤侧热趁交换罪器（归热回胁收装良置）厅的换贼热有宽效度渐。总联产仁装置规包括匹两种华有用套的输角出：行有用欠功输蛾出和初有用梨热输附出。栋根据前热力绩学第槐一定阻律，俊联产帆装置隔的输泳出功邻率为忠：伞忧危纺担扮积(6加)翻因为么机械常功是壤高品敢位能羡，因它此，亮其奴火握用剧输出戏率与修功率疤相等灯，即回：希译(诱7)辰假设速环境费温度藏为弟，则浑伴随痒有用锤热能严的仍火榆用东输出剃率为砍：径期炼舌(沙8)泻因此浇，联闷产装钞置的赚总羞火虽用促输出重率为絮：然福义揪声(9鸭)医另外漂，押根据含热力界学第者二定平律有效：扮咳垦唱疮旱姻(浇10就)番用替对呀进行刮无因奴次化涉（佣），贺并联总立式民（1词）~弄（目5粉）、泼（9堆）和浑（1址0）允，可歉以求势解得到联产撕循环怒的无演因次练总丹火膝用裁输出巷率为会：口矛(1蒸1)统式中唤，火其中街：砖，前，产为工纲质的载绝热拣指数净，晨是循攻环的嗽压比户，愿称为冻循环战的压玉比参礼数；柔，称女为循拔环温越比；迟，称称为用额户温抵比颗；爸，旁称为栗环境蓄温比厌。珍联产尺火陡用费效率醒定义造为：涌据些最签黎谱垒厦(货12腔)赵式中尖，秤为筐联产拉装置讲的伟火模用凉输入误率叨，用割下式饰计算婚：爪晚铲咽(1则3)阀将式贸（9淋）和卵（1帜3）含代入冠式（荒12比），上并化架简得山：超阀健(1抢4)丸联产民装置碑的店电浆（苗功刊）糊热比辨定义古为：蚂暂对(羞15琴)堵2.劲结失果与旬讨论邻式（卷11咽）和饿（1现4）糠表明誓，不弟可逆斯布雷销顿联监产循小环无天因次敌总橡火齐用彼输出悟率勤和抽火缠用例效率悔与阶、月、掉、知、述、吗、伍、车和浮等参骑数有撑关，垮然而秧，利寨用式鸡（1较1）挑和（妹14膨）很略难赴通过木解析搅的方衬法纱直接忙分析澡出这镰些因火素对棚总孟火原用蛇输出弓率和肃火蜜用嘉效率贯的影或响，身因此咳，采男用数息值计朝算的挎方法弊进行划分析伤。使为了圈计算旁方便渔，在皇所有电的算陪例中俱，糠取殊环境喉温比验，也怖就是站低温况热源床的宪温度朋等于鸣环境宿温度市。渴2.专1臣最优请压比羞参数映图2脊和3伍分别绒显示宗了采无因忌次总蓝火草用链输出杜率送和尼火纷用牧效率泰随循居环压懂比参草数遗的变石化规叠律，您图中挠的计粘算条偶件为悬，往，炊。铸图2贡和3项表明无，喜和这随泛都呈谈类似闪抛物欧线变扁化规桨律，脱也就浸是说身，分汇别存私在一第个最怪优的知压比的参数降和榆，使受得联块产循心环的谜总锹火童用宾输出骑率和魄火熄用根效率礼达到世最大杯值森和就，即欲图中康抛物谱线的缓最高渣点。渗图2窃无容因次哀总嚼火累用繁输出餐率健随压兼比参凳数她的变汽化贷循环害温比额的影酸响；宁（b理）用依户温丛比滑的影浮响终图3田忘火决用阿效拆率卡随压冠比参尚数泳的变麦化你（a捕）循个环温加比晕的影彼响；夏（b喝）用顶户温胆比党的影惑响脆图2柴和3碧还显要示，康随循岁环温夫比管的增叫加和具用户添温比烘的降卷低，醉循环缴的总讨火用池输出浪率和尸火傻用遥效率颂总是于增加野的，毛优化疼总糟火禁用伪输出厉率暮和优爆化陷火验用旦效率雅也是污增加黄的。层相同应条件茂下，的最大下火住用垄输出甚率时筛的压亚比参朱数左总是虎小于奋最大额火答用刺效率略时的朋压比印参数回。研日究表参明，肾随阿的增付加和值的降付低而犯线性贡增加叶，列随刘的增恼加而亏线性擦增大堂，杜随析的变股化规喘律与守和陶的大话小有走关，鸦一般价和洞较大兄时，搜随新的增延大而鼻增大败，相芦反，局当皂和止较小铃时，画随涛的增因大反疾而减钢小。神不过物总体恨来讲饶，蛾对斗的影核响较两小。碌图4青和要图径5更柜加清营晰地肿显示截了驾和谷对医和盗的影晨响规拿律，须图中袋的其方它计罪算条升件与沉图2皆和3纤相同堂。骨图4货火你用离输出泥率多最大死时的宏压比叠参数应随艰和嘴的变至化规宰律岗2.木2言火耳用锄输出目率和追火旁用佛效率挡关系藏图6醋显示宝了不复可逆础布雷劲顿联瑞产循青环无代因次刻总浮火屑用合输出细率归与掌火怨用作效率炎之间热的变裳化关爷系，密图中烦的计辜算条篮件为腾：干，胖，监，予。与疏不可照逆布掀雷顿差动力辰循环交功率圾与效极率特京性稍炮有不殖同功[2咐2]作，不塞可逆列布雷孤顿联跨产循姜环浓-怒关系鼓曲线香虽然旷也勉呈扭安叶线轿型，倒但却鲁不是辆一条舍完整汉的扭休叶线婚。在暮每一挽条妙-蒜曲线题上，坦都可丹以确筝定出体四个节重要行的参理数，缩即：县最大刻无因喂次总烈火命用秩输出谜率御与最骑大总茶火赢用命输出农率条保件下各的氏火消用晓效率影、最婆大陈火盾用陈效率滴与最叉大兵火轨用灾效率货条件笑下的慧总求火腾用采输出瓜率辉。由愚这四具个重糖要的以参数群，可刊以确话定出错实际呆布雷跪顿联拒产循查环的码优化许设计盟区域尸，在闹该区捎域内披，既板可获农得较娘大的撞火岩用陷输出宵率，辞同时产又能范实现李较高体的沫火踢用度效率坚。通前常，秘更大畅的无担因次狸火富用便输出称率，颜意味候着实等现同瞒样的伸火喇用亩输出背时所岁需要厦的设欠备体纵积更边小，锣也就顿是更诚低的块设备梅成本但；而的更高鹊的谢火湖用肠效率译，意茧味着恳获得穷同样雾多偏火孕用肢输出追时所裂消耗羡的蝶燃料仪更少筹，也莲就是挎更低累的运他行费兰用。辰因此花，为筝兼顾菊这两阶个方嫁面，劫在实什际中深，应花使联蠢产装炕置的喇设计挨参数塞落在割该割优化医设计蹈区域骄内。遇图6多还表帮明，小相同掉条件哄下，灭随着圣压气膛机效谁率婚和透恒平效戚率愧的增隶加，隙联产泥循环船无因塞次总漫火虾用糠输出扇率崖和李火用撞效率虾都是瞎增加师的。豪当荷和扁都趋环近于宋1时山（这买时，券不可趋逆布希雷顿别联产深循环现蜕变碰成内因可逆浮布雷盆顿联迅产循瞎环）钻，午和麦达到烈最大警。也胞就说甜，相黑同条欣件下慌，不握可逆蕉布雷悉顿联番产循组环的渣性能傲总是怜低于从内可酱逆布掌雷顿匹联产稠循环倾。从抹图6煤还可拼以看论出，晴不可斤逆布垦雷顿乞联产煤循的红-葛曲线捐与内堪可逆府时的镇情况咐完全关不同喝，不极可逆汪时，肺-株曲线岁呈扭寻叶线胜形，宴而内许可逆买时，将-他曲线优则呈肤抛物牺线形融，这糠时，醉火碌用煤效率圆没有乘最大圾值，件这一活点与暗文献已[8漏]的科结果千是不值同的给。愤图5跟火哈用凳效条率足最大胃时的酒压比韵参数迎随亡和挪的变寻化规隶律佛图6万无错因次厅总颜火誓用惠输出联率原与兆火辜用姨效率明之间窃的变顷化关短系矩3.迎结芹束语闭本文华应用拢有限午时间缩热力渠学方雷法，踢对恒寒温热碌源条租件下刃的不福可逆使布雷续顿联瓦产电循环夺进行砌了赛火灶用词分析督。研惧究表秧明，层分别裕存在躺最优剂的压更比参市数详和洋，使淹得联银产循召环的回总奥火粉用治输出吼率和哑火洗用脾效率良达到恳最大模值。及火迹用京输出块率最外大时族的压怒比参刑数粮总是饮小于皆火搞用夏效率传最大扛时的艰压比侦参数萄，殿且随勒循环循温比受的增应加，姑最优妨的压李比参戏数俩和炎呈设线性团增加抢。不临可逆腥布雷霸顿联史产循蛮环缺与赏之间幸呈扭却叶线泰变化句规律饱，而挨在内场可逆罩时，秘与渗之间蛾呈抛脖物线劈变化狱规律至。本锄文久的研蚊究结坊果可渣为腾燃气末轮机棒联产授装置覆设计冤提供今指导澡。削在进搜一步雷的研驱究中主，可容以考衬虑粪存在颂热漏变和变锤温热烧源邪时，扬联产返装置况的禾火州用筋性能皂，使茧研究岸结果插更飘进一夸步患接近枯工程渠实计际设。抹参考马文献佩：胁[1应]扣WU旷D永W,哗W伶AN本G树RZ架.殊Co绸mb脉in鬼ed浑c窝oo剩li妇ng层,绍he量at怠in越g唤an慕d古po黎we沈r:买A巡r内ev瓜ie划w同[裳J]静.孕Pr跃og终re挽ss味i处n用En挠er享gy极a锋nd亮C愉om事bu虎st纠io商n狮Sc增ie纵nc守e,两2震00穿6,引3笋2:兆4姻59嚼–4辫95耀.探[购2禽]桌SA梳HI裹N碎B,哑K肺OD载AL极A发,倍YI勤LM纳AZ物T江,纯YA烦VU葡Z占H.闻M丈ax刻im晕um吓p颤ow伪er额d嫁en絮si轰ty跪a约na画ly趁si蜡s锦of幅a挑n插ir撕re瞧ve晨rs诸ib丝le流J玉ou警le兆-B钞ra响yt谈on镇e思ng太in有e液[J蚂].侮J依.症Ph诞ys使.条D:煤A杏pp言l.弊P际hy浑s.陷1辈99拣6;望2贺9(屋5)死:曲11叮62畜-1佳16喘7.社[打3翁]以CH据EN狠G劝CY万,浊CH常EN引C畅K.进E拐co萌lo级gi嫌ca妥l滚op羽ti夺mi暗za圆ti颗on输o潮f监an民i殖rr蚂ev企er钳si陷bl幸e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