燃气轮机及其热力循环

1、燃气轮机装置和运行，上海理工大学能源和电力工程学院2012-08，佐原健二燃气轮机和热力循环，2-1概述2-2燃气轮机热力性能指标热参数(压力比、温度比)；性能参数(非工作和电力、热效率、燃料消耗率和热消耗率等)2-3燃气轮机的简单循环2-4燃气轮机热循环计算2-5如何提高燃气轮机的热性能，3，1循环分析的目的和一般方法，动态循环分析的目的在于评估循环对机械能的持续转换和能量有效利用中的循环性能，并了解影响其循环特性的主要因素。分析了动态循环的一般方法，抽象和总结了实际过程，将实际循环简化为理想可逆循环，分析了热作业转换效果和影响因素。根据理想可逆周期，考虑实际环路的不可逆损失及其原因、大小和

2、改进方案。对于实际周期，在高效能源使用注意事项中，通常不仅需要热效率分析，还需要进行熵产生或可用能量损失分析，以便合理评估周期的完成度。2-1概述，4，本课程主要分析了热循环的能量转换效果，并讨论了热设备的理论循环，必要时处理一些实际循环问题。在实际气体动力循环中，在循环的不同阶段，工质成分不同，有时是空气，有时是气体。气体的热性质与空气相似，理论分析中，工作流体被认为是恒定比热容以上气体，例如相同的空气。实际气体动力循环的理想化处理，实际装置的工作循环是开放的，在每个工作循环后报废，更换新的工作流体。理论分析时抽象为封闭循环，燃烧过程为工质的加热过程，排气过程为工质的加热过程，2-2燃气轮机

3、热性能指标，性能指标是衡量电厂好坏的标准。需要通过经济、动力、可靠性、可变条件特性、排放性能等多种方法进行分析。主要用热力学方法分析。反映动力性能好坏的指标，多使用非力和动力。反映经济效益好坏的指标，常用热效率、消耗率、热消耗率等。首先，热参数，1，压缩比*表示工作流体在压缩机内压缩的程度。压缩机出口的气流压力与进口的气流压力之比。以静压(总压力)表示：确定循环性能的重要参数，指示工作流体加热程度的2，温度比*。涡轮入口气体温度与压缩机入口气流温度的比率以静压温度(总温度)表示：确定循环特性的最重要参数，*越高，性能越高，但对高温材料或冷却技术的要求越高。二、性能参数，1、郑智薰功率和电力郑智

4、薰功率w单位质量工质工作，kj/kg；WC压缩机比，kj/kg；WT涡轮比力，kJ/kg。功率n个单位时间内工作流体所做的工作，千瓦。燃气轮机的非电动势进入压缩机内的1公斤空气，完成一个周期后外部输出的有效轴功率。(1)周期比力wi(指示比力、内部非力、也称为设备非力)，忽略机械损失wi=wT-wC kJ/kg相应，显示功率，内部郑智薰功率：Ni=Gc wi kW wi和Ni:单位周期本身，进入压缩机气流，kg/s。(2)考虑机械损耗，将机械效率设置为m，则等于we=wi m=(wT wC)m kJ/kg/kg，有效功率：Ne=Gc we kW we和Ne:反映整个设备的功率性能。Ne=Ni

5、m比率操作表征设备的重量和大小。2，与热效率，天然气涡轮机消耗的燃料热量相比，产生了更多的能量。(1)内部效率I内部比率功率与热比率(设备热效率)(2)有效效率e有效比率功率与热比率，燃料的低热值，kJ/kg，e=I m，燃料消耗，kg/h，燃料流，kg/s燃烧室的效率越高，在相同功率下消耗的燃料杨怡越少，经济性越好。(2)热消耗率QE，单位有效功率消耗的燃料热生成，kJ/(kWh)热消耗率QE与有效效率e成反比。4，大功率系数，燃气轮机郑智薰功率wi与涡轮郑智薰功率wT之比，即，此系数显示涡轮承载多少驱动载荷。大的情况下(1)，在相同功率的设备上，循环可以大于功率，设备可以变小。(2)wC/

6、wT比率低可能会降低压缩机性能。越大，设备性能越高。审查，稳定流，稳定流能量方程停滞现象，停滞参数，审查内容，1，什么是稳定流？那个条件是什么？稳定流是指，热系统在任何剖面中工作流体的所有参数都不会随着时间发生变化。稳定流动条件：(1)工质的热状态不随时间变化。(2)进出口工质的流速相同，不随时间变化。(3)系统和外部系统交换的所有能量不随时间变化。2，什么是停滞现象？放坡参数？停滞现象：工作流体受到干扰，将工作流体流速降低到0的现象。放坡参数：通过可逆绝热压缩过程将工作流体流速降低到0而获得的参数。滞后焓或总焓i*静态温度或总温度T*静态压力或总压力p*静态参数、静态参数、稳定流能量方程、燃

7、气轮机入口和出口的位置能量差异介绍了焓忽略适用于燃气轮机的每一热过程。工作流体吸收的热量、焓差、动能差、位能差、理论轴工作、所有工作流体的稳定流动、2-3燃气轮机的简单循环、工作流体流动的主要过程中压缩机、燃烧室和涡轮的3个主要组成简单循环1、稳定流动能量方程燃气轮机的热力应用，要求工作流体通过一系列热过程完成一个循环，以便持续外部工作在燃气轮机中，工作流体必须继续流入和流出设备，才能完成压缩、加热、膨胀和发热等热过程。在进行热力学分析时，如果将工作流体的流动视为稳定流，则能量之间的相互转换关系遵循稳定流能量方程。，燃烧室，燃烧室，热过程是可逆的，没有能量损失。工作流体的比热容和流量保持不变。

8、配置：2个可逆绝热过程2个可逆静压过程1-2s等熵压缩2s-3s等压加热3s-4s等熵膨胀4s- 1等压放热，1，热过程分析，1-2s压缩机可逆绝热压缩过程的压缩机消耗功能压缩气体，压缩操作称为wcs，q1，从外部吸收的热量在Q1，3s-4s涡轮中可逆绝热膨胀过程q3s-4s=0工作流体在涡轮中被称为扩展操作wts，在4s-1大气中的等压发热过程和在外部不起作用的交换w4s-1=0；向外部世界发射的热量是q2，q1，q2，讨论周期的非作用和热效率。，2，理想简单周期的比率ws周期比率操作ws=wTs-wCs=q1- Q2=讨论影响QS循环比率操作的因素，=cpt1 * * (1-*-m) (*

9、 m-1)，=1-*-m，=f (*，Q1，Q2，4，理想简单周期的有用系数，=1- *m/*，=f(*，*)，3 工作流体的热特性和量因燃烧而变化。假设条件(便于与理想循环比较):相同压力比C*和初始温度t1 *；涡轮气体初始温度相等，T3 *=t3s *环境参数为P0，T0，即p1*=P0，T1*=T0。压缩，膨胀，燃烧加热，发热，1，与实际和理想简单循环的区别，热过程分析：(1)进气过程1-1(入口，空气过滤器)流动阻力，压力减小，但总温度不变，(2)压缩过程1-1也就是说，气体绝热金志洙，绝热膨胀效率：在相同的膨胀率下，实际膨胀过程与理想膨胀过程的比率。涡轮的实际膨胀率T*，(5)排气

10、过程4-1 (6)工作流体流动变化(燃烧)，1，实际与理想简单循环的差异综合分析结果：由于各种不可逆因素的存在，单位性能恶化。(1)压缩机功率wC增加，涡轮膨胀功率wT减少，可能会使设备低于功率wi。也就是说，wC=wCs/C* wT=wTsT* wi=wT-wC ws功率性能下降(2)工质热吸收Q1减少，热释放Q2增加，单位热效率I减少，即Q1=q1sb Q2有两种方法可以表示两种损失。(a)可变金志洙n的大小，相当于测量过程不可逆程度的加热波动过程。只要确定n值，wT和wC就很容易获得。(b)引入更直观的参数压缩机绝热压缩效率c *；涡轮绝热膨胀效率T*。更多实际使用，更少使用，燃气轮机比

11、wi: wi=wT-wC，(工作流体热特性)，3，压力损失，无论物理变化如何，实际简单循环的热效率I，简化处理：4，实际简单循环的有效系数，=f，1 .温度系数*，压力系数*，为了简化，首先压力损失，物理特性变化：简化公式，简化公式：基准系数*=1，基准功率wi=0，内部效率I=0；压力比*增加时大于功率wi和内部效率I。但是，如果压力比增加到极限压力比，则压缩机消耗等于涡轮膨胀。郑智薰功率wi=0，内部效率i=0。最佳压力系数，两个极端之间需要最佳压力系数*wimax，以使非工作达到最大限制；最佳压力系数*imax，以使热效率达到最大限制。关于简化公式的*m，求一阶偏微分，并求为0。实线根据

12、计算公式绘制，表示内部效率随循环主要热参数的变化。虚线根据最佳压力比绘制，表示最佳压力比随温度比变化的规律。温度比*和压力比*的影响规律、发动机压力比的选择原理、发动机的重量大小与军需一样的主要矛盾。*需要比较wimax附近的压力，降低最大功率、空气消耗和相关设备的重量大小。发动机的经济性是民间发电机组等主要矛盾。*在imax附近进行压力比较和选择，以最大限度地提高设备的热效率，并将燃料消耗率降至最低。一般来说，*wimax和*imax之间的压力在一定程度上考虑了经济性和重量的大小。提高煤气温度的同时，还要提高压力比。T3* *，2，部件效率C*，T*，b的影响，在提高C*，T*时比功率wi和

13、内部效率I增加；b增加时，内部效率I增加。3、压力损失的影响压力损失是由入口流动阻力、燃烧室流动阻力和热阻、排气通道的流动阻力引起的。压力损失降低了涡轮膨胀率，减少了涡轮增压工作，影响了非工作及热效率。T*=C*常规=0.960.90。2-4燃气轮机简单循环性能的热力计算：首先根据指定的燃气轮机运行工艺参数和各部件效率，计算燃气轮机截面的燃气参数和性能参数。然后，根据达到的燃气轮机功率确定气流，或根据指定的气流计算燃气轮机功率。热循环计算的主要阶段，第一，参数选择1流GT和燃料空气比f取决于燃气轮机条件。GT=GC Gf -G=GC (1 f-G/GC) kg/s样式的f=Gf /GC，通常为

14、0 . 0070 . 02；g气密封泄漏和冷却风量，kg/s；G/GC 0.020.05。2零件特定效率，(1)压缩机效率C*常规轴流压缩机C*=0.830.92离心压缩机C*=0.750.85，(2)燃烧室效率B，(3)涡轮效率T*常规，轴流涡轮T*=；B=100%绘制图1-6。温升TB*=T3*-T2*，(4)机械效率m，机械损失(例如燃气轮机轴承摩擦)，以及驱动配件时使用的功率被视为机械效率。3比热容Cp和绝热金志洙kT根据燃料品种、燃料空气比和燃烧条件等的不同，比热容随温度和工作流体组成而变化，比热容复杂准确的粗糙计算所需的平均温度值或值，一般m0.970.99，一般进气系统的压力损失PC=P0-P1* 0.010.03 bar排气系统的压力损失pt=P41