工程热力学课件：第12章 气体动力装置循环

1、第12章 气体动力装置循环 第12章 气体动力装置循环 燃气轮机装置 燃烧室燃烧室 进气口进气口 排气排气 涡轮（透平）涡轮（透平） 燃料燃料 1 1 2 2 4 4 压气机压气机 发电机发电机 电电 3 3 1800-2300K 1800-2300K 1 q 2 q 工作原理（布雷登循环）工作原理（布雷登循环） 3 3 2 2 4 4 1 1 T T s s 13232p qhhcTT 24141p qhhcTT 02 11 1 t wq qq 燃气轮机装置理想循环热效率 132p qcTT 241p qcTT 241 132 11 t qTT qTT 1 22 11 k k Tp Tp 1

2、 33 44 k k Tp Tp 2 1 p p 32 14 pp pp 241 1 132 1 111 tk k qTT qTT 241 1 132 1 111 tk k qTT qTT 代表性大型燃机之一代表性大型燃机之一GEGEPG9351PG9351（FAFA） 效率效率36.9%36.9%（GTGT） 56.7%56.7%（GTCCGTCC） SinceSince19961996 GTGT出力出力255.6MW255.6MW 透平入口温度透平入口温度 1327 1327 压比压比15.415.4 GEGE公司公司9F9F重型燃气轮机实物图重型燃气轮机实物图 代表性大型燃机之二代表性大

3、型燃机之二SiemensSiemensV94.3AV94.3A GTGT出力出力265MW265MW 透平入口温度透平入口温度 1350 1350 压比压比1717 效率效率38.5%38.5%（GTGT） 57.3%57.3%（GTCCGTCC） SinceSince19951995 Siemens V94.3 ASiemens V94.3 A（50Hz50Hz）燃气轮机转子照片燃气轮机转子照片 Siemens V94.3 ASiemens V94.3 A（50Hz50Hz）燃气轮机总装后整体发运燃气轮机总装后整体发运 代表性大型燃机之三代表性大型燃机之三MitsubishiMitsubis

4、hiM701FM701F GTGT出力出力270MW270MW 透平入口温度透平入口温度 1350 1350 压比压比1717 效率效率38.2%38.2%（GTGT） 57.3%57.3%（GTCCGTCC） SinceSince19921992 新一代重型燃机新一代重型燃机GE 9H / Mitsubishi 501HGE 9H / Mitsubishi 501H GTGT出力出力320340MW320340MW 透平入口温度透平入口温度 14301450 14301450 压比压比21232123 效率效率40%40%（GTGT） 60%60%（GTCCGTCC） 闭式循环蒸汽冷却叶片闭

5、式循环蒸汽冷却叶片 SinceSince20022002 播放播放H H级燃机视频级燃机视频 例题例题1 1 例题例题1 1 第12章 气体动力装置循环 燃气轮机装置实际循环(简化处理后) 燃气轮机的相对内效率 / , 21 , / C1 2 C s C s whh whh 等熵压缩功 实际压缩功 / / 3 4 34 T ri T hh w whh 实际膨胀作出的功 定熵膨胀作出的功 燃气轮机装置实际循环热效率 / / 13 2 netTC t www qhh / / 121 2 , 1 C C s whhhh / 3434Tri whhhh 带回热的燃气轮机装置循环 极限回热的情况 162

6、531 TTcqTTcq pp 回回 回热度的概念 727272 524242 hhhhTT hhhhTT 提高燃气轮机装置循环热效率的其他途径 提高燃气轮机装置循环热效率的其他途径 燃气轮机例题燃气轮机例题2 2 燃气轮机例题3 第12章 气体动力装置循环 燃气-蒸汽联合循环 512 123 11 bc t QQQ QQ 关于燃气-蒸汽联合循环 9 例题：例题：某燃气某燃气蒸汽联合循环装置，如图所示，其由顶层的燃气轮机循环蒸汽联合循环装置，如图所示，其由顶层的燃气轮机循环12341和和 底层的蒸汽动力循环底层的蒸汽动力循环cabc组成，其中燃气轮机循环排气过程组成，其中燃气轮机循环排气过程4

7、-5放出的热量放出的热量Q45通过通过 余热锅炉由蒸汽动力循环吸热过程余热锅炉由蒸汽动力循环吸热过程c-a所吸收利用。所吸收利用。 已知联合循环的总功率为已知联合循环的总功率为60000kW，空气进入压气机的压力，空气进入压气机的压力p1=0.1MPa，温度，温度 T1=290K，压气机的增压比，压气机的增压比 ， 燃气轮机废气离开余热锅炉的温度燃气轮机废气离开余热锅炉的温度T5=420K，燃气轮机，燃气轮机 透平入口温度透平入口温度T3=1500K；水蒸气离开余热锅炉时的温度；水蒸气离开余热锅炉时的温度 ta=400，pa=5MPa，凝汽器中乏汽，凝汽器中乏汽pb=0.01MPa。燃气。燃气

8、 轮机循环的工质可看作空气轮机循环的工质可看作空气cp1.004 kJ/(kg K)，蒸汽动，蒸汽动 力循环的水泵耗功不计，求：力循环的水泵耗功不计，求： 1）空气的流量（）空气的流量（kg/s）及水蒸汽的流量（）及水蒸汽的流量（kg/s）；）； 2）蒸汽动力循环中汽轮机的功率（）蒸汽动力循环中汽轮机的功率（kW）；）； 3）联合循环的总效率（定义为联合循环的总体收益除）联合循环的总效率（定义为联合循环的总体收益除 以循环的代价）。以循环的代价）。 燃气-蒸汽联合循环例题 第12章 气体动力装置循环 整体煤气化联合循环 IGCCIGCC系统构成系统构成 煤气化子系统（气化炉、净化单元以及空分单

9、元）煤气化子系统（气化炉、净化单元以及空分单元） 煤气净化煤气净化 空分空分 气化气化 燃料燃料 水水 氧气氧气 燃气轮机燃气轮机 余热锅炉余热锅炉 汽轮机汽轮机 排烟排烟 燃气燃气 电电 电电 主要由两部分构成：主要由两部分构成： 联合循环子系统（燃气轮机、余热锅炉、汽轮机）联合循环子系统（燃气轮机、余热锅炉、汽轮机） 整体煤气化联合循环系统图 整体煤气化联合循环优点 IGCCIGCC系统关键技术系统关键技术燃气轮机燃气轮机1 1 GE公司公司9F重型燃气轮机结构图重型燃气轮机结构图 透平初温透平初温1327 单机功率单机功率280MW 燃机效率燃机效率38 联合循环效率联合循环效率5558

10、 目前国际上燃气轮机发展迅猛、正不断向大容量、高性能发展目前国际上燃气轮机发展迅猛、正不断向大容量、高性能发展 发电用燃气轮机的透平初温已达发电用燃气轮机的透平初温已达13001400 单机功率达到单机功率达到300MW，联合循环功率达到，联合循环功率达到500800MW 单机效率已达单机效率已达38，联合循环效率可达，联合循环效率可达5860 IGCCIGCC系统关键技术系统关键技术燃气轮机燃气轮机2 2 GE公司公司9F重型燃气轮机实物图重型燃气轮机实物图 IGCCIGCC发展现状发展现状典型典型IGCCIGCC系统实景系统实景1 1 美国美国Tempa IGCC电站全景图电站全景图 第1

11、2章 气体动力装置循环 活塞式内燃机简介 46 活塞式内燃机循环特点活塞式内燃机循环特点：开式开式循环(open cycle)； 燃烧、传热、排气、膨胀、压缩均为不可逆；各环燃烧、传热、排气、膨胀、压缩均为不可逆；各环 节中工质质量、成分稍有变化。节中工质质量、成分稍有变化。 活塞式柴油内燃机工作原理 活塞式内燃机理想混合加热循环活塞式内燃机理想混合加热循环 （柴油内燃机理想循环、萨巴德循环）（柴油内燃机理想循环、萨巴德循环） 特性参数特性参数： 1 2 v v 3 2 p p 4 3 v v 压缩比压缩比 定容增压比定容增压比 定压预胀比定压预胀比 表示压缩过程中工质表示压缩过程中工质 体积

12、被压缩的程度。体积被压缩的程度。 表示定容加热过程工质表示定容加热过程工质 压力升高的程度。压力升高的程度。 表示定压加热时工质表示定压加热时工质 体积膨胀的程度。体积膨胀的程度。 活塞式内燃机混合加热循环活塞式内燃机混合加热循环( (萨巴德循环萨巴德循环) )热效率热效率 单位质量工质的单位质量工质的吸热量：吸热量： 单位质量工质的放热量：单位质量工质的放热量： 循环热效率：循环热效率： 1v22p32 qcTTcTT 2v41 qcTT net122 t 111 1 wqqq qqq 41 2232 1 TT TTTT 活塞式内燃机理想定容加热循环活塞式内燃机理想定容加热循环 （汽油内燃机

13、机理想循环、奥托循环）（汽油内燃机机理想循环、奥托循环） 汽油机和煤气机的理想循环汽油机和煤气机的理想循环 定压预胀比定压预胀比：1 4 4 活塞式内燃机理想定容加热循环热效率活塞式内燃机理想定容加热循环热效率 单位质量工质的单位质量工质的吸热量：吸热量： 单位质量工质的放热量：单位质量工质的放热量： 循环热效率：循环热效率： 1v32 qcTT 2v41 qcTT net241 t 1132 11 wqTT qqTT 4 1 21 12 k Tv Tv 1 34 43 k Tv Tv 14 23 vv vv 241 1 132 1 111 tk k qTT qTT 活塞式内燃机理想定压加热循

14、环（狄塞尔循环）活塞式内燃机理想定压加热循环（狄塞尔循环） 早期低速柴油机的理想循环，现已被淘汰。早期低速柴油机的理想循环，现已被淘汰。 定容升定容升压比压比：1 活塞式柴油内燃机原理活塞式柴油内燃机原理 活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较 pV TTT , 1m1m, 1m pV TTT ,2m2m,2m 1m 2m 1 2 11 T T q q t pV, tt, t 定容加热定容加热 混合加热混合加热 定压加热定压加热 ( (奥托奥托) () (萨巴德萨巴德) () (狄赛尔狄赛尔) ) 汽油机汽油机 现代柴油机现代柴油机 原始柴油机原始柴油机 Vp TTT , 1m1m, 1m pV TTT , 2m2m, 2m 1m 2m 1 2 11 T T q q t t,tt,pV 定压加热定压加热 混合加热混合加热 定容加热定容加热 ( (狄赛尔狄赛尔) () (萨巴德萨巴德) () (奥托奥托) ) 原始柴油机原始柴油机 现代柴油机现代柴油机 汽油机汽油机 活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较活塞式内燃机各种理想循环的热力学比较 第12章 气体动力装置循环 分布式能源系统 分布式能源系统示例 燃燃气气 燃燃气气轮轮机机 余余热热锅锅炉炉 备备用用锅锅炉炉