电厂燃气轮机概论 教学课件 作者 付忠广 02热力过程

《电厂燃气轮机概论》第2章燃气轮机的热力过程1北京市高等教育精品教材立项项目第2章热力过程（燃机）2

燃气轮机简单循环

燃气轮机的复杂循环

航空燃气轮机循环注蒸汽的燃气轮机循环燃机热力循环计算方法3一、燃气轮机简单循环压比温比比功单机功率热效率燃烧室进气口排气涡轮（透平）燃料124压气机燃气轮机发电装置示意图发电机电3

1800-2300K5热力系统示意图61-2等熵压缩（压气机内）2-3定压吸热（燃烧室内）3-4等熵膨胀（透平内）4-1定压放热（排气）约定：压气机进口处空气的状态参数，以下标“1”表示；压气机出口（燃烧室进口）状态，以下标“2”表示；透平进口（燃烧室出口）状态，以下标“3”表示；透平的排气状态，以下标“4”表示。7压气机出口=燃烧室进口？透平进口=燃烧室出口？8电站燃气轮机循环的主要性能指标压比温比比功单机功率热效率91、压比压气机出口的气体压力P2＊与进口的气体压力P1＊之比值，反映工质被压缩的程度。102、温比温比是指循环最高温度t3*（燃气初温）与最低温度t1*之比值。11燃气初温：在第一级喷嘴后缘平面处的燃气的平均滞止温度3、比功比功是指相应于进入燃气轮机的每lkg空气，在燃气轮机中完成一个循环后所能对外输出的功。12比功反映燃机哪方面信息？WGT

与WT

和WC的关系？4、单机功率燃气轮发电机组的输出电功率PGTG，为主要的性能指标。标准额定功率合同额定功率现场额定功率尖峰功率13单机功率标准额定功率是指在IS0工况下，即环境温度15℃、海平面高度、相对湿度为60％、以及燃用天然气的工况下连续运行，发电机出线端的最大持续功率。14单机功率合同额定功率指在事先确定的运行工况下连续运行，发电机能够保证的出力。15单机功率现场额定功率指在燃气轮机发电厂所处的当前环境的条件下，诸如大气压、大气温度、压力损失等条件下的最大持续功率。16单机功率尖峰功率在规定的运行条件下，保持一个约定的短时间内，燃气轮机以高于连续额定功率安全运行的最大功率。175、热效率当工质完成一循环时，把外界加给工质的热量转化成为机械功或电功的百分数。有三种计算方法：1819

q:每1kg空气，加给机组的热量；f:每1kg空气，加入的燃料量；Hu：燃料的低热值；

Gf：每秒钟加给机组的燃料量；PGTG：单机输出电功率20燃料的热值是指单位燃料在量热计中燃烧后测得的热量数值。由于燃料燃烧产物中的H2O在冷凝的过程中会放出潜热包括在量热计所测的数值中，所以测出的数值称为高热值。这部分潜热在发动机中是无法利用的，因此要将这部分热量从高热值中减去。燃料在气缸中燃烧后发出的有效热量称为低热值。

什么是燃料的低热值？燃料的高热值？热耗率机组每输出产生lkW·h的功需要多少焦耳的热量。21油耗每产生lkW·h的功所消耗的标准燃油（是指发热量为43124kJ/kg的燃油）的克数。燃气轮机理想简单循环性能分析22理想简单循环比功233241Tspp压气机耗功的计算：燃气轮机作功量的计算：

此式说明，当温度T3和T1一定时，循环净功决定于增压比。为找出循环净功随增压比变化的关系，通过求wGT的一阶及二阶导数，可以求得最大WGT增压比.可得：WGT由：在循环最高温度T3和最低温度T1一定的情况下，循环增压比对比功的影响3241Ts理想简单循环热效率28随压比的提高，循环效率可以一直提高的接近1吗？3241Ts燃气轮机装置循环的计算内容吸热量放热量压气机耗功燃气轮机作功循环净功循环热效率得3241Tspp由为循环增压比.因定义则显然，定压加热燃气轮机循环的热效率完全取决于循环增压比，并随着π的增大而增加。32实际简单循环性能分析3334压气机和涡轮的效率对比功的影响，谁更大一些？目前，压气机和涡轮的效率范围35燃烧室的损失主要表现在那两个方面，目前的情况怎样？不完全燃烧；散热损失3637如何提高燃机的比功和效率？一般来说，T3＊每提高100℃，机组比功大约增加20％～40％，热效率增加2％～5％大气温度Ta每降低10℃，机组比功大约增加4％～10％，热效率增加1％～2％38工质流量的差别为什么涡轮进口燃气的流量比压气机中的空气流量小？为什么wT不能和wC直接作减法运算？为什么T3*提高通常会造成效率下降？回热循环间冷循环再热循环39二、燃气轮机复杂循环1、回热循环40回热器（R）：Regenerator41理想42回热循环： 优点：提高热效率 缺点：1、尺寸大，增加维护费用

2、不适用高压比燃机43中间冷却器（IC）：Intercooler2、间冷循环44间冷循环： 优点：提高比功缺点：1、增加了冷却器设备2、间冷循环宜选取较高的压比3、一般只能用一次3、再热循环4546再热循环： 优点：提高比功缺点：1、增加了再热燃烧室设备2、再热循环宜选取较高的压比3、一般只能用一次间冷再热回热循环01:45:2247涡轮喷气发动机循环涡轮风扇发动机循环涡轮螺旋桨发动机循环涡轮轴发动机循环48三、航空燃气轮机循环49涡轮喷气发动机的飞机50涡轮风扇发动机的飞机51涡轮螺旋桨发动机的飞机52涡喷发动机53涡喷发动机涡喷发动机的工作原理涡喷发动机的进口与地面燃机的进口：气流流动有何不同？涡喷发动机的热力循环涡喷发动机可采用何种复杂循环？5455涡扇发动机56涡扇发动机涡扇与涡喷发动机工作原理的区别涡扇发动机推进效率高的原因是什么？涡扇发动机的热力循环57涡桨发动机涡桨与涡喷、涡扇发动机的主要区别涡桨发动机的热力循环58涡轮轴式59涡轮轴式60定义基本情况热力性能注蒸汽的燃气轮机61四、注蒸汽的燃气轮机循环将余热锅炉产生的蒸汽回注至燃气轮机中，与燃气混合后进入透平膨胀作功，增大了透平中的工质流量而提高了出力，形成注蒸汽循环，或称双工质循环、程氏（大猷）循环。621、定义：注蒸汽的位置63注蒸汽位置燃烧室中压气机出口处透平中间级双压余热锅炉2、注蒸汽循环基本情况64注蒸汽循环机组的排气流量中增加了蒸汽流量，余热锅炉中可回收的热量增加，能产生更多的蒸汽，同时在燃烧室中注入蒸汽后，保持T3＊不变时燃料量要增加，故机组的功率可增加得更多。计算表明，对图⒉26所示机组，功率比原燃气轮机可增加75％左右，高于余热锅炉型联合循环的增加量。至于效率的提高，则与余热锅炉型联合循环的相近，可能达到相对提高40％～50％。注蒸汽对燃机的影响目的降低燃烧过程中产生的NOx量提高出力（航空增大推力）典型注蒸汽循环系统示意图65余热锅炉注蒸汽循环，不仅使燃气轮机功率显著增加，还由于余热锅炉回收来排气热量，使效率也增加，不同于简单注水或蒸汽的情况。注蒸汽的燃气轮机，余热锅炉中产生的蒸汽在作功后成为排气的一部分排入大气，难以回收，因而余热锅炉的给水耗量大，使运行费用增加。66673241sT3、注蒸汽循环热力性能第一种是尽可能地按dηmax来确定注汽量，以更多地提高效率和增大功率，因而在调整通流部分以增加面积的同时，一般要提高转子的强度，改动的工作量较大。第二种是在原有机组的强度允许范围内注入适量的蒸汽，这时只需适当增大透平通流部分的面积。按这种原则改型时，转子部分的结构可保持原状，改型方便，周期较短。当然，改型后机组效率和功率的提高将低于上面一种。注蒸汽时保持机组功率不变，使燃气初温显著降低，延长机组工作寿命，并可能提高机组效率。684、注蒸汽的燃气轮机改型的两种考虑原则考虑因素透平通流部分的面积转子的强度举例：69用LM5000三轴燃气轮机改型得到的机组，注蒸汽分为高压和低压两个部分（由双压余热锅炉供给），注汽率分别为7％和4.3％（注入蒸汽流量与压气机出口空气流量之比），高压蒸汽注入压气机出口和燃烧室中，低压蒸汽注入低压透平中。注蒸汽后机组功率由33210kw增至51520kw，增加55％，机组效率由36.4％提高到43.2％，相对提高18.7％。该LM5000注蒸汽的燃气轮机，在去掉低压蒸汽注入而