大气参数的变化对整台燃气轮机性能的影响

大气参数的变化对整台燃气轮机性能的影响大气温度ta的影响大气温度对于简单循环燃气轮机及其联合循环的功率和有相当大的影响，这是由于以下三方面原因造成的，即：①随着大气温度的升高，空气的密度变小，致使吸入压气机的空气的质量流量减少，机组的作功能力随之变小；②压气机的耗功量是随吸入的空气的热力学温度成正比关系变化的，即大气温度升高时，燃气轮机的净出力减小；③当大气温度升高时，即使机组的转速和燃气透平前的燃气初温保持恒定，压气机的压缩比将有所下降，这将导致燃气透平作功量的减少，而燃气透平的排气温度却有所增高。这样就会使得燃气轮机及其联合循环的效率和净功率，如图6-6和图6-7所示的那样关系发生变化。图6-6燃气轮机及其联合循环的相对效率与大气温度ta的变化关系（冷却水温恒定为20℃)图6-7燃气轮机及其联合循环的相对输出功率与大气温度t+的变化关系（冷却水温恒定为20℃)由图6-7可知：随着大气温度ta的升高，燃气轮机及其联合循环的相对输出功率都是会下降的，但是，联合循环的相对输出功率减小得要比燃气轮机平缓。这是由于燃气透平的排气温度略有增高，可以在余热锅炉中获取更多的能量，到蒸汽轮机中去作出更大数量的机械功的缘故。当然反之，当大气温度下降时，联合循环的相对输出功率增大的程度则要比燃气轮机少。这是由于当机组的转速和燃气透平前的燃气初温保持恒定时，压气机的压缩比略有增高，致使燃气透平的排气温度有所下降，最后导致蒸汽透平的作功量有所减少的缘故。由图6-6中可以看出：随着大气温度ta的升高，燃气轮机的相对效率是下降的，但其联合循环的相对效率却反而略有增高的趋势。这是由于当大气温度升高时，随着燃气轮机排气温度的增高致使Cηst增大，足以补偿燃气轮机效率ηst的降低。从物理意义上讲，这是由于当大气温度升高时，压气机的出口温度相应地也会增高。为了保证燃气透平前的燃气初温恒定，喷入燃烧室的燃料消耗量就可以减少，其减少的程度将比联合循环总输出功率减小程度更加多一些，致使总的热效率反而略有增大的趋势。当然，随着大气温度的下降，联合循环的效率反而会有略微减小的趋势。但是必须指出：图6-6和图6-7所示的变化关系，是以供给直流冷却式凝汽器的冷却水温恒定(保持为20℃)，即凝汽器的背压恒定不变为前提的。显然，这并不符合实际情况。众所周知，随着大气温度的变化，河水的温度也是会相应变化的。一般来说，河水温度总是要比大气温度略低几度(ta≤0℃时不适用)。这就是说，随着大气温度的变化，即使是直流冷却式的凝汽器的背压也要发生变化的。大气温度较高时，凝汽器的背压就高，大气温度降低时，凝汽器的背压则较低。这种情况对于采用直接空气冷却式的凝汽器以及湿式冷却塔的凝汽器的机组来说更是如此。图6-8中给出了冷却介质(空气或冷却水)的温度对于凝汽器压力的变化关系，可以显示其影响程度。因而大气温度ta对于联合循环机组的相对功率(Pe/Pe0)和相对效率(PccN/Pcc0N)的影响关系应该用图6-9来表示，在该图中引入了对直流冷却水温tcw影响关系的修正。——效率，—·—·功率图6-8河水冷却、湿式冷却塔和空气直接冷却的凝气器压力的近似值（空气的相对湿度为60%)图6-9单压联合循环机组的相对功率（Pe/Pe0)以及相对效率（ηNcc/ηNcc0)与大气温度ta和冷却水温tcw的关系曲线总之，在考虑了冷却水温随大气温度的变化关系后，燃气轮机及其联合循环的相对效率和相对功率随大气温度的变化而相互偏离的程度，就会比图6-6和图6-7所示的减小一些。V94.2燃气轮机输出功率与环境温度的关系见图6-10。按θamb查得的PGT对大气压力可按下式修正：图6-10输出功率与环境温度的关系大气压力pa和海拔高度的影响图6-11相对大气压力与海拔高度的关系大气压力pa的较大幅度的变化，主要是由于机组所在地海拔高度的变迁造成的。图6-11中给出了相对大气压力与海拔高度的关系曲线。图6-11相对大气压力与海拔高度的关系通常，燃气轮机都是按大气压力pa=0.1013Mpa的标准状态进行设计的。如图6-11所示，不同的海拔高度将导致不同的平均大气压力。研究表明：如果大气的温度保持恒定不变，那么，大气压力的变化不会导致燃气轮机效率的增或减，即：大气压力对燃气轮机效率的影响为零。但是，燃气轮机的功率则与吸入的空气压力有密切关系，因为燃气轮机的功率与所吸入的空气的质量流量成正比，而空气的质量流量又与吸气压力pa成正比。显然，燃气轮机的功率应与大气压力pa成正比。当然，在大气温度、机组的转速以及燃气透平前的燃气温度均保持恒定不变的前提下，燃气轮机排气的质量流量以及余热锅炉中可用于蒸汽发生过程的余热，同样也会随大气压力按正比关系发生变化。如果假设蒸汽循环的效率ηst不变(实际情况正是如此)，那么在联合循环中蒸汽轮机的功率也将与大气压力pa成正比。由此可见，在联合循环中由于燃气轮机和蒸汽轮机的功率都与大气压力成正比，因而，联合循环的总功率必然也与大气压力成正比。由于喷入联合循环的燃料量与压气机吸入的空气质量流量成正比，也就是与大气压力成正比，因而，联合循环的效率PccN将与大气压力无关，即：大气压力变化时，PccN将恒定不变。空气绝对湿度H的影响显然，大气的湿度关系到从压气机吸入到燃气轮机的压缩功，透平的膨胀功以及燃烧室中燃料量的摄入量，从而影响到燃气轮机的比功和效率。研究过大气的相对湿度对于燃气轮机效率和比功的影响关系，如图6-12和图6-13所示。从图6-12和图6-13中不难看清：当大气温度为250K、和290K时，相对湿度对于燃气轮机的比功和效率均无影响。这是由于大气温度很低时，即使相对湿度为100%时，大气中所含的水蒸气数量仍然是很少的(即绝对湿度值很小)，其影响是可以忽略不计的。只是当大气温度大于310K(即37℃)后，相对湿度的增加将使燃气轮机的净比功增大，而热效率却有所下降。图6-12在压缩比为10，透平进口温度为1200K时，不同的大气温度条件下，相对湿度对燃气轮机效率的影响关系图6-13压缩比10，透平进口温度为1200K时，不同的大气温度条件下，相对湿度对燃气轮机比功的影响关系图6-14湿度效应的修正曲线GE公司机组采用的对大气湿度的修正曲线，如图6-14所示。它不论大气温度的高低，只是根据大气的绝对湿度H之大小，通过各自的修正系数CHR和CP，来修正机组的热耗率和出率。显然，当机组折合到在设计的大气湿度条件下