燃气轮机及其热力循环

燃气轮机装置与运行上海理工大学 能源与动力工程学院 2012-08

第二章 燃气轮机及其热力循环2-1 概述 2-2 燃气轮机热力性能指标热力参数(压比、温比); 性能参数(比功和功率、热效率、耗油率和热耗率等)

2-3 燃气轮机的简单循环 2-4 燃气轮机热力循环计算 2-5 提高燃气轮机热力性能的途径

2-1 概述1 循环分析的目的和一般方法分析动力循环的目的在于，评价该循环在热能对机械 能的连续转换及能量有效利用方面的工作性能，并探讨 影响该循环特性的主要因素。 ⑴ 分析动力循环的一般方法 ①对实际过程加以抽象和概括，将实际循环简化为理想 的可逆循环，分析其热功转换效果及影响因素。 ②在理想可逆循环基础上再考虑实际循环有哪些不可逆 损失，及其产生的原因、大小和改进的办法。 对于实际循环，从能量的有效利用考虑，除需要进行 热效率分析外，一般还应当进行熵产或可用能损失方面 的分析，以便合理评估循环的完善性。 2013-8-10 3

本课程主要讨论相关热力装置的理论循环，重点在于 分析热力循环的能量转换效应，必要时也会涉及一些实 际循环的问题。 ⑵ 对实际气体动力循环所作的理想化处理 ① 实际的气体动力循环中，在循环的不同阶段工质成 份不同，有时是空气，有时是燃气。 燃气的热物性与空气相近 理论分析中视工质为类同空气的某种定比热容理想气体。 ② 实际装置的工作循环是开式的，每个工作循环后均 将废气排弃，更换新的工质。 理论分析时抽象成闭式循环 燃烧过程视为对工质的加热过程 排气过程视为工质的放热过程2013-8-10 4

2-2性能指标

燃气轮机热力性能指标

——衡量一台动力装置好坏的标准。

——有很多，例如经济性、动力性、可靠性、变工况特 性以及排放性能等，需用不同的方法来分析。

主要用热力学方法分析：反映动力性能好坏的指标，常用比功和功率； 反映经济性好坏的指标，常用热效率、耗油率和热耗率等。

一、热力参数1、压比 *—说明工质在压气机内受压缩的程度。

—压气机出口的气流压力与其进口的气流压力的比值。 用滞止压力(总压)表示：

p p*

* 2 * 1

决定循环性能的重要参数

2、温比 *—说明工质被加热的程度。—涡轮前进口燃气温度与压气机进口气流温度的比值 用滞止温度(总温)表示：

T T*

* 3 * 1

决定循环性质的最重要参数

*愈高，性能愈好，但对耐高温材料或冷却技术的要求越高。

二、性能参数1、比功和功率比功w—单位质量工质所做的功，kJ/kg;wC —压气机的比功， kJ/kg; wT —涡轮比功， kJ/kg。 功率N—单位时

间内工质所做的功，kW。 燃气轮机的比功—进入压气机内1kg空气完成 一 个循环后，对外界输出的有效轴功。

(1)循环比功wi忽略机械损失

(又称指示比功、内比功、装置比功)

wi = wT - wC kJ/kg相应的，指示功率、内比功率 ：

Ni = Gc wi

kW

进入压气机的空气流量，kg/s。

wi和Ni:反映机组循环本身动力性能的好坏。

(2)有效比功we考虑机械损失，

设机械效率为 m,则we = wi m= (wT – wC) m 相应的，有效功率： Ne = Gc we kW we和Ne:反映整个机组动力性能的好坏。 kJ/kg

二者关系为：

Ne = Ni m

比功可表征机组的重量和大小。

2、热效率

燃料的低位发 热值，kJ/kg

—燃气轮机输出的有用功与其所耗燃料的热量的比值。 (1)内效率 i ——内比功与热量的比值(装置热效率)燃料空气比 Gf f kg燃料/kg空气 GC

wi wi wi 3600N i i q f Hu G f BHu Hu 燃料流量，kg/s GC

燃料消耗量，kg/h

(2)有效效率 e——有效比功与热量的比值

we we we 3600N e e q f Hu G f BHu Hu GC

e = i m

3、耗油率和热耗率(1)耗油率 ge——产生单位有效功率时的燃料消耗量，kg/(kW h)

G B 3600 f 3600 ge kg/(kW h) Ne Ne e H u——耗油率 ge与有效效率 e成反比关系。 燃机效率越高，同功率下所耗燃料量愈少，经济性愈好。

(2)热耗率 qe——产生单位有效功率所耗的燃料热量，kJ/(kW h)

BHu 3600 qe kJ/(kW h) Ne e——热耗率 qe与有效效率 e成反比关系。

4、有用功系数 ——燃气轮机比功wi与涡轮比功wT的比值，即

wi wC 1wT wT——该系数说明，涡轮发出的功有多少带动负荷。 —— 大时，

(1)同功率的机组中，循环比功较大，装置可造得小些； (2)wC/wT比例小，则压气机对机组性能的影响小。

—— 愈大，装置性能愈好。

稳定流动、稳定流动能量方程式

复习 滞止现象、滞止参数

复习内容1、什么是稳定流动？其条件是什么？所谓稳定流动，就是热力系统在任何截面上，工 质的一切参数都不随时间而变。稳定流动的条件： (1)进出口工质的热力状态不随时间而变； (2)进出口工质的流量相等且不随时间而变； (3)系统与外界交换的一切能量不随时间而变。