燃气轮机热力循环原理汇总课件

*1第二章燃机的热力循环*1第二章燃机的热力循环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 12 24 4压气机压气机燃气轮机发电装置示意图燃气轮机发电装置示意图燃气轮机发电装置示意图燃气轮机发电装置示意图发电机发电机电电3 3 1800-2300K1800-2300K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*31 1 燃气轮机简单循环热力过程燃气轮机简单循环热力过程2 2 燃气轮机的复杂循环燃气轮机的复杂循环3 3 航空燃气轮机循环航空燃气轮机循环4 4 燃机热力循环计算方法燃机热力循环计算方法*3 燃气轮机简单循环热力过程*4一、一、燃气轮机燃气轮机理想理想简单循环简单循环热力系统热力系统示意图示意图*4一、燃气轮机理想简单循环热力系统*51-2 1-2 等等熵压缩（压气机内）气机内）2-3 2-3 定压吸热（燃烧室内）定压吸热（燃烧室内）3-4 3-4 等熵膨胀（透平内）等熵膨胀（透平内）4-1 4-1 定压放热（排气）定压放热（排气）*51-2 等熵压缩（压气机内）2-3 定压吸热（燃烧*6约定：1.1.压气机进口处空气的状态参数，以下标压气机进口处空气的状态参数，以下标“1 1”表示；表示；2.2.压气机出口（燃烧室进口）状态，以下标压气机出口（燃烧室进口）状态，以下标“2 2”表示；表示；3.3.透平进口（燃烧室出口）状态，以下标透平进口（燃烧室出口）状态，以下标“3 3”表示；表示；4.4.透平的排气状态，以下标透平的排气状态，以下标“4 4”表示。表示。压气机出口压气机出口=燃烧室进口燃烧室进口？透平进口透平进口 =燃烧室出口燃烧室出口？*6约定：压气机出口=燃烧室进口？*7电站燃气轮机循环的主要性能指标电站燃气轮机循环的主要性能指标1.压比压比2.温比温比3.比功比功4.单机功率单机功率5.热效率热效率*7电站燃气轮机循环的主要性能指标*81 1、压比、压比 压气机出口的气体压力压气机出口的气体压力P P2 2与进口的气体压力与进口的气体压力P P1 1之比值，反映工质被压缩的程度。之比值，反映工质被压缩的程度。*81、压比*92、温比 温比是指循环最高温度t3*（燃气初温燃气初温）与最低温度t1*之比值。*92、温比*103、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。比功反映燃机哪方面信息？WGT 与 WT 和 WC 的关系？*103、比功比功反映燃机哪方面信息？*114、单机功率 燃气轮发电机组的输出电电功率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*114、单机功率*12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。*12单机功率标准额定功率*13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。*13单机功率合同额定功率*14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。*14单机功率现场额定功率*15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。*15单机功率尖峰功率*165、热效率、热效率 当工质完成一循环时，把外界加给工质的热量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。转化成为机械功或电功的百分数。有三种计算方法：有三种计算方法：*165、热效率*17 q :每每1kg空气，加给机组的热量；空气，加给机组的热量；f :每每1kg空气，加入的燃料量；空气，加入的燃料量；Hu ：燃料的低热值；：燃料的低热值；Gf ：每秒钟加给机组的燃料量；：每秒钟加给机组的燃料量；PGTG：单机输出电功率：单机输出电功率*17 q :每1kg空气，加给机组的热量；*18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？*18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。*19热耗率 机组每输出产生l kWh的功需要多少焦耳的热量。油耗 每产生lkWh的功所消耗的标准燃油（是指发热量为43124kJ/kg的燃油）的克数。*19热耗率油耗*20燃气轮机理想简单循环性能分析*20燃气轮机理想简单循环性能分析*21理想简单循环比功推导上式*21理想简单循环比功推导上式3 32 24 41 1T Ts sp pp p压气机耗功的计压气机耗功的计算：算：算：算：3241Tspp压气机耗功的计算：燃气轮机作功量的计算：燃气轮机作功量的计算：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：可得：W WGTGT由：由：此式说明，当温度T3和T1一定时，循环净功决定于在循环最高温度在循环最高温度T T3 3和最低和最低温度温度T T1 1一定的情况下，一定的情况下，循循环增压比对比功的影响环增压比对比功的影响3 32 24 41 1T Ts s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*26理想简单循环热效率随压比的提高，循环效率可以一直提高的接近1吗？推导上式*26理想简单循环热效率随压比的提高，循环效率可以一直提高的3 32 24 41 1T Ts s燃气轮机装置循环的计算内容燃气轮机装置循环的计算内容燃气轮机装置循环的计算内容燃气轮机装置循环的计算内容吸热量吸热量吸热量吸热量放热量放热量放热量放热量压气机耗功压气机耗功压气机耗功压气机耗功燃气轮机作功燃气轮机作功燃气轮机作功燃气轮机作功循环净功循环净功循环净功循环净功循环热效率循环热效率循环热效率循环热效率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得得3 32 24 41 1T Ts sp pp p由由得3241Tspp由为循环增压比为循环增压比为循环增压比为循环增压比.因因因因定义定义定义定义 则则则则 显然，定压加热燃气轮机循环的热效率完全显然，定压加热燃气轮机循环的热效率完全显然，定压加热燃气轮机循环的热效率完全显然，定压加热燃气轮机循环的热效率完全取决于循环增压比，并随着取决于循环增压比，并随着取决于循环增压比，并随着取决于循环增压比，并随着的增大而增加。的增大而增加。的增大而增加。的增大而增加。为循环增压比.因定义 则 显然，定压加热燃气轮机循环*30实际简单循环性能分析实际简单循环性能分析*30实际简单循环性能分析*31*31*32比较图比较图7.7 7.7 和图和图7.27.2比较图比较图7.8 7.8 和图和图7.47.4比较图比较图7.7 7.7 和图和图7.87.8*32比较图7.7 和图7.2比较图7.8 和图7.4比较图*33压气机和涡轮的效率压气机和涡轮的效率对比功的影响，谁更大一些？对比功的影响，谁更大一些？目前，压气机和涡轮的效率范围目前，压气机和涡轮的效率范围*33压气机和涡轮的效率对比功的影响，谁更大一些？目前，压气*34燃烧室的损失主要表现燃烧室的损失主要表现在那两个方面，目前的在那两个方面，目前的情况怎样？情况怎样？不完全燃烧；散热损失不完全燃烧；散热损失*34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*35*35*36如何提高燃机的比功和效率？如何提高燃机的比功和效率？提高温比、压比和效率提高温比、压比和效率设计工作设计工作*36如何提高燃机的比功和效率？提高温比、压比和效率设计工作*37 一般来说，T3每提高100，机组比功大约增加2040，热效率增加25 大气温度Ta每降低10，机组比功大约增加410，热效率增加12*37 一般来说，T3每提高100，机组比*38工质流量的差别工质流量的差别为什么涡轮进口燃气的流量比压气为什么涡轮进口燃气的流量比压气机中的空气流量小？机中的空气流量小？为什么为什么wT不能和不能和wC直接作减法运算？直接作减法运算？为什么为什么T3*提高通常会造成效率下降？提高通常会造成效率下降？*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*39第一部分 小结会画图使用热力参数分析热力过程温比和压比对比功和效率的影响损失和效率*39第一部分 小结会画图*401 燃气轮机简单循环热力过程燃气轮机简单循环热力过程2 2 燃气轮机的复杂循环燃气轮机的复杂循环3 3 航空燃气轮机循环航空燃气轮机循环4 4 燃机热力循环计算方法燃机热力循环计算方法*40 燃气轮机简单循环热力过程*41回热循环回热器（回热器（R）：）：Regenerator*41回热循环回热器（R）：Regenerator*42理想理想*42理想*43回热循环：回热循环：优点：提高热效率优点：提高热效率缺点：缺点：1、尺寸大，增加维护费用、尺寸大，增加维护费用 2、不适用高压比燃机、不适用高压比燃机*43回热循环：*44中间冷却器（中间冷却器（IC）：）：Intercooler间冷循环间冷循环*44中间冷却器（IC）：Intercooler间冷循环*45 理论上，间冷次数元穷多时，压缩过程就变为等温压缩，压缩耗功降至最低，循环比功增加最多。最佳压比分配使循环比功最大*45 理论上，间冷次数元穷多时，压缩过程就变为等温压缩*46间冷循环：间冷循环：优点：提高比功优点：提高比功 缺点：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4、降低热效率*46间冷循环：*47再热循环*47再热循环*48 理论上，再热次数元穷多时，膨胀过程就变为等温膨胀，膨胀功达到最大，循环比功增加最多。最佳膨胀比分配使比功最大*48 理论上，再热次数元穷多时，膨胀过程就变为等温膨胀*49再热循环：再热循环：优点：提高比功优点：提高比功 缺点：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*49再热循环：*50间冷再热回热循环*50间冷再热回热循环*51回热、间冷、再热三个循环回热、间冷、再热三个循环热力系统示意图、温熵图、优缺点热力系统示意图、温熵图、优缺点*51回热、间冷、再热三个循环热力系统示意图、温熵图、优缺点*521 燃气轮机简单循环热力过程燃气轮机简单循环热力过程2 2 燃气轮机的复杂循环燃气轮机的复杂循环3 3 航空燃气轮机循环航空燃气轮机循环4 4 燃机热力循环计算方法燃机热力循环计算方法*52 燃气轮机简单循环热力过程*53涡轮喷气发动机的飞机涡轮喷气发动机的飞机*53涡轮喷气发动机的飞机*54涡轮风扇发动机的飞机涡轮风扇发动机的飞机*54涡轮风扇发动机的飞机*55涡轮螺旋桨发动机的飞机涡轮螺旋桨发动机的飞机*55涡轮螺旋桨发动机的飞机*56涡喷发动机*56涡喷发动机*57*57*58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？*58涡喷发动机涡喷发动机的工作原理*59涡扇发动机*59涡扇发动机*60*60*61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*61涡扇发动机涡扇与涡喷发动机工作原理的区别*62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*62涡桨发动机涡桨与涡喷、涡扇发动机的主要区别*631 燃气轮机简单循环热力过程燃气轮机简单循环热力过程2 2 燃气轮机的复杂循环燃气轮机的复杂循环3 3 航空燃气轮机循环航空燃气轮机循环4 4 燃机热力循环计算方法燃机热力循环计算方法*63 燃气轮机简单循环热力过程*64主要内容循环计算的顺序（目的）循环计算的结果（图7.40）单轴燃机循环计算的框图表7.1所示循环计算过程*64主要内容循环计算的顺序（目的）*65*65*66*66*67小结1 燃气轮机简单循环热力过程燃气轮机简单循环热力过程2 2 燃气轮机的复杂循环燃气轮机的复杂循环3 3 航空燃气轮机循环航空燃气轮机循环4 4 燃机热力循环计算方法燃机热力循环计算方法*67小结 燃气轮机简单循环热力过程