燃气轮机基础知识普及

严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020年10月 下午5时 0分20.10.2217:00Oct ober 22, 2020
作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2020年10月22日星期 四5时0分1秒17:00:0122 October 2020
好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。下 午5时0分1秒下 午5时0分17:00:0120.10.22
流阻增加，涡轮膨胀功减小(5%~10%)
③ 极限回热 T2’*=T4*, T4’*=T2* 实际回热T2’*<T4*, T4’*>T2*
面积不可能无限大，存在传热温差
回热不完善 ④温比一定时，提高压比，回热 效果变差。
当压比达到回热极限压比时，T4*=T2* 回热效果变为乌有。
压比应小于回热极限压比。
提高温比* = T3*/T1*
——从循环特性参数方面来讲，这是提高循环 热效率的主要方向。
——表现在两方面: 一方面提高燃气初温，即透平前温T3*； 一方面降低T1*，即降低环境温度T0。
对于提高燃气初温
依赖两种技术的发展。
第一种技术：加强冶金工业耐高温合金技术的发展、加强热处理 工艺技术的研究，以提高涡轮透平材料的耐高温特性。
回热循环的特点
①具有较高的热效率
吸热温度增加、放热温度降低
q 2-2’
q 4-4’
未考虑压力损失
由六个热力过程组成 ： 1-2 压缩过程； 2-2’ 在回热器中的预热过程； 2’-3 燃烧加热过程； 3-4 膨胀做功过程； 4-4’ 在回热器中的冷却过程； 4’-1 大气中的放热过程。
②循环比功不变，实际略有减小
燃气轮机会在1650~1700 ℃而终止燃气初温的增长。
强烈热辐射会使冷却无能为力
对于降低环境温度
——同一地区人类无能为力。 ——地球上的南北极常年处于低温；人类测出的最低
温度在南极，为-88℃（185K），常年平均-55 ℃ 。 ——联合循环才能实现。
对于简单循环
轻型燃机GE公司LM6000PC 热效率最高为43%； 工业型先进燃机热效率在35%以上。 相对来说仍不是很高。
t3提高速率目前接近 25 ℃ /年，MS9001FA已达1288 ℃。
第二种技术：先进的冷却技术的发展。
新冷却技术，如内冷、薄膜冷却、发散冷却等，冷却效果提
高且冷却空气量大幅度下降。
目前发展的蒸汽冷却技术以及耐高温陶瓷材料的应用，使燃气
初温大幅度提高 （可达1427 ℃ ） ，可进一步节约冷却空气量。
专注今天，好好努力，剩下的交给时 间。20.10.2220.10.2217:0017:00:0117:00:01Oct-20
牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。2020年10月22日 星期四5时0分1秒Thur sday, October 22, 2020
相信相信得力量。20.10.222020年10月 22日星 期四5时0分1秒20.10.22
——回热、间冷、再热
——优点 ①可显著提高循环比功； ②可增加循环热效率； ③可降低油耗率等。
——缺点
结构复杂，各种损失大，实际 应用的比功和效率没有理论上 那么高；操作复杂，实际上没 采用过，仅有个别试验机组。
五、复杂循环
树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20.10.2220.10.22Thursday, October 22, 2020
锅炉中存在传热温差：
Tb*=T5*-Tb*：蒸发器 的温差，称为窄点温度，
最适宜的窄点温度
20~25℃；
燃气轮机发出基本功率Neg； 蒸汽轮机发出附加功率Nest ； 总功率Ne= Neg + Nest
Tc*=T4*-Tc*：过热器 中温差，一般小于50℃
1-2-3-4-1燃气循环 a-b-c-d-a蒸汽循环
谢谢大家！
安全在于心细，事故出在麻痹。20.10.2220.10.2217: 00:0117:00:01October 22, 2020
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88对%水C于*平简T好*燃长单机时循发间展环；初目期前约达8到5%或，接压近比9也0%小~9；2%后（稳压定比在30）
提高 各部件效率C* T* B 提高循环性能很有限
减少 压力损失 ，提高总压保持系数 （0.90~0.96）
采用较高的 温比* ，并按需选择最佳压比 压比* 温比* = T3*/T1*
缺点
—采用中冷器，机组尺寸重量增大，设备系统复杂， 并需大量冷却水。
应用
—偶见大型机组，应用并不广泛 。
四、再热循环
增大膨胀功LT，来提高循环比功。
LT
cpTT3* (1
* mT T
)T*
燃气初温T3*越高,
则涡轮膨胀功L
越大
T
燃气初温受金属材料 性能的限制
采用中间再热方法
——气体膨胀后温度降低，将其抽出来 进行补燃加热，使温度升高到T3* ， 再去做功，由此增加涡轮膨胀功。
对于多级间冷循环，如何分配压比最佳？
在相同的压气机效率C*和进气温度T1*的前提下， 最佳压比分配规律：
1
* c1
* c2
* cn
n
* C
* C
n
即各级压比相等，压缩总耗功最少。
间冷循环的特点
—采用间冷循环后，可使循环比功Li增大，但压缩终
了温度T2*会降低，对循环热效率不利。 —只有机组压比较高时，间冷循环的热效率才得益。
提高循环热效率的其他途径
温比和压比确定后，进一步提高燃机装置循环热效率
必须改进热力循环，提高循环性能。
1)采用回热循环
充分利用余热，降低放热量
2)燃气-蒸汽联合循环
3)间冷循环（分级压缩中间冷却） 降低压气机压缩功 4)再热循环（分级膨胀中间再热） 增加涡轮膨胀功
5)复杂循环（回热间冷再热）
人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。17:00:0117:00: 0117:0010/22/2020 5:00:01 PM
安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20.10.2217:00:0117:00O ct-2022-Oct-20
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对回热循环进行能量分析和计算时，要注 意吸热过程、放热过程初、终态的变化。
二、燃气-蒸汽联合循环
思路：利用燃机循环平均吸热温度高和蒸汽动力循 环平均放热温度低的特点。
例如燃气轮机的燃气初温高达1200~1500 ℃，排气温度高 达300~500 ℃ 。先进的蒸汽轮机，排汽温度只有几十度，锅炉 的排烟温度一般只有160~200 ℃ 。
极限回热
—在回热器中，若燃气被冷却到可能的最低 温度，压缩空气被预热到可能的最高温度， 这种回热称为极限回热。
—对提高装置的内部效率最为有利，但由于 传热必须有温差，因此无法实现。
回热度
─回热器中，工质实际接收的废热值与理论上能接受 的废热极限值之比
—代表回热的完善程度，用符号表示，即
C p22 (T2* T2* ) C p42 (T4* T2* )
n
即各级膨胀比相等，机组比功最大。
再热循环的特点
—使循环比功Li增大。
—燃料销量增加，循环吸热量q1增大，使循环热效 率变化不大。
—采用再热燃烧室，使机组复杂，但比间冷循环的中 冷器小得多，且不需冷却水。
应用
—实际应用较多，但未广泛应用。
原因：RB调节控制 复杂和低压涡轮LT高温下工作困难。
五、复杂循环
这些措施，无论对燃气轮机装置的实际循环，还是 理想循环，都是有效的。
一、回热循环
在简单循环三大件基础上增加一个热交换器（即 回热器），利用涡轮的排气来加热进入燃烧室的空 气，这样的循环称为回热循环。
分析实际循环，注意到燃气轮机排 气温度通常总是高于压气机出口温 度。循环加热和放热过程的温度变 化范围有交叉。 利用这个温度交叉，增设回热器， 进行内部回热，可达到提高循环平 均吸热温度和降低循环平均放热温 度的目的，从而提高循环的热效率。
燃气－蒸汽联合循环
优点：
１显著降低机组耗油率
２显著提高机组功率
20%-30%
缺点：增加了蒸汽回路，使机组大为复杂。
应用：只适用于地面动力装置。
三、间冷循环
简单循环中，压气机耗功约占2/3， 减少压缩功，提高循环比功。
Lc
c
T*
pC 1
(
* C
mC
1)
1
C*
T1*越高, 则Lc越大
等温压缩耗功最少，但很难实现。
第一章 燃气轮机及其热力循环
1-1 概述 燃气轮机简介；特点及应用； 1-2 燃气轮机热力性能指标 1-3 燃气轮机的简单循环 1-4/5 燃气轮机热力循环计算 1-6 提高燃气轮机热力性能的途径
分析第一条： B=0.94~0.99
叶1片-6间提提气高流高C通* 燃道T*，的气主设轮要计取及机决加热于工压。力气性机和能燃的气轮途机径
T2* T4*
T2* T2*
1
—一般情况下，回热度=0.5~0.85最合适。
太小，效率不高； 过大，则回热器重量、体积及流动阻 力均增大，而机组比功因流阻增加而降低，循环效率变差。
回热循环的应用
回热器是一个庞然大物，使整个机组变得 笨重、成本增加、运行启动复杂。
目前，只在大型基本负荷的燃气轮机机组 中采用。
两个循环的热力参数间的约束条件 应满足热平衡方程式：
蒸汽吸热量＝排气放热量
GH2O (ic* ib* ) GT (i4* i5* )
GH2O i4* i5* GT ic* ib*
cpT (T4* T5* ) ic* ib*
cpT [(Tc*
TC* ) (Tb* ic* ib*
Tb* )]
采用分段冷却、逐级加压方法
——气体被压缩后温度升高，将其引出 来冷却降温，再对其加压、再冷却 ……由此降低压气机耗功。
——在低压压气机LC与高压压气机HC 之间增加一个中冷器IC实现。
1-2’ 低压压气机中压缩过程； 2’-1’ 中冷器中的冷却过程； 1’-2高压压气机中压缩过程。 T-S图上机组的循环比功增大
——在高压涡轮 HT与低压涡轮LT之间增 设一个再热燃烧室RB实现。
3-4’ 高压涡轮中膨胀过程； 4’-3’ 再热燃烧室的再热过程； 3’-4 低压涡轮中膨胀过程。 T-S图上机组的循环比功增大
对于多级再热循环，如何分配涡轮膨胀比最佳？
最佳膨胀比分配规律：
1
* T1
* T2
* Tn
n
* T
* T
用途：发电或热电联产。
组成：燃气轮机及发电机与余热锅炉、蒸汽轮机共 同组成的循环系统，它利用余热锅炉回收燃机排气 的部分热能，产生蒸汽以推动蒸汽轮机发电，或将 部分发电作功后的乏气再用于供热。
形式：单轴联合循环；多轴联合循环。
最高效率：发电时的联合循环系统ABBGT26-1为58.5%
举例：双轴联合循环