燃气轮机与联合循环(第4课复杂循环简介)

第六节 循环计算
➢目的 ✓优化方案
✓了解各处的热力参数及 总体性能
燃料 B
2 C 1
3 G
T
4
压力、温度、流量、耗油量、功率、效率等
✓由部分已知参数推算未知参数
加深理论认识；掌握计算方法；建立数量概念
➢已知条件
环境温度、压力；功率；压比；初温等
➢其他参数
压气机、透平、燃烧室效率；各处压损率等。
➢简化计算方法 ✓ cpacon ； csptgcon ； st
T3*162K3
TC TC
TT T
3
4 4s
b
s
q b cpgT3* cpaT2* 1 . 2 0 1 6 2 3 1 . 0 3 6 7 2 . 4 1 2 5 5 k J /k g
f
qb bH u
0 .9 8 1 2 5 4 5 3 1 2 4 0 .0 2 9 7 0 k g 燃 料 /k g 空 气
a
Tts T3* T4*s 16 82 .4 3 3 7 3 .6 8 K 9
Tt tTts 0 .9 7 2.6 8 7 9 .4 2 K 6
T4* T3* Tt 16 72 .4 2 3 8 6 .6 9 K 6 wt cpgTt 1 .2 7 0 .4 2 86 .7 7 k/k 1 J g
1
Tcs T2*s T1*634.0288346K
a
Tc
T cs c
346 384.4K
0.90
T
* 2
T1* Tc 2 8 8 3 8 4 .46 7 2 .4K
w c c p a T c 1 .0 3 3 8 4 .4 3 9 5 .9 k J/k g
（2）燃烧过程（不考虑流量差别）
已知：
Ta 288K,
pa 0.101M3Pa
T T3*
17, T3* 162K3
2
c 0.90, t 0.92
2s
b 0.98, m 0.99
c 0.01, b 0.03
1
a
t 0.01, cl 0.05
Pgt270MW, Hu431k2J/k4g
求：qm ? qmf ? wn ? gt ?
3
4 4s
b
s
（4）整体性能（不考虑流量差别）
wn mwt wc
0 . 9 8 9 . 7 7 3 . 9 1 9 4 . 0 5 k 7 / k J 1 g
qm
Pw wn
2700 5070 .23 kg/s
47.01
T T3*
qmf fq m
2 2s
0 .02 5.2 9 7 1 .0 7 3 k 7 / 2 0 s g
1 a
3 G
T
4
3
4 4s
b
s
已知： 12, T4* 780K
t 0.87, c 0
b 0,
t 0
求：T3* ?
解：取 g 1.315
T3*
T4*s
g 1
, g
t
T3* T4* T3* T4*s
T
T3* T4*
1
1t t
1
g 1
g t
代入得：T3*128K0
T T3*
2 2s
第五节 复杂循环简介
一、中间再热循环
➢简单循环→再热，比 功、效率如何？
燃料
燃料
HB
LB
C
HT
LT
✓若温比、压比都不变→
w
✓若温比不变，压比↑→
w
➢简单循环→再热，最佳压比如何？
一般，最佳压比↑
制造公司
GE Power Systems ABB-Alstom (ABB 技术) Siemens KWU Mitsubishi Siemens-WH
gt
wn fH u
1 a
45 .43 0.35 3 6.6 5 %
0.02 94537124
TC TC
TT T
3
4 4s
b
s
【例 2-2】已知某燃气轮机
燃料
的进口空气温度T1* 为 288K，
B 2 C
初温 T3* 为 1250K，排气温度 1
T4* 为 760K，压气机内效率c
为 0.80 ， 透 平 内 效 率 T 为
Tts T3* T4*s 16 82 .4 3 3 7 3 .6 8 K 9
Tt tTts 0 .9 7 2.6 8 7 9 .4 2 K 6
T4* T3* Tt 16 72 .4 2 3 8 6 .6 9 K 6
wt cp gT t1fcl 85 .9k 3J /kg
TC TC
12501.3151 13.2 674
T T3*
2 2s
t 13.2
1
a 1
a
1.381 6
T
* 2s
T1*
a
2818.3 21.38659K1
Tcs T2*s T1* 5 9218 380 K 3
Tc
T cs c
30337.88K
0.80
T2* T1* Tc 2 8 3.8 8 7 6 8 .8 6 K 6
T T3*
0.85，燃气轮机的进气管、燃
烧室和排气管的压力损失均
2 2s
忽略不计，试求压气机出口温
1
度。 a
TC TC
TT T
3 G
T
4
3
4 4s
b
s
已知：
T1* 288K, T3* 125K0
T4* 760K, c 0.80
t 0.85, c 0
b 0,
t 0
求：T2* ?
T T3*
2 2s
（1）压缩过程
1
与解法一同。
a
（2）燃烧过程
3
4 4s
b
s
T3*162K3
q b 1 f ch l3 * 1 ch l2 * f
qb
bHu
f
1
cl cpT g3*cpT a2* bHucpT g3*
0 .02 k燃 9 g5 /k料 7 空 g 气
q b 1 f ch l3 * 1 ch l2 *
gt
wn fH u
1 a
47 .01 0.36 3 8.8 6 % 0.02 94730124
TC TC
TT T
3
4 4s
b
s
TC TC
TT T
解二（采用简化方法二） ： T
T3*
取 cpa1.0k3J/k( .g K) a 1.386
2
cpg1.2k0J/k(.g K) g 1.315
2s
pacon ； sptgcon ； st
✓方法一：不考虑空气与燃气的流量差别
✓方法二： q m q g m s q m f q m 1 f cq m l
【例 2-1】 现拟定如图 1-3 所
示的简单燃气轮机循环方案，
燃料
其轴功率 Pgt =270MW，大气条件 为Ta =288K、pa =0.1013MPa，试
➢再热燃气轮机是否适用于联合循环？
三、回热循环 回热器
➢简单循环→回热，比 功、效率如何？
✓若温比、压比都不变→ C
w
➢简单循环→回热，最 佳压比如何？
wmax或 max
max
wmax
➢回热燃气轮机是否适 用于联合循环？
B T
四、间冷、再热和回热联合使用的循环
次数足够多时，循环效率将趋向卡诺循环
TT T
3
4 4s
b
s
（4）整体性能
wn mwt wc
0 . 9 8 9 . 9 5 3 . 9 3 9 4 . 4 5 k 5 / k J 3 g
qm
Pw wn
2700 5090.55 kg/s
45.43
T T3*
qmf fq m
2 2s
0 .02 5 .5 9 9 1 .6 5 5 k 7 / 1 7 s g
国外一些先进燃气轮机发电机组（50Hz）的主要技术参数
机组型号
ISO 基本功率① (MW)
压比
燃气初温 （℃）
供电效率 （%）
PG9351FA
255.6
15.4
1327
36.0
GT26 V94.3A M701F
265
30.0
1235
38.5
265
17.0
1310
38.5
270
17.0
1400
38.2
T T3*
12 k5 /J k0 空 g 气 2
2s
（3）膨胀过程
T 1 C 1 B 1 T
1 a
1 0 . 0 1 0 1 . 0 1 3 0 . 0 1 1 1 7 . 1 6 6
T
* 4s
T* 3
g 1
161.321531 83.34K
g t
16.161.315
1 a
t 12
TC TC
TT T
3
4 4s
b
s
课堂小结
1.第二章之第五节：简要介绍了再热、间冷、回热 等几种复杂循环的燃气轮机，分别分析了 其比功、效率、最佳压比等的变化情况。
2.第二章之第六节：介绍了燃气轮机循环计算的一 般目的、已知条件、待求参数等。结合算例 介绍了循环计算的一般方法。
3.复习：建议在阅读的基础上，籍助于思考题对第 一、第二章的内容做一阶段性的复习总结。
4.作业：第二章练习题1、2、3。
TC TC
TT T
3
4 4s
b
s
【例 2-3】已知某燃气
轮机的压比 为 12，燃
气 的 排 气 温 度 T4* 为
780K，其透平的内效率
T 为 0.87，燃气轮机的
进气管、燃烧室和排气 管的压力损失均忽略不 计，试求燃气轮机的初
温 T3* 。
TC TC
TT T
燃料 B
2 C 1
T T3*
2 2s
1 a
解：取 a 1.386, g 1.ຫໍສະໝຸດ Baidu15
Tt T3* T4* 12 7 5 6 0 40 9 K 0
Tts
Tt t
490576K
0.85
T
* 4s
T3* Tts 12 5 5 7 0 66 7 K 4
TC TC
TT T
3
4 4s
b
s
g
t
T
* 3
T
* 4s
g 1
1.315
解一（采用简化方法一） ：
取 cpa1.0k3J/k( .g K) a 1.386
cpg1.2k0J/k(.g K) g 1.315
TC TC
TT T
3
4 4s
b
s
依部件次序
（1）压缩过程
T T3*
T1*Ta288K
2
2s
a1
1.3861
T
* 2s
T 1* a 288171.386 634.0K
TC TC
TT T
（3）膨胀过程（不考虑流量差别）
T
T 1 C 1 B 1 T
T3*
1 0 . 0 1 0 1 . 0 1 3 0 . 0 1 1 1 7 . 1 6 6 2s 2
T
* 4s
T* 3
g 1
161.321531 83.34K
1
g t
16.161.315
2
B
3
G
C
T
通过计算确定燃气轮机的空气
4
流量 qm 、燃料流量 qmf 、比功 wn 、 1
效率gt 等。
计算时取c =0.90，t =0.92，b =0.98，m =0.99， c =0.01， b =0.03， t =0.01， cl =0.05， =17， T3* =1623K，燃料热值 Hu =43124kJ/kg。