燃气轮机基础知识普及.pptx

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 提高?C* ?T*，主要取决于压气机和燃气轮机叶片间气流通道的设计及加工。 ?C* ?T*燃机发展初期约85%，压比也小；后稳定在88%水平好长时间；目前达到或接近90%~92%（压比30）对于简单循环 提高 减少 采用较高的 各部件效率?C* ?T* ?B ?提高循环性能很有限压力损失，提高总压保持系数?（0.90~0.96）温比?*，并按需选择最佳压比压比?* ? 温比?* = T3*/T1*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。 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。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。 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 2)燃气-蒸汽联合循环 3)间冷循环（分级压缩中间冷却） 4)再热循环（分级膨胀中间再热） 5)复杂循环（回热间冷再热） 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。充分利用余热，降低放热量降低压气机压缩功增加涡轮膨胀功一、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。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 ②循环比功不变，实际略有减小 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。q4-4’q2-2’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。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—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。 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 ℃ 。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