第二章-燃气轮机及其热力循环课件.ppt
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- 第二 燃气轮机 及其 热力 循环 课件
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1、第二章第二章 燃气轮机及其热力循环燃气轮机及其热力循环2-1 概述概述2-2 燃气轮机热力性能指标燃气轮机热力性能指标 热力参数(压比、温比);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)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燃气轮机的简单循环2-4 燃气轮机热力循环计算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提高燃气轮机热力性能的途径2-4 燃气轮机简单循环燃气轮机简单循环 性能的热力计算性能的热力计算首先:根据给定的燃气轮机工作过程参数和各部件效率,计算燃气轮机各截面的气体参数和性能参数;然后:根据所要达到的燃
2、气轮机功率来确定空气流量,或者根据给定的空气流量来计算燃气轮机的功率。热力循环计算的主要步骤热力循环计算的主要步骤一、参数的选取1流量GT和燃料空气比f 二者随燃气轮机工况而变化二者随燃气轮机工况而变化。 GT = GC+Gf -G = GC (1+f-G/GC) kg/s 式中 f = Gf /GC,一般为0.0070.02; G 气封漏气和冷却用空气量,气封漏气和冷却用空气量,kg/s; G/GC 0.020.05。2各部件效率(1)压气机效率)压气机效率 C*一般轴流式压气机一般轴流式压气机 C*=0.830.92 离心式压气机离心式压气机 C*=0.750.85*2121*2121cs
3、sscsCccwhhTTTwhhTTT(2)燃烧室效率燃烧室效率 B(3)涡轮效率)涡轮效率 T* 一般,轴流式涡轮 T*=0.850.93 径流向心式涡轮 T*=0.700.88消耗燃料放出的热量工质吸热量B*3434TT*3s4s34sTTSTShhTTwTwhhTTT 通常通常 B94%99%; B=100%绘制图绘制图1-6。温升温升 TB*= T3*-T2*u0f0*20*3H f)(f)()()f1 (TTcTTcTTcpTpCpTB(4)机械效率)机械效率 m 燃气轮机轴承摩擦等机械损失及驱动附属设备所消燃气轮机轴承摩擦等机械损失及驱动附属设备所消耗的功率,用机械效率来考虑。耗的
4、功率,用机械效率来考虑。 3比热容Cp和绝热指数kT随燃料的品种、燃料空气比和燃烧工况等不同而变化随燃料的品种、燃料空气比和燃烧工况等不同而变化比热容随温度和工质成分变化比热容随温度和工质成分变化变比热容变比热容 复杂精确复杂精确粗算时粗算时可取平均温度下的值或取为定值可取平均温度下的值或取为定值一般一般 m0.970.99一般一般 进气系统的压力损失进气系统的压力损失 PC = P0-P1* 0.010.03 bar 排气系统的压力损失排气系统的压力损失 PT = P4*-P0 0.020.08 bar 燃烧室内的压力损失燃烧室内的压力损失 PB = P2*-P3* =(0.02 0.08)
5、P2* 4压力损失P二、循环的计算 给定的必要条件: 大气条件、机组功率或空气流量、燃气初温、燃料热值、耗油率等。1压缩过程计算 选取压比选取压比C* 、进气道压损、进气道压损 PC、压气机效率、压气机效率 C* ; 计算压气机进出口参数(温度、压力);计算压气机进出口参数(温度、压力); 计算空气的比热容计算空气的比热容cpc ; 计算压气机实际比功计算压气机实际比功wC。2燃烧过程 选取选取燃气初温燃气初温T T3 3* ,计算燃烧室温升,计算燃烧室温升 TB ; 查取查取理论理论燃料空气比燃料空气比f f(查图(查图1-6); 选取燃烧效率选取燃烧效率 B,计算计算实际实际燃料空气比燃料
6、空气比f f; 选取燃烧室压力损失选取燃烧室压力损失 PB。3涡轮膨胀过程计算 选取排气道压损选取排气道压损 PT、涡轮效率、涡轮效率 T* ; 计算涡轮出口压力、排气温度;计算涡轮出口压力、排气温度; 计算涡轮膨胀比计算涡轮膨胀比T* ; 计算燃气的比热容计算燃气的比热容cpT、绝热指数、绝热指数kT ; 计算涡轮实际比功计算涡轮实际比功wT。 4循环性能指标的计算计算燃气流量计算燃气流量GT、燃料消耗量、燃料消耗量B;选取机械效率选取机械效率 m;计算循环比功计算循环比功wi 、内功率、内功率Ni ;计算燃气轮机有效功率计算燃气轮机有效功率Ne ;计算机组耗油率计算机组耗油率ge 、热耗率
7、、热耗率qe ;计算机组的内效率计算机组的内效率 i 、有效功率、有效功率 e 。1-5 燃气轮机燃气轮机 热力计算举例热力计算举例循环计算的目的通常是为了了解机器各处的热力参数及总体循环计算的目的通常是为了了解机器各处的热力参数及总体热力特性,或者是为了验证所取参数的合理性。热力特性,或者是为了验证所取参数的合理性。已知条件:已知条件:一般包括环境温度一般包括环境温度Ta(或或T1*)和环境压力和环境压力pa(或或p1*)、轴功率轴功率Pgt、压比、压比 及燃气初温及燃气初温T3*等。等。选取的参数:选取的参数:压气机的等熵效率压气机的等熵效率 c、透平的等熵效率、透平的等熵效率 T、燃、燃
8、烧室效率烧室效率 B压气机进气道的压损率压气机进气道的压损率 c 、燃烧室的压损率、燃烧室的压损率 B、透平排气道、透平排气道的的 压损率压损率 T等。等。 计算结果:计算结果:系统各处的压力、温度、流量及整机的耗油系统各处的压力、温度、流量及整机的耗油(气)率、(气)率、 耗油(气)量、循环热效率等。耗油(气)量、循环热效率等。例 现拟定按简单燃气轮机循环方案,其轴功率Pg t= 2 7 0 M W , 大 气 条 件 为 Ta= 2 8 8 K 、 pa=0.1013MPa,试进行循环计算。计算时取c=0.88, T=0.90, B=0.98, c =0.02, B=0.03, T=0.0
9、3,=17,T3*=1623K,燃料热值Hu=43124kJ/kg。解 取 cpa=1.005kJ/(kg.K),ka=1.4 cpg=1.156kJ/(kg.K),kg=1.33(1) 压缩过程:KTTa288*1)( 1 .647172884 . 114 . 1121*KTTkakas)( 1 .3592881 .647*12KTTTssc)(40888. 01 .359KTTcccs)(696408288*12KTTTc)/(0 .410408005. 1kgkJTcwcpac(2) 燃烧过程:(3) 膨胀过程:)( 3 .9007 .7221623*34KTTTT)/(4 .8357
10、.722156. 1kgkJTcwTpgT)(7 .72280390. 0KTTsTTT)(0 .82067.15162333. 1133. 1134*KTTkgkgTs67.1517)03. 01 ()03. 01 ()02. 01 ()1)(1)(1 (TBcT)/(1072)6961623(156. 1*)*(23kgkJTTcqpgB)(1623*3KT)(8030 .8201623*34KTTTsTs燃料空气比燃料空气比)/(55198)/(33.156 .60402536. 0hkgskgfqqmmf)/(6 .4460 .4104 .835)02536. 01 ()1 (kgkJ
11、wwfwcTnkgHqfuBB02536. 04312498. 01072)/(6 .6046 .446270000skgwPqngtm)./(2044. 027000055198hkWkgPqbgtmff%84.404084. 04312402536. 06 .446ungtfHw(燃料)/kg(空气)比功(不考虑抽汽冷却时)空气流量耗油量比耗油率热效率(4) 整体性能:作作 业业 习习 题题1压力为1bar、温度为15的空气,以200 m/s的速度流动。试求:当空气完全滞止时的焓、温度和压力。 (已知cp=1.005 kJ/(kg.K) k=1.4)2已知某燃气轮机装置的参数如下:已知某燃
12、气轮机装置的参数如下: 用滞止参数计算用滞止参数计算 p1*=1.05bar t1*=27 t3*=900 压力保持参数压力保持参数 C= B= T=0.98 c*=0.85 T*=0.90 B=0.98 m=0.98 cpc=1.005kJ/(kg.K) cpT=1.147kJ/(kg.K) kc=1.4 kT=1.33 c=9 GCGT=40kg/s Hu=43100kJ/kg试求(试求(1)画出燃气轮机装置的流程图和其实际循环的)画出燃气轮机装置的流程图和其实际循环的p-v图及图及T-s图;图;(2)确定三大件()确定三大件(C、B、T)进出口的参数(压力、温度);)进出口的参数(压力、
13、温度);(3)求燃料空气比)求燃料空气比f和每小时的耗油量和每小时的耗油量B;(4)有效功率)有效功率Ne、有效效率、有效效率 e、耗油率、耗油率ge及热耗率及热耗率qe。 3某一燃气轮机装置,已知某一燃气轮机装置,已知Ne=21000kW,GC=116kg/s,热耗率热耗率qe=13450kJ/(kWh),燃油热值为,燃油热值为Hu=43100kJ/kg。现改烧天然气,其热值为。现改烧天然气,其热值为8000kcaw/Nm3、比重为、比重为rg=0.73kg/Nm3,完全燃烧时所,完全燃烧时所需理论空气量为需理论空气量为G0 =16kg/kg(天然气)。(天然气)。 试求:机组的耗气量试求:
14、机组的耗气量B(Nm3/h)、)、 耗气率耗气率ge(Nm3/ /(kWh) )、)、 有效效率有效效率 e、过量空气系数、过量空气系数 。2-6 提高燃气轮机装置热力性能的途径对于简单循环对于简单循环 提高提高 减少减少 采用较高的采用较高的 各部件效率各部件效率 C* T* B 压力损失压力损失 ,提高总压保持系数,提高总压保持系数温比*压比*,并按需选择最佳压比,并按需选择最佳压比分析第一条: B=0.940.99 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)提高循环性能很有限提高循环性能很有限(0.900.96) 温比 *
15、 = T3*/T1* 提高提高C* T*,主要取决于压气机和燃气轮机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。叶片间气流通道的设计及加工。提高温比提高温比 * = 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。效率的主要方向。表现在两方面表现在两方面: 一方面提高燃气初温一方面提高燃气初温,即透平前温即透平前温T3*; 一方面降低一方面降低T1*,即降低,即降低环境温度T0。对于提高对于提高燃气初温燃气初温依赖两种技术的发展。依赖两种技术的发展。第一种技术:加强第一种技术:加强冶金工业耐高温合金技术的发展、加强热处理工艺冶
16、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,以技术的研究,以提高涡轮透平材料的提高涡轮透平材料的耐高温特性。耐高温特性。 t3提高速率目前接近提高速率目前接近 25 /年,年,MS9001FA已达已达1288 。第二种技术:先进的冷却第二种技术:先进的冷却技术的发展。技术的发展。 新冷却技术,如内冷、薄膜冷却、发散冷却等,冷却新冷却技术,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。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。燃气轮机会由于燃气轮机会由于强烈热
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