2-燃气轮机-第二讲(热力循环)

比功与压比、温比的关系： 比功与压比、温比的关系：
结论2——效率与压比、温比的关系： 结论2——效率与压比、温比的关系： 效率与压比 仅取决于压比π，而与温比τ （1）燃气轮机的循环效率 仅取决于压比 ，而与温比 ）燃气轮机的循环效率η仅取决于压比 无关； 无关； 随压比增大而增大。 （2）效率 随压比增大而增大。 ）效率η随压比增大而增大
其他多种热力循环组合的联合循环
–必要性：单独的一种热力循环各有优缺点，而几种 必要性：单独的一种热力循环各有优缺点， 必要性 热力循环结合使用则可扬长避短，达到理想效果。 热力循环结合使用则可扬长避短，达到理想效果。 –多种热力循环组合的联合循环方式： 多种热力循环组合的联合循环方式： 多种热力循环组合的联合循环方式 间冷再热循环 间冷回热循环 再热回热循环 间冷再热回热循环 燃气-蒸汽联合循环
第二讲
燃气轮机热力循环
一、燃气轮机的理想简单循环 二、理想简单循环效率的影响因素 三、燃气轮机的实际简单循环 四、燃气轮机常见其他热力循环
第一节 燃气轮机的简单循环
思考题一：何为理想循环？ 思考题一：何为理想循环？ 1、理想气体 、 2、稳定流动 、 3、可逆过程 、
二、理想简单循环
思考题二：简单循环的组成？ 思考题二：简单循环的组成？
q3-4= 0
工质在涡轮中膨胀做功，称为膨胀功wT
= c p (T3* − T4* )
= c pT3* (1 − π* -m )
* * p − v图上，wT = 面积3-4-p1 -p2 -3
④4s-1 大气中的等压放热过程
q2 = q4−1 = h − h
* 4
* 1
kJ/kg
q1
= c p (T4* − T1* )
q2
T − s图上，q2 = q4−1 = 面积4-s3 -s1 -1-4
第二节 理想简单循环效率的影响因素
思考题二：理想简单循环的比功和热来自率如何计算？ 思考题二：理想简单循环的比功和热效率如何计算？ 1、理想简单循环的比功Wt 、理想简单循环的比功
• 循环净功 wt = wT-wC
• 讨论影响循环净功的因素
p-v图和T-s图上， ws = 面积1-2-3-4-1
wt = c p (T3* − T4* ) − c p (T2* − T1* )
= cpT1
*[τ(1-
π*-m)-(
π*m-1)]
m=
k −1 k
= f( τ* , π*)
2、理想简单循环的热效率ηs 、
• 循环热效率 ηs = wt/ q1 = 1- π*-m = f(π*) π
• 理想简单循环的比功、效率与压比、温比的关系图形 理想简单循环的比功、效率与压比、
理想简单循环的比功、效率与压比、 理想简单循环的比功、效率与压比、温比的关系
思考题三：比功与压比、温比的关系？ 思考题三：比功与压比、温比的关系？比功与 压比、温比的关系？ 压比、温比的关系？
• 理想简单循环的比功、效率与压比、温比的关系图形 理想简单循环的比功、效率与压比、
比功与压比、温比的关系： 比功与压比、温比的关系：
一定时， 越高， （1）压比 一定时，温比 越高，则比功 n越大； ）压比π一定时 温比τ越高 则比功W 越大； 一定时， 从小到大变化， （2）温比 一定时，随压比 从小到大变化，比功 n呈 ）温比τ一定时 随压比π从小到大变化 比功W 先增后减的趋势，而且存在一个使比功最大的最佳压比 先增后减的趋势，而且存在一个使比功最大的最佳压比 πWmax； 越高， （3）温比是影响最佳压比的唯一因素，温比 越高，则 ）温比是影响最佳压比的唯一因素，温比τ越高 最佳压比越大。 最佳压比越大。
• 工况条件的差别 – (4) 实际工质的比定 压热容和等熵过程指 数随温度、 数随温度、压力等变 并非理想气体； 化，并非理想气体； – (5) 压气机空气流量 与透平燃气流量实际 上不相等； 上不相等； – (6) 实际燃气轮机中 存在轴承摩擦等机械 损失和传动损失。 损失和传动损失。
• 比功和效率变化趋势的异同 – (1)理想循环与实际循环的比功 理想循环与实际循环的比功Wn随压比 和温比 随压比π和温比 理想循环与实际循环的比功 随压比 和温比τ 的变化趋势一致，但实际循环的比功相对较小； 的变化趋势一致，但实际循环的比功相对较小； – (2)理想循环与实际循环的效率 随压比 的变化趋 理想循环与实际循环的效率η 理想循环与实际循环的效率 随压比π的变化趋 势一致，但随温比τ的变化趋势不同 的变化趋势不同： 势一致，但随温比 的变化趋势不同：实际循环的效 随温比τ的增加而增加 率η随温比 的增加而增加；温比一定时，随压比 随温比 的增加而增加；温比一定时，随压比π 从小到大变化，效率η呈先增后减的趋势 呈先增后减的趋势， 从小到大变化，效率 呈先增后减的趋势，而且存 在一个使效率最高的最佳压比πηmax； 效率最高的最佳压比 在一个使效率最高的最佳压比 ； – (3) 实际燃气轮机的使效率 最高的最佳压比 实际燃气轮机的使效率η最高的最佳压比 最高的最佳压比πηmax 通常大于使比功最大的最佳压比 最大的最佳压比πWmax。 通常大于使比功最大的最佳压比 。
再热循环
思考题五：什么是再热循环？ 思考题五：什么是再热循环？为什么采用再热循环能增大比 循环的效率η有所降低 有所降低。 功？循环的效率 有所降低。
–再热循环的特点 • (1)压比和温比一定时，再热循环可使比功增大；但燃 压比和温比一定时，再热循环可使比功增大； 压比和温比一定时 料消耗量和总加热量增加，效率η有所降低。 料消耗量和总加热量增加，效率 有所降低。 有所降低 相当于在简单循环的膨胀阶段增加一个附加循环， 相当于在简单循环的膨胀阶段增加一个附加循环， 而该附加循环的效率低于简单循环。 而该附加循环的效率低于简单循环。 • (2)再热循环的透平总压比 在分级串联透平之间按几 再热循环的透平总压比π在分级串联透平之间按几 再热循环的透平总压比 何平均分配，可获得最大比功。 何平均分配，可获得最大比功。 两级串联透平的压比最佳分配为： 两级串联透平的压比最佳分配为： n级串联透平之间燃气再热，则各透平的压比最 级串联透平之间燃气再热， 级串联透平之间燃气再热 佳分配为： 佳分配为： • (3)再热循环的排气温度较高，需采用回热器来提高热 再热循环的排气温度较高， 再热循环的排气温度较高 效率，因此适合在余热锅炉型联合循环中使用。 效率，因此适合在余热锅炉型联合循环中使用。 • (4)分级透平之间空间狭小，再热器布置困难。 分级透平之间空间狭小， 分级透平之间空间狭小 再热器布置困难。
◆ 燃气－蒸汽联合循环原理
• 利用燃气轮机排气余热在余热锅炉中将水加热变 为中温中压的过热蒸汽， 为中温中压的过热蒸汽，将此蒸汽引入汽轮机膨 T4* T3* 胀作功， 胀作功，这就相当于一台在 很高而 很低热源之 间工作的热机，其循环效率必定较高。 间工作的热机，其循环效率必定较高。 • 燃气和蒸汽的组合方式不同,联合循环可分为: 余热 燃气和蒸汽的组合方式不同,联合循环可分为: 锅炉型、排气补燃型、 锅炉型、排气补燃型、增压燃烧锅炉型和加热锅 炉给水型
第三节 燃气轮机的实际简单循环
思考题四：比较理想循环与实际循环的差别？ 思考题四：比较理想循环与实际循环的差别？ • 工况条件的差别 – (1)实际的压缩和膨胀过程均 实际的压缩和膨胀过程均 为有损耗的不可逆过程， 为有损耗的不可逆过程，不 是等熵过程； 是等熵过程； – (2)工质实际流动中存在压力 工质实际流动中存在压力 损失， 损失，燃烧室和进排气道内 的吸热和放热过程并非等压； 的吸热和放热过程并非等压； – (3)燃烧室中实际上存在不完 燃烧室中实际上存在不完 全燃烧损失和散热损失； 全燃烧损失和散热损失；
* wc = h2 − h1* kJ/kg
理想气体 定比热
= c p (T2* − T1* )
= c pT1* (π* m − 1)
* T2* p2 = * * T1 p1
* * p − v图上，w cs = 面积1-2-p2 -p1 -1
k-1 k
=π
k −1 * k
–回热循环的特点 • (1)透平排气温度高于压气机出口工质温度时，才能实 透平排气温度高于压气机出口工质温度时， 透平排气温度高于压气机出口工质温度时 现回热循环。 现回热循环。 • (2)回热循环可节省燃料热量，提高热效率。 回热循环可节省燃料热量，提高热效率。 回热循环可节省燃料热量 • (3)回热循环中使比功最大的最佳压比 Wmax与简单循 回热循环中使比功最大的最佳压比π 回热循环中使比功最大的最佳压比 环基本相等或略高一些， 环基本相等或略高一些，而使效率最高的最佳压比 πηmax则比后者低很多 图3-18)。 则比后者低很多(图 。 • (4)回热循环的排气温度已经很低，采用余热锅炉型联 回热循环的排气温度已经很低， 回热循环的排气温度已经很低 合循环的必要性不大。 合循环的必要性不大。 • (5)回热循环会使机组尺寸和重量增加许多，因此在工 回热循环会使机组尺寸和重量增加许多， 回热循环会使机组尺寸和重量增加许多 程实际中应用不多。 程实际中应用不多。
第四节 燃气轮机常见其他热力循环
目 的
增大比功 提高热效率 回热循环
减小尺寸 改善热经济性
改 善 措 施
间冷循环 再热循环 其他多种热力循环组合的联合循环
回热循环
思考题五：什么是回热循环？ 思考题五：什么是回热循环？为什么采用回热循环 能提高燃气轮机热效率？ 能提高燃气轮机热效率？为什么现实生活中回热循 环应用不多? 环应用不多
间冷循环
思考题五：什么是间冷循环？ 思考题五：什么是间冷循环？为什么采用间冷循环能增大比 循环的效率η有所降低 有所降低。 功？循环的效率 有所降低。
–间冷循环的特点 • (1)压比和温比一定时，间冷循环可使比功增大，但循 压比和温比一定时，间冷循环可使比功增大， 压比和温比一定时 环的效率η有所降低 有所降低。 环的效率 有所降低。 相当于在简单循环的压缩阶段增加一个附加循环， 相当于在简单循环的压缩阶段增加一个附加循环， 而该附加循环的效率低于简单循环。 而该附加循环的效率低于简单循环。 • (2)间冷循环压气机的总压比 在分级串联压气机之间 间冷循环压气机的总压比π在分级串联压气机之间 间冷循环压气机的总压比 按几何平均分配，可获得最大比功。 按几何平均分配，可获得最大比功。 n级间冷压气机的最佳间冷压比为： 级间冷压气机的最佳间冷压比为： 级间冷压气机的最佳间冷压比为 • (3) 分级压气机之间须增加间冷器，会增加机组的尺 分级压气机之间须增加间冷器， 寸和重量。 寸和重量。