燃气轮机组热力计算指标
燃气轮机热力性能分析
燃气轮机热力性能分析燃气轮机是一种广泛应用于发电、航空和工业领域的热力机械设备。
它利用燃料燃烧产生高温高压气流，通过推进器或涡轮驱动发电机、飞机或其他机械设备。
对于燃气轮机的性能分析，不仅可以评估其工作效率和能量利用率，还可以为设备的设计和优化提供依据。
本文将讨论燃气轮机热力性能的分析方法和重要参数。
首先，燃气轮机的热效率是评估其性能的重要指标之一。
热效率定义为输出功率与输入热能之比。
通过测量燃气轮机的输出功率和输入燃料热值，可以计算出其热效率。
燃气轮机的热效率通常可以达到35%至45%，相比于其他传统的发电设备如燃煤发电机组，燃气轮机的热效率较高，因此受到了广泛的应用。
其次，燃气轮机的高温处理能力也是其性能的关键指标之一。
高温处理能力是指燃气轮机可以承受的最高工作温度，包括燃烧室和涡轮。
由于高温有助于提高燃气轮机的效率，因此提高燃气轮机的高温处理能力对于进一步提高性能至关重要。
燃气轮机的高温处理能力受到材料和制造工艺的限制，因此通过提升材料的耐高温性，采用先进的冷却技术和改进燃烧室设计等方法来提高燃气轮机的高温处理能力成为了当前的研究热点。
另外，燃气轮机的压气机效率和燃烧室效率也对其性能有着重要的影响。
压气机效率是指压气机产生的压力比与理论最大压力比之比，直接影响燃气轮机的压缩能力和气流流速。
燃气轮机的压气机效率通常可以达到85%-90%，压气机的提高可以降低燃气轮机的油耗和排放量，提高其综合性能。
而燃烧室效率是指燃烧室内燃料的完全燃烧程度，对燃气轮机的热效率和排放量有着直接影响。
通过优化燃烧室的结构、燃料与空气的混合方式和控制燃烧过程等方法，可以提高燃烧室的效率，从而提高燃气轮机的整体性能。
此外，燃气轮机的响应速度和运行稳定性也是热力性能分析中需要考虑的重要因素。
响应速度是指燃气轮机在负载变化时能够快速调整输出功率的能力，直接影响燃气轮机的适应性和灵活性。
对于涉及到负载快速变化的应用，如航空领域，燃气轮机的响应速度尤为重要。
燃气轮机性能指标
≥80 《火力发电厂厂用电设计规范规程》
≤ 2% DL/T 5153-2014 附录 A
序号
项
目
9 燃机 NOx 排放值（mg/Nm3，15%氧气，干，以 NO2 计) 10 余热锅炉烟囱出口 SO2 排放值（mg/Nm3，3%氧气，干)
性能要求值 （参考） ≤50
≤35
执行标准或计算方法 75%～100%燃机负荷
3 类：昼 间≤65, 项目西侧、南侧、东侧厂界满足 夜间≤
GB12348-2008第3类标准要求；项目北 55；4 类：
昼间≤ 侧厂界满足GB12348-2008第4类标准要 求。
70,夜间 ≤55。
17 工作场所噪声 dB（A）
满足 GBZ2.2-2007 标准要求
序号
项
目
18 全厂循环水排放口，污染物排放指标
3 年平均气象条件下单套燃气-蒸汽联合循环机组最大供热量（GJ/h） ≥860
4 年平均供热工况单套燃气-蒸汽联合循环机组毛出力（MW） 5 冬季纯凝工况燃气-蒸汽联合循环机组毛热耗率（kJ/Kw.h） 6 冬季纯凝工况单套燃气-蒸汽联合循环机组毛出力（MW）
≥380 ≤6150 ≥460
7 余热锅炉保证效率（%） 8 综合厂用电率
19 全厂纯凝工况耗水指标（m3/s.GW） 20 在环境温度为 27℃时设备、管道保温结构表明温度（℃）
性能要求值 （参考）
循环水排 放≤
168t/h； 粉尘≤5； SO2≤35； NOx≤35。
≤0.3
≤50
执行标准或计算方法 满足环评报告批复意见要求 满足水资源报告批复意见要求
燃气轮机性能保证指标
序号
项
目
1 年平均供热工况能源综合利用效率（%）
燃气—蒸汽联合循环技术经济指标计算
实际使用公式：
3.4.8
公式：
其中：
ηcyd——联合循环机组厂用电率，%
Pcyd——联合循环机组厂用电功率，MW
Plh——联合循环机组发电功率，MW
3.4.9
公式：
其中：
b1_dx——等效发电煤耗率，g/(kWh)
qlh——联合循环热耗率，kJ/(kWh)
Qbmdw——标准煤的低位发热量，kJ/kg，一般取值29307.6
图1燃气—蒸汽联合循环机组示意图
如图1所示，燃气—蒸汽联合循环机组的主要设备有：燃气透平（燃气轮机有两种语义，一种是仅指涡轮机，另一种语义是包括涡轮机、燃烧室、压气机的一个整体，注意区分，本文提到的燃气轮机指后一种语义，用燃气透平指前一种语义），压气机，燃烧室，余热锅炉，汽轮机，发电机，凝汽器，给水加热器等。当燃气轮机工作时，压气机从外界大气中吸入空气，并把它压缩到某一压力，同时空气温度也相应提高，然后将空气送入燃烧室与喷入的燃料混合燃烧产生高温高压的燃气，进入燃气透平中膨胀做功，直接带动发电机发电。燃气轮机的排气导入余热锅炉，用以产生高温高压蒸汽驱动汽轮机带动发动机发电。汽轮机排汽再进入凝汽器中放热，凝结水又送入余热锅炉，形成蒸汽动力循环。这样既增加了总输出功率，又利用了燃气轮机和汽轮机各自的优点，使整个循环的热效率提高。
3.4.10
公式：
其中：
b2_dx——联合循环等效供电煤耗率，g/(kWh)
b1_dx——联合循环等效发电煤耗率，g/(kWh)
ηcyd——联合循环机组厂用电率，%
3.4.11
公式：
其中：
Bdxbm——机组等效标煤耗量，kg/h
Gf——燃料的流量，kg/h或m3/h
汽轮机的耗热量计算公式
汽轮机的耗热量计算公式汽轮机是一种利用燃料燃烧产生的热能来驱动涡轮转动，从而产生动力的设备。
在汽轮机中，燃料的热能被转化为机械能，驱动发电机产生电能。
汽轮机的性能参数之一就是其耗热量，也就是燃料燃烧后释放的热能。
在设计和运行汽轮机时，准确计算汽轮机的耗热量是非常重要的。
本文将介绍汽轮机的耗热量计算公式，并对其进行详细解析。
汽轮机的耗热量可以用以下公式进行计算：Q = m C ∆T。
其中，Q表示燃料的热能，单位为焦耳（J）或千焦（kJ）；m表示燃料的质量，单位为千克（kg）；C表示燃料的比热容，单位为焦耳/千克·摄氏度（J/kg·°C）；∆T表示燃料的温度变化，单位为摄氏度（°C）。
在实际应用中，汽轮机的耗热量通常是以千焦（kJ）或兆焦（MJ）为单位进行计算。
为了方便计算和比较，我们可以将上述公式稍作变换：Q = m LHV。
其中，LHV表示燃料的低位热值，单位为千焦/千克（kJ/kg）。
燃料的低位热值是指在燃料完全燃烧的情况下，每单位质量燃料所释放的热能。
不同种类的燃料其低位热值是不同的，常见的燃料低位热值如下，煤炭约为25000 kJ/kg，燃油约为42000 kJ/kg，天然气约为35000 kJ/kg。
通过上述公式，我们可以计算出汽轮机在特定工况下的耗热量。
在实际应用中，汽轮机的耗热量还受到一些其他因素的影响，例如燃料的燃烧效率、汽轮机的效率等。
因此，在实际应用中，需要进行一定的修正和校正，以获得更加准确的结果。
对于汽轮机的设计和运行来说，准确计算汽轮机的耗热量是非常重要的。
首先，汽轮机的耗热量直接关系到汽轮机的性能和效率。
通过合理计算汽轮机的耗热量，可以为汽轮机的设计和优化提供重要的参考依据。
其次，汽轮机的耗热量也直接关系到汽轮机的运行成本。
通过准确计算汽轮机的耗热量，可以合理安排燃料的使用，降低运行成本，提高经济效益。
在实际应用中，汽轮机的耗热量计算还需要考虑一些其他因素。
燃气轮机热力循环原理
• 热耗率 机组每输出产生l kW·h的功需要多
少焦耳的热量。
• 油耗 每产生lkW·h的功所消耗的标准燃
油（是指发热量为43124kJ/kg的燃油） 的克数。
燃气轮机理想简单循环性能分析
理想简单循环比功
w G Tcp T 1 * [(1 m ) (m 1 )]
推导上式
压气机耗功的计算：
3 T
w ch 2h 1cp(T 2T 1)
单机功率
• 合同额定功率 指在事先确定的运行工况下连续运行，
发电机能够保证的出力。
单机功率
• 现场额定功率 指在燃气轮机发电厂所处的当前环境
的条件下，诸如大气压、大气温度、压力 损失等条件下的最大持续功率。
单机功率
• 尖峰功率 在规定的运行条件下，保持一个约定
的短时间内，燃气轮机以高于连续额定功 率安全运行的最大功率。
k1
cpT1TT12
1cpT1
p2 p1
k
1
p 4
2 p
1
k1
cpT1( k 1)
s
燃气轮机作功量的计算：
w Th 3h 4cp(T 3T 4)
k1
k1
cpT 4 T T 4 31 cpT 4 p p4 3 k
1 cpT 4 p p1 2 k
1
一般来说，T3＊每提高 100℃，机组比功大约增加 20％～40％，热效率增加 2％～5％
燃气轮机热力计算方法
燃气轮机热力计算方法燃气轮机是一种常见的热力动力装置，其基本原理是通过燃烧燃料产生高温高压气体，然后利用这些气体的能量驱动轴上的涡轮旋转，最终将能量转化为机械功。
燃气轮机的热力计算方法主要包括燃烧过程的热力分析和性能参数的计算。
下面将从这两个方面进行详细介绍。
1.燃烧过程的热力分析：燃烧过程是燃气轮机中最重要的能量转换过程之一、其基本步骤包括燃料的混合、燃烧和燃气的膨胀。
热力分析主要涉及燃料的供给、燃烧温度和燃料消耗等方面的计算。
1.1燃料供给计算：燃烧过程中，需要按照一定的比例和速度供给燃料。
燃料供给的计算主要涉及燃烧室内的燃料流量和燃烧温度的特点。
根据燃烧室的结构和燃烧运行参数，可以通过质量守恒和能量守恒等原理计算燃料供给的量。
1.2燃料燃烧计算：燃料在燃烧室内与空气发生化学反应，产生燃烧产物和燃烧热。
燃料燃烧的计算主要涉及燃烧反应的热力学性质和燃烧室内的热量传递过程。
可以通过热力学平衡和改良热力学循环等方法，计算燃料的燃烧温度和热量释放。
1.3燃气膨胀计算：在燃烧过程后，高温高压燃气需要经过涡轮的膨胀工作，将能量转化为机械功。
燃气膨胀计算主要涉及涡轮的热力学特性和流体力学特性。
可以通过欧拉方程和涡轮参数的试验数据，计算燃气的温度降和功率输出。
2.性能参数的计算：燃气轮机的性能参数主要包括热效率、功率输出和燃料消耗等。
这些参数的计算可以根据燃气轮机的热力特性和工作参数进行估算。
2.1热效率计算：热效率是燃气轮机性能评价的重要指标之一、可以通过热力分析的结果，计算燃料的燃烧热和输入热量的比值，即可得到燃气轮机的热效率。
2.2功率输出计算：功率输出是燃气轮机性能的直接体现。
可以通过膨胀过程的分析，计算涡轮的工作参数，如转速和压力比等，然后再结合涡轮的机械效率，得到燃气轮机的功率输出。
2.3燃料消耗计算：燃料消耗是燃气轮机运行成本的重要因素。
根据燃料供给和燃烧过程的计算结果，可以得到燃烧室内的燃料消耗量。
燃气轮机基础知识
第一章 绪论
一、燃气轮机发电装置的组成 燃气轮机是近几十年迅速发展起来的热能动力机械。现广泛应用的是按 开式循环工作的燃气轮机。它不断地由外界吸入空气，经过压气机压缩，在 燃烧室中通过与燃料混合燃烧加热，产生具有较高压力的高温燃气，再进入 透平膨胀作功，并把废气排入大气。输出的机械功可作为驱动动力之用。因 此，由压气机、燃烧室、透平再加上控制系统及基本的辅助设备，就组成了 燃气轮机装置。如果用以驱动发电机供应电力，就成了燃气轮机发电装置。
燃气轮机基础知识
第一章 绪论
先进的燃气轮机已普遍应用模块化结构。运输、安装、维修和更换都比 较方便，而且广泛地应用了孔探仪、振动、温度监控、焰火保护等措施，其 可靠性和可用率大为提高，指标已超过了蒸汽轮机电站的相应指标。此外， 在环保方面，出于燃气轮机的燃烧效率很高，排气干净，未燃烧的碳氢化合 物，CO、S0X，等排放物一般的都能够达到严格的环保标准，再结合应用 干式低NOX燃烧室、排气烟道中安装选择性催化还原装置(SCR)等技术措施， 可施使NOX的排放低至9ppm，满足最严格的环保要求。因此，燃气轮机发 电机组，特别是燃气-蒸汽联合循环机组已作基本负荷机组或备用机组得到 了迅速的应用。 燃气轮机的发展主要还是圈绕着增加单机功率，提高效率和经济性，燃 用多种燃料和廉价燃料，减少对环境的有害影响来进行的。诸如加强高温材 料的开发，提高冷却技术，发展闭回路蒸汽冷却燃气轮机，发展新型航空改 型燃气轮机，开发先进的燃气轮机循环，进一步发展清洁煤技术等等。燃煤 的燃气-蒸汽联合循环是“煤的清洁燃绕”技术中最为令人瞩目的项目，是九十 年代到下世纪之初最有发展前途的方式。到目前为止最具竞争力的方案有三 个，即(1)增压流化床方案(PFBC);(2)增压流化床加炭化炉加顶置燃烧室方 案(简称CPFBC燃气· 蒸汽联合循环);(3)整体煤气化联合循环(IGCC)。
燃气轮机基本热力计算方法分析
燃气轮机基本热力计算方法分析燃气轮机是一种广泛应用于发电、动力和空气动力等领域的高效能设备。
作为现代热能转换技术的代表之一，燃气轮机在能源领域的应用中，由于其高效、节能、环保等优点得到广泛认可。
本文将对燃气轮机的基本热力计算方法进行分析和解释。
一、燃气轮机的基本构成燃气轮机的基本构成由压气机、燃烧室、涡轮机和排气系统等部分组成。
其中，压气机和涡轮机是燃气轮机最为重要的两个部分。
压气机通常分为几个级别，每一级都会将气体压缩到更高的压力水平。
涡轮机与之呼应，它的每一级都能够将气体膨胀到更低的压力水平，以产生输出功率。
二、燃气轮机的基本热力计算方法(一)燃气轮机理论计算1. 暴力循环理论计算燃气轮机的第一种基本热力计算方法是按照暴力化循环进行的理论计算方法。
该方法建立在暴力化循环理论基础上，其计算的核心为焓（enthalpy）和熵（entropy）的变化。
以焓为主要参量，根据质量平衡、热平衡和动量平衡等方程组建立理论计算模型，可以计算燃气轮机每个工作过程的热力参量、效率、功率输出等参数。
但该方法的计算结果与实际情况存在较大误差，其适用范围受到较大限制。
2. 热力循环理论计算燃气轮机的第二种基本热力计算方法是按照热力化循环进行的理论计算方法。
该方法基于热力化循环理论，利用每一环节的能量平衡方程，分别计算每一环节的焓值、熵值和热工参数等，进而计算燃气轮机的热力性能和功率输出。
这种方法可以很好的解释燃气轮机的实际工作流程，并对其实际工作流程进行优化和设计。
(二) 燃气轮机实际计算燃气轮机的实际计算主要是根据燃气轮机实际运行过程中的数据和参数值进行计算。
其中，关键参数包括气压、气温、机械转速、燃气流量、压气机和涡轮机出口压力、温度和流量等。
根据燃气轮机的数学模型和各参量关系式进行数值计算，获得燃气轮机工作的各项参数和物理指标，如热效率、机械效率、相对输出功率、热负荷和压缩比等。
(三) 燃气轮机性能的评估和设计评估燃气轮机性能的指标有很多，其中主要指标包括功率输出、热效率、机械效率和可靠性等。
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������
������n qB
=
∗ ∗ ∗ Cp T∗ 3 −T 4 −C p T 2 −T 1 ∗ Cp T∗ 3 −T 2
1 = 1 − T4 ∗ −T ∗ = 1 − 3 2
T ∗ −T ∗
1
k −1 π k
„„„„„„（4）
式中，f——燃料的质量流量与空气的质量流量之比，称为燃料空气比； f = G f kg 燃料/kg 空气；k 为绝热指数；
n
B
3600 G f qn
=η
3600
gt H u
；式中 B 为气耗量
4）热耗率：产生单位有效功率所耗的燃料热量，kJ/（kWh）
qe =
BH u qn
=
3600 η gt
2.联合循环机组的主要参数及性能指标 2.1.联合循环热效率和功比率
热效率和功比率是联合循环的两个基本特性参数， 以常规的余热锅炉型联合 循环（一台燃气轮机、一台余热锅炉、一台汽轮机，电动机可以一台，也可以两 台，也称“一拖一”方案）为例，介绍这两个参数。 余热锅炉型联合循环的热效率指通过燃气轮机获得的轴工和通过汽轮机获 得的轴功之和在加入系统的燃料热中所占的比例，记为ηcc 。 联合循环的功比率是指蒸汽轮机与燃气轮机的轴功之比，记为Scc 。 设燃料全部从燃气轮机燃烧室加入的， 设单位时间内从燃气轮机燃烧室加入 的燃料热为Qf（kJ/s） ；通过燃气轮机获得的轴功为Pgt（kW） ；通过气轮机获得的 轴功为Pst （kW） ；则， ηcc =
∗ ∗ ∗ ∗ ������n = ������T − ������C = Cp T3 − T4 − Cp (T2 − T1 )„„„„„„„（3）
式中，������T ——透平的比功，J/kg 或 kJ/kg； ������C ——压气机的比功，J/kg 或 kJ/kg； Cp ——工质的定压比热（在知道压力、温度时，可查表得出） 。 2）循环热效率：当工质完成一个循环时，输入的热量功转化为输出功的部 分所占的百分数，记为ηgt ，计算公式为： ηgt = fHn =
c
G
Gf 指燃料流量，kg/s；Gc 指进入压气机的空气流量 kg/s； 有效功率：q n = ������n Gc Hu ——燃料的热值，J/kg 或 kJ/kg，通常指低热值； q B ——单位质量空气在燃烧室中吸取的热量，J/kg 或 kJ/kg； 3）耗气率：产生单位有效功率时的燃料消耗量，kg/（kWh） ge = q =
P∗ 2 P∗ 1
„„„„„„„„„„„„（1）
∗ 式中， P1 ——燃气轮机进气道后， 压气机进口导叶前的滞止压力 （上角标 “ *”
表示“滞止”状态） ，Pa 或 MPa，
∗ P2 ——压气机出口处的滞止压力，Pa 或 MPa， ∗ ∗ P1 ，P2 可通过参数测点读出数值。
2）温度比（简称温比） ：透平进口处的温度与压气机进口处的温度之比，若 用τ 表示，计算公式为：
η gt
Mgt
η Ggt
）ηh
G 供电效率：ηN cc = ηcc （1 − ηe ）
式中， ηMgt 为燃气轮机系统的机械效率； ηGgt 为燃气轮机发电机的效率； ηe 为 联合循环的厂用电耗率；ηr1 为燃气轮机燃烧室的燃烧效率，查阅设计资料可得 出该值。
燃气轮机组热力计算指标体系
1.电站燃气轮机热力循环的主要参数及性能指标 1.1.燃气轮机热力循环主要参数
燃料
2
B
3
C
1
图 1 燃气轮机循环热力系统 C—压气机；
T
G
4
B—燃烧室；T—透平；G—发电机；
1—压气机进口；2—压气机出口亦即燃烧室进口； 3—燃烧室出口亦即透平进口；4—透平出口
图 1 为常用的燃气轮机热力系统组成方式， 燃气轮机的热力循环参数主要有 两个：压缩比和温度比。 1）压缩比（简称压比） ：压气机出口压力与进气口压力之比，用π 表示，计 算公式为： π=
τ = T3 ∗ „„„„„„„„„„„„（2）
1
T∗
∗ 式中，T1 ——压气机进口处的滞止温度（在开式燃气轮机循环中，即为环境
温度Te ） ，
∗ T3 ——透平进口处滞止温度，K， ∗ T1 = Te 可通过参数测点读出数值。
1.2.燃气轮机性能指标
描述燃气轮机热力的主要性能指标有两个：比功和循环热效率。 1）比功：指单位质量的空气流过装置时，燃气轮机向外界输出的净功，记 为������n ，忽略燃气和空气在流量上的差异，则
P gt +P st Qf P
„„„„„„„„„„„„„„（5）
Scc = P st „„„„源自„„„„„„„„„（6）gt
设燃汽轮机效率为ηgt ， 汽轮机循环的热效率为ηst ， 余热锅炉的热效率为ηh ， 则通过燃气轮机转化为轴功的部分应为Pgt = ηgt Qf ；通过燃气轮机排气进入余热 锅 炉 的 部 分 为 （1 − ηgt ）Qf ； 在 余 热 锅 炉 中 被 转 移 到 蒸 汽 的 部 分 应 为 （1 − ηgt ）ηh Qf ；通过汽轮机转化为轴功的部分为Pst = （1 − ηgt ）ηh ηst Qf ，将 以上式子代入（5） （6）中，则 ηcc = ηgt + （1 − ηgt ）ηh ηst „„„„„„„„„„„„（7） Scc = [ 1 − ηgt ηh ] η st „„„„„„„„„„„„（8）
gt
η
对于不补燃的余热锅炉，ηh =
T p 1 −T p 2 T p 1 −T 1
；式中，Tp1 为燃气轮机的排气温度，
Tp2 为余热锅炉的排烟温度，T1 为环境温度。
st 联合循环机组发电效率：ηG cc = ηgt + Cηst = ηgt （1 + P ）， gt
P
其中C = （ηr1 − η