燃气轮机10

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燃气轮机原理2

k k 1
可见，
opt,i
k 1 k
1)
2.等压加热过程（2-3）
在燃烧室中完成
1 2 1 2 q23 V2 h2 w23 V3 h3 2 2
其中：w23=0；V2=V3 工质吸收热量为
q1 q23 h3 h2 C p (T3 T2 ) C pT1 (
k 1 k

k 1 k
)
4.等压放热过程（4-1）
1 2 1 2 q41 V4 h4 w41 V1 h1 2 2
其中：w41=0；V3=V4 工质放出热量为
q2 q41 h4 h1 C p (T4 T1 ) C pT1 (

k 1 k
1)
整个循环中，单位质量工质
整个绝热压缩过程，对单位质量工质所作的机械功为
wc,i wc1,i wc 2,i h2 h1
对单位质量工质所作的机械功为
wc ,i wc1,i wc 2,i h2 h1 C p (T2 T1 ) C pT1 (
Cp—定压比热 k----比热比 ---压比 =p2/p1
其中：q11’=0；w11’=0 进气道中，工质动能减小，静焓增加，对工质作的压缩功为
wc1,i
1 2 1 2 V1 V1' h1' h1 2 2
航空燃气轮机：整个压缩过程分两个阶段完成
2). 在压气机中完成（1’-2）对单位质量工质所作的机械功为
wc 2,i w1' 2 h2 h1'
从高温热源（燃烧室）中吸收能量
q1 q23 h3 h2 C p (T3 T2 ) C pT1 (

燃气轮机的实际热力循环

燃气轮机的实际热力循环
作者：水之北
1. 燃气轮机的实际循环 1.1. 燃气轮机的实际循环如图 1 的实线所示，包括四个热力过程：
n n n
熵增的多变压缩过程：空气从 p1 压缩至 p2；略有压降的的加热过程：燃烧后的烟气温度从 T2 升至 T3，压力从 p2 略降至 p3；熵增的多变膨胀过程，热烟气从 p3 膨胀至 p4＝p1，烟温从 T3 降至 T4；等压放热过程，膨胀后的烟气从 T4 冷却至 T1。
h 02 h 01 1 h 02s h 01 c
(1)
其中ηc 是压气机的效率。那么：
h 02 h 02s 1 c h01 c
~1~
(Байду номын сангаас)
过程 1—2 的空气压缩功为：
L c 1 h 02 h 01
(3)
2.2. 略有压降的加热过程 2—3 已知参数：p2，T2，T3；求解参数：p3，q2-3。设燃烧室总压恢复系数为 σb，则：
(8)
将（8）带入（5），得到：
mf h 03 h 02 b H f K 03h 03 h f 2
(9)
2.3. 熵增膨胀过程 3—4 已知参数：p3，T3，p4；求解参数：T4。
~2~
与式（1）类似，3—4 的等熵和熵增过程之间的关系为：
h g3 h g4 T h g3 h g4s h g4 1 T h g3 h g4s
p3 b p2
(4)
设喷油量为 mf，燃油的低发热值为 Hf，燃烧室燃烧效率为ηb，则：
q 23 b m f H f m f h f 2 1 m f h g3 h 02
(5)

燃气轮机运行与维护说明维护运行轮机燃气轮机说明书运行与维护燃气轮机与维护和运行维护运行和维护

• 1.3.2. 压气机转子 .................................................................................................10 • 1.3.3. 压气机静叶 ...................................................................................................11 • 1.4. 燃烧室............................................................................................................20 • 1.4.1. 概述..............................................................................................................20 • 1.4.2. 燃烧外壳支撑缸，燃烧室和联焰管 ..............................................................21 • 1.4.3.火花塞及火焰探测器 ......................................................................................22 • 1.4.4. 燃料喷嘴 ......................................................................................................24 • 1.4.5.过渡段.............................................................................................................25 • 1.4.6.起动未成排污 ..................................................................................................26 • 1.5 透平 ................................................................................................................26 • 1.5.1. 概述..............................................................................................................26 • 1.5.2. 透平转子 .......................................................................................................27 .

燃气轮机原理精讲

发电发设电备设备
功率：50 MW
功率效：率5万：千40瓦%
效率功：率4/0重%量、功率/ 功率体式/重积-燃量最气高、轮的功机动力形率/体积最高的动力形式
-燃气轮机
占地面积小；
占高高地效效面、、积环环小保保；；； 21世纪最具竞争21力世的纪发最电具方式竞；争力的发电
方式；
海军舰船
机车车辆
H. Cohen, G. F. Rogers, H. I. H. Saravanamuttoo
第一章概论 1.1 燃气轮机的组成及工作原理
C- compresser T- Turbine B – Combustion chamber
Simple gas turbine system
1-2 燃气轮机的发展
缺点：需要外部加热系统；这样加热器表面温度给主循环最高温度设定了上限。
现代燃气轮机的结构特点
轻型结构<10KG/PS，重型结构 >15KG/PS 燃气轮机简轻图型：结构：航空机和航空改型舰用燃气轮机，工业轻型（重载轻型）
重型结构：工业燃气轮机
单位功率重量：
金属耐热极限---1100 ℃；涡轮进气温度：1460 ℃
多轴：如果不采用热交换器而获得高的热效率，就要有高压缩比。虽然多级离心式压气机具有高的压比，但其效率要比轴流式的低，所以通常都是采用轴流式压气机。而当压气机在低转速时，由于压气机后几级由于出口面积减小，空气密度降低，气体轴向速度加大，叶片会出现阻塞。这种不稳定区的出现，会发生在燃气轮机起动或低负荷情况。
1-2燃气轮机的发展 1-4 燃气轮机的未来 1-6 燃气轮机涉及的主要学科
2-2 理想燃气轮机循环 2-4 复合燃气轮机循环

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（%）

燃气轮机热力循环原理

燃料的热值是指单位燃料在量热计中燃烧后测得的热量数值。由于燃料燃烧产物中的H2O在冷凝的过程中会放出潜热包括在量热计所测的数值中，所以测出的数值称为高热值。这部分潜热在发动机中是无法利用的，因此要将这部分热量从高热值中减去。燃料在气缸中燃烧后发出的有效热量称为低热值。
• 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NOx生成机理及降低措施

燃气轮机NOx生成机理及降低措施一燃烧过程中NOx生成机理1.热力型NOx生成机理（泽尔道维奇机理）热力型NOx是指空气中的N2在高温条件下氧化生成的氮氧化物，其主要成分是NO。

按照这一机理，空气中的N2在高温下氧化，是通过如下一组不分支的链式反应进行的，生成速率如下式所示：生成NO所需的活化能很大，通常氧原子与燃料中可燃成分之间的活化能较小，反应较快，因此，NO通常不在火焰面上生成，主要生成区域位于火焰下游高温区。

温度对热力型NOx的影响是非常明显的，当温度低于1800K时，热力型NOx生成量很少，当温度高于1800K时，反应逐渐明显，而且随着温度的升高，NOx生成量急剧升高。

从图中可以大致看出，温度在1800K左右时，温度每升高l00K，反应速度将增大6一7倍。

由于在实际燃烧过程中，燃烧室内温度分布通常是不均匀的，如果有局部的高温区域，则在这个区域会生成较多的NOx，它可能会对整个燃烧室内的NOx生成起到关键的作用。

因此，在实际的燃烧器设计过程中应尽量避免局部高温区的形成。

过量空气系数对热力型NOx的影响也是非常明显的，热力型NOx生成量与氧浓度的平方根成正比，即氧浓度增大，在较高的温度下会使氧分子分解的氧原子浓度增加，从而使热力型NOx的生成量增加。

但在实际燃烧过程中情况会更复杂一些，因为过量空气系数的增加一方面增加了氧浓度，另一方面也降低了火焰温度，从总体趋势上来看，随着过量空气系数的增加，NOx生成量先增加，到达一个极值后下降。

气体在高温区域的停留时间对热力型NOx生成也有影响，主要是因为Nox生成反应速度较慢，没有达到化学平衡所致。

在其它条件不变的情况下，气体在高温区停留时间越长，NOx生成量就越大，直到达到化学平衡浓度。

2.快速型NOx生成机理有关快速型NOx的生成机理到目前为止尚有争议，其基本现象是碳氢燃料在过量空气系数小于1的情况下，在火焰面内急剧生成大量的NOx，而CO, H2等非碳氢燃料在空气中燃烧却没有发生这种现象。

燃气轮机考试范围1

燃气轮机考试范围1燃气轮机与联合循环部分考点整理第一章1、燃气轮机的组成及各部分的工作原理燃气轮机装置简称燃气轮机，是一种完整成套的动力装置，是由压气机、燃烧室、透平、有时还有换热器等主要分部组成的回转式热机。

2、燃气蒸汽联合循环的热力学原理及其工作流程用余热锅炉吸收燃气轮机排气的热量产生蒸汽，然后用汽轮机将蒸汽的热量转化为机械功。

3、燃气蒸汽联合循环分类（1）余热锅炉联合循环；（2）补燃余热锅炉联合循环；（3）助燃锅炉联合循环；（4）正压锅炉联合循环；4、燃气蒸汽联合循环与常规蒸汽循环机组的区别（1）联合循环没有多级回热加热系统原因：常规锅炉具有空预器，可以进一步利用锅炉汽水受热面后的烟气余热而不使余热损失掉；而联合循环余热锅炉无空预器，若给水温度过高，排烟温度就会很高，余热浪费掉；（2）联合循环没有单独的除氧器5、燃气蒸汽联合循环基本热力参数计算课本P14~15例1-1；P19习题21第二章1、燃气轮机热力参数和性能参数热力参数：压比（π）、温比（τ）（1）压缩比（压比）：说明工质在压气机内受压缩的程度。

是压气机出口的气流压力与其进口的气流压力的比值。

（2）温度比（温比）：说明工质被加热的程度。

是透平前进口燃气温度与压气机进口气流温度的比值性能参数：比功（nω）、热效率（gtη）（1）比功：进入压气机内1kg空气完成一个循环后，对外界输出的有效轴功（2）热效率：燃气轮机输出的有用功与所耗燃料的热量的比值。

2、理想简单循环性能参数与压比和温比的关系压比π一定时，温比τ越高，比功nω越大，热效率gtη越大；温比τ一定时，改变压比π，可使比功取得最大值。

即从比功nω的角度来π看，压比存在着最佳值，记为ωmax热效率gtη仅取决于压比π，而与温比τ无关，压比π越大，效率gtη越高。

3、实际简单循环的循环性能参数与压比和温比的关系压比π一定时，温比τ越高，比功nω越大,在一定的温比下，存在π使比功nω取得最大值。

2022燃气轮机机电运行工真题模拟及答案(5)

2022燃气轮机机电运行工真题模拟及答案(5)共697道题1、在埋地钢管防腐绝缘层中常使用石油沥青涂层。

特加强级是（）。

（单选题）A. 二油二布B. 三油二布C. 四油三布D. 五油四布试题答案：D2、火花塞产生电弧点燃压缩过的燃料和空气的混合物进行燃烧，燃烧气体膨胀推动活塞向下运动，被称为（）。

（单选题）A. 正常燃烧B. 爆燃C. 非正常燃烧试题答案：A3、进口导叶安装角减小时，压气机的特性线就会向（）移动。

（单选题）A. 右下方B. 右上方C. 左下方D. 左上方试题答案：C4、燃机的燃烧器采用多喷嘴（）燃烧器，另外在燃烧器末段还装有一个空气旁路阀。

（单选题）B. 扩散C. 预混扩散型试题答案：B5、断路器操作开关用于操作断路器的分闸与合闸，共有（）位置。

（多选题）A. 分B. 中间位C. 合试题答案：A,B,C6、G3520C有（）个爆燃传感器，根据振动的幅度发出不同的信号。

（单选题）A. 5B. 10C. 20D. 40试题答案：B7、以下选项中不属于组成燃气轮机的三大部件的是（）。

（单选题）A. 空压机B. 燃烧室C. 燃烧筒过渡段D. 透平试题答案：C8、相对于热端驱动，冷端驱动的燃机转轴所承受的扭力（）。

（单选题）A. 较大B. 较小试题答案：A9、燃气母管的清吹空气接入点在（）。

（单选题）A. MG2-1与VS4-1之间B. VS4-1与VSR-1之间C. VSR-1与GCV之间D. GCV与燃气歧管之间试题答案：D10、燃气轮机的燃烧室是将（）能转换成（）能的装置。

（单选题）A. 化学能，热能B. 化学能，动能C. 热能，动能D. 动能，热能试题答案：A11、（）工况下压气机的前几级容易进入喘振工况。

（单选题）A. 低转速B. 全速C. 并网D. 高速盘车试题答案：A12、燃气轮机火焰中心处于偏置状态的燃烧模式为（）。

（单选题）A. 预混模式B. 扩散模式C. 次点火源预混模式D. 点火源预混模式试题答案：C13、以下属于缸套水冷却系统的是（）。

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临界截面上的参数只与气体性质有关，用来计算流量更方便。
p* A
无因次密流（气动函数） 1 1 cA A k 1 2 k 1 k 1 k 1 q ( A ) A 1 A acr cr k 1 2
k * acr 2 RgTA k 1
单轴轴流式压气机
* L* (105 110%) L st ,i st ,m
2 —“零”级用跨音速级，其余亚音速级 L*
st , Z
(85 ~100%) L* st ,m
双轴轴流压气机
轴流-离心式压气机
1—转速相同 2—高压轴转速高
3-6 压气机的特性线
设计工况: ——就是进行压气机气动计算的某个给定工况。 —— 确定压气机通流部分的形状和几何参数、级数以及叶片的形状、安装角等。设计参数: 相应于设计工况下的压比、流量、转速、效率等。机组实际运行中：压气机不可能只是在特定的设计工况下工作，经常会偏离设计工况点，一些基本参数都是会随时变化的。
n T
* 1
)
这三个参数中，只要其中任意两个参数确定，那么其它参数也就确定了。
叶型表面形成边界层而引起的。
—分为三部分：

摩擦损失—气流流过压气机级时，与叶片表面、气缸壁面
以及气流质点之间，由于相互摩擦效应所引起的能量损耗。与叶型表面的附面层类型有关

分离损失—叶型表面附面层气流分离形成的涡流损失

尾迹损失—叶型后缘的停滞涡流区且气流规律性差
摩擦损失
（附面层内）
尾迹气流规律性差
加，又会改变气体的状态。
（1）通流部分中的摩擦阻力和涡流损失（2）级内的漏气损失；（3）转盘或转鼓端面与气流的摩擦损失；（4）出口速度损失（余速损失）。

对于基元级平面叶栅，流动损失仅指叶型损失。对于压气机级，叶片具有一定的高度，流动损失包括
叶型损失、环端面损失、二次流损失。
一、叶型损失
Cs*与级效率st*之间的关系？

* Cs
* st
重热效应：
量基本上都转换成摩擦热量，使下 * * * * 假设 st ,1 st , 2 st , z st 一级气体的进口温度提高，从而增加了下一级的绝热压缩功，使压气 * * T T cs cs 机的效率降低。 * *
3-4 压气机级中的能量损失
对于整台压气机而言: （一）外部损失

（1）轴承的机械摩擦损失；（2）外气封的漏气损失。
——用机械效率m表示。
——会增加压气机的功率，但不会影响气体的状态。
（二）内部损失
在气体流动过程中产生的摩擦阻力和涡流损失，使部分有用功变为无用的热能，使压气机的功率增
um逐级减小
应用：
小流量或固定式燃机中
（3）等平均直径 Dm=const
内径Dh逐级增大、外径Dt逐级减小
Dm=constum不变来自特点：各级加功量、级数、级效率等介入二者之间；但轮毂与气缸的加工均不便。
应用：前这种形式在固定式压气机中用得不多。
（4）混合式
特点：
前几级等内径、中间等外经、后几级等平均直径
2 cr k 1
1 k 1
速度系数
A cA acr
1 k 1
2 * A k 1
2 h
p* A * RgTA
k 2 A Rg k 1
k 1 k 1
AA

4
(D D )
2 t

按工作条件与特点，可将整个通流部分的级分成为三类：

前级（首级代表）qv1大 1小 T1低，则l1最长 d1最小中间级后级（末级代表）qvmin max T高，则l1最短 d最大
二、多级轴流压气机的通流部分形式
q Acz const
轴向分速
AZ A1
q , Acz
径向间隙
叶栅后的压力高
2、径向间隙端流动损失
叶尖
径向压差一定
cu的存在而形成离心力
叶根

* 刮擦涡损失
主流区满足径向平衡
（严重u>>cu) 静叶栅相反， 3、叶身附面层径向流动的潜移损失由外径向内径移动
压气机级中的损失

从整个叶片看来，其两端的损失要比中间部分的大。
有时在实际考虑叶栅中的叶型损失外，也常将环端面损失和二次流损失平均分配给沿叶高的基元级，用来
4
2 Dt2 (1 d A)
对于空气，A =0.0404。
三、多级压气机的主要性能参数
2．压比
─压气机出口气流压力与进口气流压力的比值
用滞止压力表示：
* p * Z st1 st 2 stZ * p1
* p1 1 pa
3．等熵效率
* * * * * L i i T T T * 1 cs 1 cs Cs cs cs * * * * * Lc ic i1 Tc T1 Tc
在同一转速n和容积流量下，质量流量q发生变化，和C也会变化。
在不同的进气温度下，必须重新绘制压气机的特性曲线。
非常不方便
怎么解决？
应用相似理论，采用通用的相似参数来绘制压气机的特性曲线。 ——压气机的通用特性曲线统一采用四个参数
、
q T1* 压比 √ f1 ( * , p1
折合流量
3-6 压气机的特性线
压气机的特性：
—包括设计工况在内的各种工况下的压气机工作性能。 —即基本参数q、、 n 和C之间相互变化关系的规律。
理论方法：近似，不准确实验方法：实物或模型，可靠
一、压气机的特性线
在转速恒定的条件下，压气机的压比和效率C
随流量q的改变而变化的关系的通称。
f1 (q, n, pa , Ta ) C f 2 (q, n, pa , Ta )
特点：
可逐级增大加功量，级数减少，轴向尺寸缩短；气缸内径加工方便，结构简单；
但是，末级叶片较短，能损大；轮毂加工困难。
应用：运输式燃气轮机
（2）等内径 Dh=const
外径Dt和平均直径Dm逐级降低
特点：
各级加功量减小，级数增多；流动损失较小，效率较高；气缸内孔有锥度，不利加工。
Dh=const

在多级轴流压气机中

最主要是研究通流部分内气流流动情况。
每一个单级的工作原理是完全相同的。

但沿通流部分气流的参数是逐级变化的，所以各级进气状态及流场就不同，其几何参数也各不相同。这样就形成了
各级中不同的气流流动与工作特点。

这些不同点，首先是由于各级的压力、温度、流速及容积流量不同所造成的。
目前燃气轮机的压比在8~20，必须多级串联。 —由若干单级压气机沿轴线方向依次排列组成 —通流部分是渐缩的，叶片高度逐级降低。
16级

在多级压气机中，后一级的进口流场及参数状况，决定于前一级出口的气流情况；而后级的流动状况又对前级存在着一定的影响。
其级与级之间是相互影响、相互联系的。其工作情况及要考虑的问题要比单独级复杂。
z
L
* st , s
* L st ,si i 1
z
* Cs
L* Cs
* st ,s
同一台压气机中，各级的实际工作条件不相同，其等熵压缩功可能彼此差别较大。
* L* st ,1 (55 ~ 75%) Lst ,m
1 亚音速级
st*,s
84~86％ 87~91％ 85~87％
* L* (75 ~ 90%) L st ,2 st ,m
* C s
LC Lst ,i
i 1
z
若压气机作为一个独立的整体使用时，必须考虑外部损失，
压气机消耗的总功率：
PC
m
PC
kW
m 机械效率。
下角标s
四、多级轴流式压气机等熵压缩功的分配
* L* L st ,m Cs / Z
3 跨音速级级数减少
Z
* L st ,si i 1
cZz c1z
cz逐级较显著地减小；降低级的增压能力
AZ A1
cZz c1z
通流面积较快地缩小，末级叶片过短
AZ A1
cZz c1z √
通流面积变化比较平缓均匀
各种通流部分形式示意图
（1）等外径 Dt=const
内径Dh和平均直径Dm逐级增大
Dt=const
ut相等且最大 um逐级增大
应用：
高压比、小流量压气机采用。
混合式
前几级qv大，采用等外径不致使叶片过短
后几级qv小，采用等内径不致使叶片太短
一般前几级等外径、后几级等内径
级数较多时，在一些运输式压气机中用得较多。
三、多级压气机的主要性能参数
1．质量流量q kg/s
压气机进口截面A-A处： q A q ( A ) A A * TA q＝qA＝ AcAAA
主要原因：仔细阅读P102-103 !!!
q
压气机的特性线图 ③等效率曲线
等效率线
三、压气机的通用特性曲线
实际运行条件经常变化（大气条件、地理位置等环境条件）（1）当进气温度Ta不变，只改变pa时对特性线无影响
气体密度和质量流量随pa按正比例变化，和C不改变 (总功率PC变化）
（2）当进气温度Ta变化时对特性线有影响
主流部分
端面附面层
流动细节十分复杂如漏气、间隙、粘性三元
三、二次流损失
叶片有限长，叶片构成环形空间，实际流动复杂。特别是叶根和叶顶附近，存在着一些与主流方向大不相同的二次流动，扰乱主流。