燃氣輪機基礎知識普及

燃氣輪機基礎知識普及燃氣輪機基礎知識普及對于提高燃氣初溫依賴兩種技術的發(fā)展。第一種技術：加強冶金工業(yè)耐高溫合金技術的發(fā)展、加強熱處理工藝技術的研究，以提高渦輪透平材料的耐高溫特性。t3提高速率目前接近25℃/年，MS9001FA已達1288℃。第二種技術：先進的冷卻技術的發(fā)展。新冷卻技術，如內(nèi)冷、薄膜冷卻、發(fā)散冷卻等，冷卻效果提高且冷卻空氣量大幅度下降。目前發(fā)展的蒸汽冷卻技術以及耐高溫陶瓷材料的應用，使燃氣初溫大幅度提高（可達1427℃），可進一步節(jié)約冷卻空氣量。燃氣輪機會在1650~1700℃而終止燃氣初溫的增長。強烈熱輻射會使冷卻無能為力對于降低環(huán)境溫度——同一地區(qū)人類無能為力。——地球上的南北極常年處于低溫；人類測出的最低溫度在南極，為-88℃（185K），常年平均-55℃?！?lián)合循環(huán)才能實現(xiàn)。對于簡單循環(huán)輕型燃機GE公司LM6000PC熱效率最高為43%；工業(yè)型先進燃機熱效率在35%以上。相對來說仍不是很高。

提高循環(huán)熱效率的其他途徑溫比和壓比確定后，進一步提高燃機裝置循環(huán)熱效率必須改進熱力循環(huán)，提高循環(huán)性能。1)采用回熱循環(huán)2)燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)3)間冷循環(huán)（分級壓縮中間冷卻）4)再熱循環(huán)（分級膨脹中間再熱）5)復雜循環(huán)（回熱間冷再熱）這些措施，無論對燃氣輪機裝置的實際循環(huán)，還是理想循環(huán)，都是有效的。充分利用余熱，降低放熱量降低壓氣機壓縮功增加渦輪膨脹功一、回熱循環(huán)在簡單循環(huán)三大件基礎上增加一個熱交換器（即回熱器），利用渦輪的排氣來加熱進入燃燒室的空氣，這樣的循環(huán)稱為回熱循環(huán)。分析實際循環(huán)，注意到燃氣輪機排氣溫度通?？偸歉哂趬簹鈾C出口溫度。循環(huán)加熱和放熱過程的溫度變化范圍有交叉。利用這個溫度交叉，增設回熱器，進行內(nèi)部回熱，可達到提高循環(huán)平均吸熱溫度和降低循環(huán)平均放熱溫度的目的，從而提高循環(huán)的熱效率?；責嵫h(huán)的特點由六個熱力過程組成：1-2壓縮過程；2-2’在回熱器中的預熱過程；2’-3燃燒加熱過程；3-4膨脹做功過程；4-4’在回熱器中的冷卻過程；4’-1大氣中的放熱過程。未考慮壓力損失q2-2’q4-4’①具有較高的熱效率

吸熱溫度增加、放熱溫度降低②循環(huán)比功不變，實際略有減小流阻增加，渦輪膨脹功減小(5%~10%)

③極限回熱T2’*=T4*,T4’*=T2*

實際回熱T2’*<T4*,T4’*>T2*

面積不可能無限大，存在傳熱溫差回熱不完善④溫比一定時，提高壓比，回熱效果變差。當壓比達到回熱極限壓比時，T4*=T2*回熱效果變?yōu)闉跤?。壓比應小于回熱極限壓比。極限回熱—在回熱器中，若燃氣被冷卻到可能的最低溫度，壓縮空氣被預熱到可能的最高溫度，這種回熱稱為極限回熱?！獙μ岣哐b置的內(nèi)部效率最為有利，但由于傳熱必須有溫差，因此無法實現(xiàn)?；責岫醛せ責崞髦校べ|實際接收的廢熱值與理論上能接受的廢熱極限值之比—代表回熱的完善程度，用符號表示，即—一般情況下，回熱度=0.5~0.85最合適。太小，效率不高；過大，則回熱器重量、體積及流動阻力均增大，而機組比功因流阻增加而降低，循環(huán)效率變差?；責嵫h(huán)的應用回熱器是一個龐然大物，使整個機組變得笨重、成本增加、運行啟動復雜。目前，只在大型基本負荷的燃氣輪機機組中采用。對回熱循環(huán)進行能量分析和計算時，要注意吸熱過程、放熱過程初、終態(tài)的變化。這場運動堪稱“十年浩劫”，多少無辜的人慘遭殺害，多少千年古跡毀于一旦。那是一個非人的瘋狂的年代，親友疏遠，人情殆盡。作家秦牧曾這樣記述“革命”期間在廣州街頭的所見：“人們咬著匕首，抬著尸體XX。”“一天早上，當我走回報社的時候，一路看到在樹上吊尸的景象。那些尸體，大多是被打破頭顱、鮮血迸流的。在一德路到人民中路短短一段路程中，我竟見到八具這樣的尸體。”可見，這是一個多么動亂的年代，人的生命如草芥、一錢不值，人性被扭曲變形，就連無辜的對人忠誠親近的小狗也難逃一劫。讓我們一起走進《小狗包弟》，共同感受那段歷史，感受作者巴金對往事的反思與追憶。(出示“學習目標”)【由于學生對“革命”這段歷史普遍不甚了解，更缺乏切身的感受，這對于深入理解“包弟”經(jīng)歷和作者感情都有一定影響，因此，讓學生在課前進行資料搜集整理。這也是自主學習能力的培養(yǎng)?！?二)整體感知1、自由地放聲朗讀課文，整體感知課文內(nèi)容，理清作者思想感情變化的線索。2、小組合作討論。(1)小狗包弟有過哪些經(jīng)歷?(2)隨著包弟經(jīng)歷的發(fā)展，“我”的思想感情有什么變化?討論交流后，請小組代表發(fā)言，教師總結明確：包弟的經(jīng)歷“我”的感情被轉送給“我”高興與“我們”親密相處快樂被追殺憂慮被解剖歉疚(三)主體研讀1-6提高燃氣輪機熱力性能的途徑對于簡單循環(huán)

提高

減少

采用較高的

各部件效率

C*

T*

B壓力損失，提高總壓保持系數(shù)

溫比

*壓比

*，并按需選擇最佳壓比分析第一條：

B=0.94~0.99

C*

T*燃機發(fā)展初期約85%，壓比也小；后穩(wěn)定在88%水平好長時間；目前達到或接近90%~92%（壓比30）

提高循環(huán)性能很有限（0.90~0.96）

溫比

*=T3*/T1*提高

C*

T*，主要取決于壓氣機和燃氣輪機葉片間氣流通道的設計及加工。提高溫比

*=T3*/T1*——從循環(huán)特性參數(shù)方面來講，這是提高循環(huán)熱效率的主要方向?！憩F(xiàn)在兩方面:

一方面提高燃氣初溫，即透平前溫T3*；一方面降低T1*，即降低環(huán)境溫度T0。對于提高燃氣初溫依賴兩種技術的發(fā)展。第一種技術：加強冶金工業(yè)耐高溫合金技術的發(fā)展、加強熱處理工藝技術的研究，以提高渦輪透平材料的耐高溫特性。

t3提高速率目前接近25℃/年，MS9001FA已達1288℃。第二種技術：先進的冷卻技術的發(fā)展。新冷卻技術，如內(nèi)冷、薄膜冷卻、發(fā)散冷卻等，冷卻效果提高且冷卻空氣量大幅度下降。目前發(fā)展的蒸汽冷卻技術以及耐高溫陶瓷材料的應用，使燃氣初溫大幅度提高（可達1427

℃），可進一步節(jié)約冷卻空氣量。燃氣輪機會在1650~1700℃而終止燃氣初溫的增長。強烈熱輻射會使冷卻無能為力對于降低環(huán)境溫度——同一地區(qū)人類無能為力?！厍蛏系哪媳睒O常年處于低溫；人類測出的最低溫度在南極，為-88℃（185K），常年平均-55℃?！?lián)合循環(huán)才能實現(xiàn)。對于簡單循環(huán)輕型燃機GE公司LM6000PC熱效率最高為43%；工業(yè)型先進燃機熱效率在35%以上。相對來說仍不是很高。

提高循環(huán)熱效率的其他途徑溫比和壓比確定后，進一步提高燃機裝置循環(huán)熱效率必須改進熱力循環(huán)，提高循環(huán)性能。

1)采用回熱循環(huán)

2)燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)

3)間冷循環(huán)（分級壓縮中間冷卻）

4)再熱循環(huán)（分級膨脹中間再熱）

5)復雜循環(huán)（回熱間冷再熱）

這些措施，無論對燃氣輪機裝置的實際循環(huán)，還是理想循環(huán)，都是有效的。充分利用余熱，降低放熱量降低壓氣機壓縮功增加渦輪膨脹功一、回熱循環(huán)

在簡單循環(huán)三大件基礎上增加一個熱交換器（即回熱器），利用渦輪的排氣來加熱進入燃燒室的空氣，這樣的循環(huán)稱為回熱循環(huán)。分析實際循環(huán)，注意到燃氣輪機排氣溫度通?？偸歉哂趬簹鈾C出口溫度。循環(huán)加熱和放熱過程的溫度變化范圍有交叉。利用這個溫度交叉，增設回熱器，進行內(nèi)部回熱，可達到提高循環(huán)平均吸熱溫度和降低循環(huán)平均放熱溫度的目的，從而提高循環(huán)的熱效率?；責嵫h(huán)的特點由六個熱力過程組成：1-2壓縮過程；2-2’在回熱器中的預熱過程；2’-3燃燒加熱過程；3-4膨脹做功過程；4-4’在回熱器中的冷卻過程；4’-1大氣中的放熱過程。未考慮壓力損失q2-2’q4-4’

①具有較高的熱效率

吸熱溫度增加、放熱溫度降低

②循環(huán)比功不變，實際略有減小

流阻增加，渦輪膨脹功減小(5%~10%)

③極限回熱

T2’*=T4*,T4’*=T2*

實際回熱T2’*<T4*,T4’*>T2*

面積不可能無限大，存在傳熱溫差回熱不完善④溫比一定時，提高壓比，回熱效果變差。

當壓比達到回熱極限壓比時，T4*=T2*回熱效果變?yōu)闉跤小?/p>

壓比應小于回熱極限壓比。極限回熱—在回熱器中，若燃氣被冷卻到可能的最低溫度，壓縮空氣被預熱到可能的最高溫度，這種回熱稱為極限回熱?！獙μ岣哐b置的內(nèi)部效率最為有利，但由于傳熱必須有溫差，因此無法實現(xiàn)?；責岫醛せ責崞髦?，工質實際接收的廢熱值與理論上能接受的廢熱極限值之比—代表回熱的完善程度，用符號

表示，即—一般情況下，回熱度

=0.5~0.85最合適。

太小，效率不高；過大，則回熱器重量、體積及流動阻力均增大，而機組比功因流阻增加而降低，循環(huán)效率變差?；責嵫h(huán)的應用回熱器是一個龐然大物，使整個機組變得笨重、成本增加、運行啟動復雜。目前，只在大型基本負荷的燃氣輪機機組中采用。對回熱循環(huán)進行能量分析和計算時，要注意吸熱過程、放熱過程初、終態(tài)的變化。二、燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)思路：利用燃機循環(huán)平均吸熱溫度高和蒸汽動力循環(huán)平均放熱溫度低的特點。

例如燃氣輪機的燃氣初溫高達1200~1500℃，排氣溫度高達300~500℃。先進的蒸汽輪機，排汽溫度只有幾十度，鍋爐的排煙溫度一般只有160~200℃。用途：發(fā)電或熱電聯(lián)產(chǎn)。組成：燃氣輪機及發(fā)電機與余熱鍋爐、蒸汽輪機共同組成的循環(huán)系統(tǒng)，它利用余熱鍋爐回收燃機排氣的部分熱能，產(chǎn)生蒸汽以推動蒸汽輪機發(fā)電，或將部分發(fā)電作功后的乏氣再用于供熱。形式：單軸聯(lián)合循環(huán)；多軸聯(lián)合循環(huán)。最高效率：發(fā)電時的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)ABBGT26-1為58.5%舉例：雙軸聯(lián)合循環(huán)燃氣輪機發(fā)出基本功率Neg；蒸汽輪機發(fā)出附加功率Nest；總功率Ne=Neg+Nest1-2-3-4-1燃氣循環(huán)a-b-c-d-a蒸汽循環(huán)鍋爐中存在傳熱溫差：

Tb*=T5*-Tb*：蒸發(fā)器的溫差，稱為窄點溫度，最適宜的窄點溫度20~25℃；

Tc*=T4*-Tc*：過熱器中溫差，一般小于50℃兩個循環(huán)的熱力參數(shù)間的約束條件應滿足熱平衡方程式：蒸汽吸熱量＝排氣放熱量燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)優(yōu)點：１顯著降低機組耗油率２顯著提高機組功率缺點：增加了蒸汽回路，使機組大為復雜。應用：只適用于地面動力裝置。

20%-30%三、間冷循環(huán)簡單循環(huán)中，壓氣機耗功約占2/3，減少壓縮功，提高循環(huán)比功。

等溫壓縮耗功最少，但很難實現(xiàn)。采用分段冷卻、逐級加壓方法——氣體被壓縮后溫度升高，將其引出來冷卻降溫，再對其加壓、再冷卻……由此降低壓氣機耗功?！诘蛪簤簹鈾CLC與高壓壓氣機HC之間增加一個中冷器IC實現(xiàn)。1-2’

低壓壓氣機中壓縮過程；2’-1’

中冷器中的冷卻過程；1’-2高壓壓氣機中壓縮過程。T-S圖上機組的循環(huán)比功增大對于多級間冷循環(huán)，如何分配壓比最佳？在相同的壓氣機效率

C*和進氣溫度T1*的前提下，最佳壓比分配規(guī)律：

即各級壓比相等，壓縮總耗功最少。間冷循環(huán)的特點—采用間冷循環(huán)后，可使循環(huán)比功Li增大，但壓縮終了溫度T2*會降低，對循環(huán)熱效率不利?！挥袡C組壓比較高時，間冷循環(huán)的熱效率才得益。缺點—采用中冷器，機組尺寸重量增大，設備系統(tǒng)復雜，并需大量冷卻水。應用—