燃氣輪機及其熱力循環(huán)

燃氣輪機及其熱力循環(huán)第一頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三第二章燃氣輪機及其熱力循環(huán)2-1概述2-2燃氣輪機熱力性能指標

熱力參數(shù)（壓比、溫比）；性能參數(shù)（比功和功率、熱效率、耗油率和熱耗率等）2-3燃氣輪機的簡單循環(huán)2-4燃氣輪機熱力循環(huán)計算2-5提高燃氣輪機熱力性能的途徑第二頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三1循環(huán)分析的目的和一般方法分析動力循環(huán)的目的在于，評價該循環(huán)在熱能對機械能的連續(xù)轉換及能量有效利用方面的工作性能，并探討影響該循環(huán)特性的主要因素。⑴分析動力循環(huán)的一般方法①對實際過程加以抽象和概括，將實際循環(huán)簡化為理想的可逆循環(huán)，分析其熱功轉換效果及影響因素。②在理想可逆循環(huán)基礎上再考慮實際循環(huán)有哪些不可逆損失，及其產生的原因、大小和改進的辦法。對于實際循環(huán)，從能量的有效利用考慮，除需要進行熱效率分析外，一般還應當進行熵產或可用能損失方面的分析，以便合理評估循環(huán)的完善性。2-1概述6/11/20233第三頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三本課程主要討論相關熱力裝置的理論循環(huán)，重點在于分析熱力循環(huán)的能量轉換效應，必要時也會涉及一些實際循環(huán)的問題。實際的氣體動力循環(huán)中，在循環(huán)的不同階段工質成份不同，有時是空氣，有時是燃氣。燃氣的熱物性與空氣相近理論分析中視工質為類同空氣的某種定比熱容理想氣體。⑵對實際氣體動力循環(huán)所作的理想化處理①②實際裝置的工作循環(huán)是開式的，每個工作循環(huán)后均將廢氣排棄，更換新的工質。理論分析時抽象成閉式循環(huán)燃燒過程視為對工質的加熱過程排氣過程視為工質的放熱過程6/11/20234第四頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三2-2燃氣輪機熱力性能指標性能指標——衡量一臺動力裝置好壞的標準?！泻芏?，例如經(jīng)濟性、動力性、可靠性、變工況特性以及排放性能等，需用不同的方法來分析。主要用熱力學方法分析：反映動力性能好壞的指標，常用比功和功率；反映經(jīng)濟性好壞的指標，常用熱效率、耗油率和熱耗率等。第五頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三一、熱力參數(shù)1、壓比

*—說明工質在壓氣機內受壓縮的程度?！獕簹鈾C出口的氣流壓力與其進口的氣流壓力的比值。

用滯止壓力（總壓）表示：決定循環(huán)性能的重要參數(shù)第六頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三2、溫比

*—說明工質被加熱的程度?！獪u輪前進口燃氣溫度與壓氣機進口氣流溫度的比值用滯止溫度（總溫）表示：決定循環(huán)性質的最重要參數(shù)*愈高，性能愈好，但對耐高溫材料或冷卻技術的要求越高。第七頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三二、性能參數(shù)1、比功和功率比功w—單位質量工質所做的功，kJ/kg；

wC—壓氣機的比功，kJ/kg；

wT—渦輪比功，kJ/kg。功率N—單位時間內工質所做的功，kW。燃氣輪機的比功—進入壓氣機內1kg空氣完成一個循環(huán)后，對外界輸出的有效軸功。第八頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三（1）循環(huán)比功wi

（又稱指示比功、內比功、裝置比功）忽略機械損失

wi=wT-wC

kJ/kg相應的，指示功率、內比功率

：

Ni=Gcwi

kWwi和Ni：反映機組循環(huán)本身動力性能的好壞。進入壓氣機的空氣流量，kg/s。第九頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三（2）有效比功we考慮機械損失，設機械效率為m，則

we=wim=

（wT–wC）m

kJ/kg相應的，有效功率：

Ne=Gcwe

kW

we和Ne：反映整個機組動力性能的好壞。

二者關系為：Ne=Nim

比功可表征機組的重量和大小。第十頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三2、熱效率—燃氣輪機輸出的有用功與其所耗燃料的熱量的比值。（1）內效率i

——內比功與熱量的比值（裝置熱效率）（2）有效效率e——有效比功與熱量的比值燃料的低位發(fā)熱值，kJ/kge=i

m燃料消耗量，kg/h燃料流量，kg/s第十一頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三3、耗油率和熱耗率（1）耗油率ge——產生單位有效功率時的燃料消耗量，kg/（kWh）——耗油率ge與有效效率e成反比關系。

燃機效率越高，同功率下所耗燃料量愈少，經(jīng)濟性愈好。第十二頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三（2）熱耗率qe——產生單位有效功率所耗的燃料熱量，kJ/（kWh）——熱耗率qe與有效效率e成反比關系。第十三頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三4、有用功系數(shù)——燃氣輪機比功wi與渦輪比功wT的比值，即——該系數(shù)說明，渦輪發(fā)出的功有多少帶動負荷?！髸r，（1）同功率的機組中，循環(huán)比功較大，裝置可造得小些；（2）wC/wT比例小，則壓氣機對機組性能的影響小?！?，裝置性能愈好。第十四頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三復習穩(wěn)定流動、穩(wěn)定流動能量方程式滯止現(xiàn)象、滯止參數(shù)第十五頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三復習內容1、什么是穩(wěn)定流動？其條件是什么？

所謂穩(wěn)定流動，就是熱力系統(tǒng)在任何截面上，工質的一切參數(shù)都不隨時間而變。穩(wěn)定流動的條件：（1）進出口工質的熱力狀態(tài)不隨時間而變；（2）進出口工質的流量相等且不隨時間而變；（3）系統(tǒng)與外界交換的一切能量不隨時間而變。第十六頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三2、什么是滯止現(xiàn)象？滯止參數(shù)？

滯止現(xiàn)象：當流動工質受到阻礙而使工質流速降為零時所發(fā)生的現(xiàn)象。滯止參數(shù)：通過可逆絕熱壓縮過程使工質流速降為零時所得到的參數(shù)。

滯止焓或總焓i*

滯止溫度或總溫T*

滯止壓力或總壓p*

靜參數(shù)滯止參數(shù)第十七頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三穩(wěn)定流動能量方程式

忽略燃氣輪機進出口的位能差引入滯止焓對于燃氣輪機中的各熱力過程都是適用的。工質吸收的熱量焓差動能差位能差理論軸功穩(wěn)定流動所有工質第十八頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三2-3燃氣輪機的簡單循環(huán)在工質流動的主要流程中，只有壓氣機、燃燒室和渦輪三大件組成——簡單循環(huán)一、穩(wěn)定流動能量方程式在燃氣輪機中的應用任何熱機必須依靠工質經(jīng)過一系列熱力過程完成一個循環(huán)，才能連續(xù)不斷地對外做功。在燃氣輪機中，工質要完成壓縮、加熱、膨脹以及放熱等熱力過程，必需連續(xù)不斷地流進和流出設備。進行熱力學分析時，視穩(wěn)定工作時工質的流動為穩(wěn)定流動，各能量間相互轉化關系服從穩(wěn)定流動能量方程式。第十九頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三燃燒室燃氣輪機循環(huán)進氣壓氣機泵排氣

渦輪燃料1234第二十頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三▲定壓加熱理想循環(huán)1-2等熵壓縮（壓氣機內）2-3

定壓吸熱（燃燒室內）3-4等熵膨脹（燃氣透平內）4-1定壓放熱（排氣，假想換熱器）循環(huán)增壓比

循環(huán)增溫比第二十一頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三簡單循環(huán)

理想簡單循環(huán)實際簡單循環(huán)討論影響循環(huán)動力性和經(jīng)濟性的因素

利用熱力學中的p-v圖和T-s圖研究循環(huán)二、理想簡單循環(huán)假設條件：

工質為理想氣體；熱力過程均是可逆的，無能量損耗；工質的比熱容和流量不變。組成：2個可逆絕熱過程

2個可逆定壓過程

1-2s等熵壓縮2s-3s等壓加熱

3s-4s等熵膨脹

4s-1等壓放熱第二十二頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三1、分析熱力過程

①1-2s壓氣機中的可逆絕熱壓縮過程壓氣機消耗的功用來壓縮氣體，稱為壓縮功wcsq1-2s=0理想氣體定比熱第二十三頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三②2s-3s燃燒室中的等壓加熱過程

與外界沒有功的交換w2s-3s=0

；q1從外界吸收的熱量為q1第二十四頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三③3s-4s渦輪中進行可逆絕熱膨脹過程q3s-4s=0工質在渦輪中膨脹做功，稱為膨脹功wTs第二十五頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三④4s-1大氣中的等壓放熱過程

與外界沒有功的交換w4s-1=0

；向外界放出的熱量為q2

q1q2第二十六頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三討論循環(huán)的比功和熱效率。

2、理想簡單循環(huán)的比功ws循環(huán)比功

ws

=wTs-wCs=q1-q2=

qs

討論影響循環(huán)比功的因素

=cpT1*[*(1-*-m)-(*m-1)]=f(*,*)第二十七頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三影響理想簡單循環(huán)循環(huán)比功ws的重要因素：壓比*和溫比*影響

規(guī)律：

w1*w4*1*2*3*4**第二十八頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三

3、理想簡單循環(huán)的熱效率s循環(huán)熱效率s

=ws/q1=qs/q1=1-q2/

q1

=1-*-m=f(*)q1q2第二十九頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三

4、理想簡單循環(huán)的有用功系數(shù),

=1-*m/*=f(*，*)第三十頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三三、實際簡單循環(huán)

特點：熱力過程中有各種能量損耗，是不可逆的；工質的熱力性質和數(shù)量因燃燒而變。假定條件（為便于與理想循環(huán)比較）：

①具有相同的壓比C*和初始溫度T1*

；

②渦輪前燃氣初溫相同，T3*=T3s*

；③環(huán)境參數(shù)均為p0、T0，即p1*=p0

、T1*=T0

。

第三十一頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三第三十二頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三壓縮膨脹燃燒加熱放熱第三十三頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三1、實際與理想簡單循環(huán)的區(qū)別分析熱力過程：（1）進氣過程1-1ˋ(進氣道、空濾器）

流動阻力,壓力降低但總溫不變第三十四頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三（2）壓縮過程1ˋ-2

絕熱但存在能損，熵增加空氣絕熱指數(shù)相同壓比下，理想壓縮過程與實際壓縮過程所耗功的比值，即為第三十五頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三（3）燃燒過程2-3

存在摩擦和熱阻力，總壓有所降低

燃燒不完全，燃燒效率B<1.0(0.90~1.0)

實際吸熱量降低q1=q1sB第三十六頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三（4）膨脹過程3-4

絕熱但存在能損，熵增加

膨脹終了的壓力大于環(huán)境壓力，即燃氣絕熱指數(shù)絕熱膨脹效率：相同的膨脹比下，實際膨脹過程與理想膨脹過程所作功的比值。第三十七頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三渦輪的實際膨脹比T*第三十八頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三（5）排氣過程4-1（6）工質流量變化（燃燒）

第三十九頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三1、實際與理想簡單循環(huán)的區(qū)別綜合分析結果：

由于各種不可逆因素的存在，機組性能變差。（1）壓氣機耗功wC增大、渦輪膨脹功wT減少，從而使機組比功wi降低，即：

wC=wCs/C*

↑

wT=wTsT*

↓

wi=wT-wC<ws

↓

動力性能變差

（2）工質吸熱量q1減少、放熱量q2增大，從而使機組熱效率i降低，即：

q1=q1sB

↓

q2=cp(T4*-T1*)↑

i=1-wi/q1=1-q2/q1

↓

經(jīng)濟性能惡化

第四十頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三2、實際簡單循環(huán)的比功wi實際簡單循環(huán)存在各種能損，偏離了理想循環(huán)?？捎脙煞N方法表示這兩種能損：

(一)相當于加熱的多變過程

用多變指數(shù)n的大小衡量過程的不可逆程度；只要確定n值，則wT和wC容易求得。

(二)引入比較直觀的參數(shù)

壓氣機絕熱壓縮效率C*；渦輪絕熱膨脹效率T*。

實際采用較多較少采用第四十一頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三燃氣輪機比功wi：

wi

=wT-wC

（工質熱力性質）第四十二頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三3、實際簡單循環(huán)的熱效率i

第四十三頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三簡化處理不考慮壓力損失、物性變化：第四十四頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三

4、實際簡單循環(huán)的有用功系數(shù)

=f

(*，*，C*，T*)第四十五頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三四、影響實際簡單循環(huán)性能的主要因素

溫比*、壓比*、部件效率C*

T*

B、壓力損失下面定性分析各種因素對循環(huán)性能的影響。第四十六頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三1.溫比*、壓比*為了簡化而又使結論不失其一般意義先不考慮壓力損失、物性變化：

第四十七頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三簡化公式第四十八頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三由簡化后的公式可知：當壓比*=1時，比功wi=0、內效率i=0；當壓比*提高時，比功wi和內效率i都增大；但當壓比提高到所謂極限壓比時，壓氣機耗功等于渦輪膨脹功，比功wi=0、內效率i=0。

第四十九頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三最佳壓比兩種極端情況之間，必存在使比功達到極大值的最佳壓比*wimax

和使熱效率達到極大值的最佳壓比*imax

。可對簡化公式的*m求一階偏導數(shù)，并令其等于零求得。第五十頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三實線按計算公式計算繪制，表示比功、內效率隨循環(huán)主要

熱力參數(shù)變化的變化規(guī)律；

虛線按最佳壓比繪制，表示最佳壓比隨溫比的變化規(guī)律。第五十一頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三第五十二頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三第五十三頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三溫比*和壓比*的影響規(guī)律

第五十四頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三☆發(fā)動機壓比的選擇原則Ⅰ發(fā)動機的重量尺寸是主要矛盾，例如軍用機組。

應把壓比選在*wimax

附近，使比功最大，降低空氣耗量以及有關機組的重量尺寸。Ⅱ發(fā)動機的經(jīng)濟性是主要矛盾，例如民用發(fā)電機組。

應把壓比選在*imax附近，使機組熱效率最大，把耗油率降低到最低限度。Ⅲ一般可把壓比取在*wimax與*imax之間，

使經(jīng)濟性和重量尺寸都得到一定照顧。☆在提高燃氣溫度的同時，必須提高壓比。

即T3**，必須*第五十五頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三2、部件效率C*、T*、B的影響

當C*、T*提高時，比功wi和內效率i都增加；當B提高時，內效率i增加。3、壓力損失的影響

壓力損失由進氣道流動阻力、燃燒室流阻和熱阻以及排氣道的流動阻力引起的。壓力損失減小了渦輪膨脹比，使渦輪比功減少，影響了比功和熱效率。T*=

C*↓,一般=0.96~0.90。第五十六頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三2-4燃氣輪機簡單循環(huán)

性能的熱力計算首先：根據(jù)給定的燃氣輪機工作過程參數(shù)和各部件效率，計算燃氣輪機各截面的氣體參數(shù)和性能參數(shù)；然后：根據(jù)所要達到的燃氣輪機功率來確定空氣流量，或者根據(jù)給定的空氣流量來計算燃氣輪機的功率。第五十七頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三熱力循環(huán)計算的主要步驟一、參數(shù)的選取1．流量GT和燃料空氣比f

二者隨燃氣輪機工況而變化。

GT=GC+Gf-G=GC(1+f-G/GC)kg/s

式中

f=Gf/GC，一般為0.007~0.02；G─氣封漏氣和冷卻用空氣量，kg/s；G/GC≈0.02~0.05。第五十八頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三2．各部件效率（1）壓氣機效率C*一般軸流式壓氣機C*=0.83~0.92

離心式壓氣機C*=0.75~0.85第五十九頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三（2）燃燒室效率B（3）渦輪效率T*

一般，軸流式渦輪T*=0.85~0.93

徑流向心式渦輪T*=0.70~0.88

通常B≈94%~99%；B=100%繪制圖1-6。溫升TB*=

T3*-T2*第六十頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三（4）機械效率m

燃氣輪機軸承摩擦等機械損失及驅動附屬設備所消耗的功率，用機械效率來考慮。

3．比熱容Cp和絕熱指數(shù)kT隨燃料的品種、燃料空氣比和燃燒工況等不同而變化比熱容隨溫度和工質成分變化—變比熱容[復雜精確]粗算時—可取平均溫度下的值或取為定值一般m≈0.97~0.99第六十一頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三一般進氣系統(tǒng)的壓力損失

PC=P0-P1*≈0.01~0.03bar

排氣系統(tǒng)的壓力損失PT=P4*-P0≈0.02~0.08bar

燃燒室內的壓力損失

PB=P2*-P3*=（0.02~0.08）P2*

4．壓力損失P第六十二頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三二、循環(huán)的計算給定的必要條件：

大氣條件、機組功率或空氣流量、燃氣初溫、燃料熱值、耗油率等。1．壓縮過程計算

選取壓比C*、進氣道壓損PC、壓氣機效率

C*

；計算壓氣機進出口參數(shù)（溫度、壓力）；計算空氣的比熱容cpc

；計算壓氣機實際比功wC。第六十三頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三2．燃燒過程

選取燃氣初溫T3*

，計算燃燒室溫升TB

；

查取理論燃料空氣比f’（查圖1-6）；選取燃燒效率

B，計算實際燃料空氣比f；選取燃燒室壓力損失PB。第六十四頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三3．渦輪膨脹過程計算

選取排氣道壓損PT、渦輪效率

T*

；計算渦輪出口壓力、排氣溫度；計算渦輪膨脹比T*；計算燃氣的比熱容cpT、絕熱指數(shù)kT

；計算渦輪實際比功wT。第六十五頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三4．循環(huán)性能指標的計算計算燃氣流量GT、燃料消耗量B；選取機械效率

m；計算循環(huán)比功wi

、內功率Ni

；計算燃氣輪機有效功率Ne

；計算機組耗油率ge

、熱耗率qe

；計算機組的內效率i

、有效功率e

。第六十六頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三2-5燃氣輪機熱力計算舉例循環(huán)計算的目的通常是為了了解機器各處的熱力參數(shù)及總體熱力特性，或者是為了驗證所取參數(shù)的合理性。已知條件：一般包括環(huán)境溫度Ta(或T1*)和環(huán)境壓力pa(或p1*)、軸功率Pgt、壓比及燃氣初溫T3*等。選取的參數(shù)：壓氣機的等熵效率c、透平的等熵效率T、燃燒室效率B壓氣機進氣道的壓損率c、燃燒室的壓損率B、透平排氣道的

壓損率T等。

計算結果：系統(tǒng)各處的壓力、溫度、流量及整機的耗油（氣）率、耗油（氣）量、循環(huán)熱效率等。第六十七頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三[例]現(xiàn)擬定按簡單燃氣輪機循環(huán)方案，其軸功率Pgt=270MW，大氣條件為Ta=288K、pa=0.1013MPa，試進行循環(huán)計算。計算時取c=0.88，T=0.90，B=0.98，c

=0.02，B=0.03，T=0.03，=17，T3*=1623K，燃料熱值Hu=43124kJ/kg。解取cpa=1.005kJ/(kg.K)，ka=1.4cpg=1.156kJ/(kg.K)，kg=1.33(1)壓縮過程：第六十八頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三(2)燃燒過程：(3)膨脹過程：第六十九頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三燃料空氣比(燃料)/kg(空氣)比功(不考慮抽汽冷卻時)空氣流量耗油量比耗油率熱效率(4)整體性能：第七十頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三作業(yè)習題1．壓力為1bar、溫度為15℃的空氣，以200m/s的速度流動。試求：當空氣完全滯止時的焓、溫度和壓力。（已知cp=1.005kJ/(kg.K)k=1.4）第七十一頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三

2．已知某燃氣輪機裝置的參數(shù)如下：[用滯止參數(shù)計算]p1*=1.05bart1*=27℃t3*=900℃壓力保持參數(shù)C=B=T=0.98c*=0.85T*=0.90B=0.98m=0.98cpc=1.005kJ/(kg.K)cpT=1.147kJ/(kg.K)kc=1.4kT=1.33c=9GC≈GT=40kg/sHu=43100kJ/kg試求（1）畫出燃氣輪機裝置的流程圖和其實際循環(huán)的p-v圖及T-s圖；（2）確定三大件（C、B、T）進出口的參數(shù)（壓力、溫度）；（3）求燃料空氣比f和每小時的耗油量B；（4）有效功率Ne、有效效率e、耗油率ge及熱耗率qe。第七十二頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三3．某一燃氣輪機裝置，已知Ne=21000kW，GC=116kg/s，熱耗率qe=13450kJ/(kW?h)，燃油熱值為Hu=43100kJ/kg?，F(xiàn)改燒天然氣，其熱值為8000kcaw/Nm3、比重為rg=0.73kg/Nm3，完全燃燒時所需理論空氣量為G0=16kg/kg（天然氣）。試求：機組的耗氣量B（Nm3/h）、耗氣率ge（Nm3//(kW?h)）、有效效率

e、過量空氣系數(shù)。第七十三頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三2-6提高燃氣輪機裝置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=0.94~0.99C*

T*燃機發(fā)展初期約85%，壓比也??；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。第七十四頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三提高溫比*=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。第七十五頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三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。燃氣輪機會由于強烈熱輻射會使冷卻無能為力，而終止燃氣初溫的增長。第七十六頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三對于降低環(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wM6000PC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。

第七十七頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三提高循環(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第七十八頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三一、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。第七十九頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三回熱循環(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。第八十頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三極限回熱—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置的內部效率最為有利，但由于傳熱必須有溫差，因此無法實現(xiàn)。第八十一頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三回熱度─回熱器中，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。第八十二頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三回熱循環(huán)的應用回熱器是一個龐然大物，使整個機組般的笨重、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。第八十三頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三二、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℃。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)。用途：發(fā)電或熱電聯(lián)產。最高效率：發(fā)電時的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)ABBGT26-1為58.5%第八十四頁，共九十六頁，編輯于2023年，星期三舉例：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；