燃气轮机原理概述及热力循环.PPT

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1、燃气轮机原理（ Principles of Gas Turbine ）任课教师开课院系联系方式 联系电话1 1主要教学内容n n第一章 概述n n第二章 燃气轮机热力循环n n第三章 燃气轮机主机及主要部件n n第四章 燃气蒸汽联合循环装置n n第五章 燃气轮机发电机组的调节与控制2 2学习参考书n n选用教材：选用教材：选用教材：选用教材：燃气轮机发电动力装置及应用燃气轮机发电动力装置及应用. .林林汝谋，金红光主编汝谋，金红光主编. .北京：中国电力出版社，北京：中国电力出版社，2004.92004.9n n11、燃气轮机及其联合循环发电、燃气轮机及其联合循环发电. .姚秀平编著姚秀平编著

2、. .北京：北京：中国电力出版社，中国电力出版社，2004.102004.10n n22、整体煤气化燃气蒸汽联合循环（、整体煤气化燃气蒸汽联合循环（IGCCIGCC）. .焦树焦树建建 编著编著. .北京：中国电力出版社，北京：中国电力出版社，1996.121996.12n n33、燃气、燃气- -蒸汽联合循环的理论基础蒸汽联合循环的理论基础. .焦树建主编焦树建主编. .北北京：清华大学出版社，京：清华大学出版社，2003.112003.113 3焦树建2007.8黄庆宏 2005.114 4第一章第一章 概概 述述n n第一节第一节 燃气轮机简介燃气轮机简介n n第二节第二节 国外燃气轮机

3、的发展和应用国外燃气轮机的发展和应用概况概况n n第三节第三节 我国燃气轮机的简况我国燃气轮机的简况 5 5第一节第一节 燃气轮机简介燃气轮机简介一、燃气轮机的定义及组成1、定义： 燃气轮机（燃气轮机（Gas Gas TurbineTurbine，GTGT）是）是以连续流动的以连续流动的燃气燃气燃气燃气作为工质带动叶轮作为工质带动叶轮高速旋转，将燃料高速旋转，将燃料的化学能转变为有的化学能转变为有用功的用功的内燃式动力内燃式动力内燃式动力内燃式动力机械。机械。机械。机械。6 62、组成：三大三大基本机械组成部分+辅助传动装备辅助传动装备辅助传动装备辅助传动装备 压气机：Compressor -

4、C 燃烧室：Combustion Chamber -CC 涡轮：Turbine -T7 7Gas Turbine Engine8 89 9Brayton CycleCOMPRESSORAIRCOMBUSTIONCHAMBEREXHAUSTWORKFUELTURBINE101011111212典型航空发动机示意图典型航空发动机示意图典型航空发动机示意图典型航空发动机示意图单晶单晶131314141515二、燃气轮机的工作原理及过程 1、工作原理： 压气机从外部吸入空气，压缩后送入燃烧室，同时燃压气机从外部吸入空气，压缩后送入燃烧室，同时燃料（气体或液体燃料）也喷入燃烧室与高温压缩空气混料（气体或

5、液体燃料）也喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在受控方式下进行燃烧，生成的高温、高压烟气进合，在受控方式下进行燃烧，生成的高温、高压烟气进入透平（涡轮）膨胀做功，推动动力叶片高速旋转，从入透平（涡轮）膨胀做功，推动动力叶片高速旋转，从而使得转子旋转做功。转子做功的大部分（现时情况下而使得转子旋转做功。转子做功的大部分（现时情况下约约2/32/3左右）用于驱动压气机，另约左右）用于驱动压气机，另约1/31/3的功被输出用来的功被输出用来驱动机械设备，如发电机、泵、压缩机等等。透平出来驱动机械设备，如发电机、泵、压缩机等等。透平出来的烟气温度很高，可再利用（如利用余热锅炉进行余热的烟气温度很高，可再利

6、用（如利用余热锅炉进行余热回收利用）或直接排入大气（如航空发动机）。回收利用）或直接排入大气（如航空发动机）。161617172、工作过程：布雷登循环（Brayton Cycle） 吸气压缩吸气压缩 燃烧加热燃烧加热 膨胀做功膨胀做功 排气放热排气放热 比较比较： 蒸汽轮机：蒸汽轮机：朗肯循环朗肯循环（Rankine CycleRankine Cycle） 柴柴 油油 机：机：狄塞尔循环狄塞尔循环（Disel CycleDisel Cycle）1818n n朗肯循环：朗肯循环： 最简单的蒸汽动力循环，最简单的蒸汽动力循环，最简单的蒸汽动力循环，最简单的蒸汽动力循环，由由由由给水泵、锅炉、汽轮机

7、和冷给水泵、锅炉、汽轮机和冷给水泵、锅炉、汽轮机和冷给水泵、锅炉、汽轮机和冷凝器凝器凝器凝器四个主要装置组成。四个主要装置组成。四个主要装置组成。四个主要装置组成。 1-21-21-21-2过程：等熵膨胀过程：等熵膨胀过程：等熵膨胀过程：等熵膨胀 2-3 2-3 2-3 2-3过程：定压（定温）放热过程：定压（定温）放热过程：定压（定温）放热过程：定压（定温）放热 3-4 3-4 3-4 3-4过程：等熵压缩程过程：等熵压缩程过程：等熵压缩程过程：等熵压缩程 4-1 4-1 4-1 4-1过程：定压吸热过程：定压吸热过程：定压吸热过程：定压吸热1919n n狄塞尔循环：狄塞尔循环： 为描述内燃

8、机工质为描述内燃机工质为描述内燃机工质为描述内燃机工质的热力学过程建立的循的热力学过程建立的循的热力学过程建立的循的热力学过程建立的循环。环。环。环。 狄塞尔循环由狄塞尔循环由狄塞尔循环由狄塞尔循环由绝热绝热绝热绝热压缩、定压加热、绝热压缩、定压加热、绝热压缩、定压加热、绝热压缩、定压加热、绝热膨胀和定容放热过程膨胀和定容放热过程膨胀和定容放热过程膨胀和定容放热过程组组组组成的气体可逆循环。柴成的气体可逆循环。柴成的气体可逆循环。柴成的气体可逆循环。柴油机按这种模式工作。油机按这种模式工作。油机按这种模式工作。油机按这种模式工作。 2020三、燃气轮机的主要特点三、燃气轮机的主要特点n n优点

9、：优点： 1 1）重量较轻，体积小；）重量较轻，体积小； 2 2）装置经济性较高；）装置经济性较高； 3 3）启动快，维修方便，）启动快，维修方便，运行可靠，自动化程度运行可靠，自动化程度高，造价低等；高，造价低等； 4 4）不用水或少用水；）不用水或少用水； 5 5）可燃用多种燃料，污）可燃用多种燃料，污染排放低等。染排放低等。n n缺点：缺点： 1 1）单机功率较小；）单机功率较小； 2 2）运行寿命较短（有所）运行寿命较短（有所延长，可达延长，可达2020年）；年）； 3 3）对燃料种类有较高的）对燃料种类有较高的要求（液体和气体燃料要求（液体和气体燃料为主）。为主）。2121第二节第二

10、节 国外燃气轮机的发展及应用国外燃气轮机的发展及应用概况概况一、发展简史 1 1、雏形：中国南宋高宗时的走马灯；、雏形：中国南宋高宗时的走马灯；1515世纪末，意大利世纪末，意大利的的L.L.达达芬奇设计出的烟气转动装置。芬奇设计出的烟气转动装置。22222 2、17911791年，英国年，英国J.J.巴伯首次描述了燃气轮机的工作过程；巴伯首次描述了燃气轮机的工作过程；3 3、18721872年，德国年，德国F.F.施托尔策设计了一台燃气轮机。施托尔策设计了一台燃气轮机。4 4、18721872年，德国年，德国F.F.施托尔策设计了一台燃气轮机。施托尔策设计了一台燃气轮机。5 5、192019

11、20年，德国年，德国H.H.霍尔茨瓦特制成第一台实用的燃气轮机。霍尔茨瓦特制成第一台实用的燃气轮机。6 6、19361936年，瑞士制成第一台能量回收装置。它是利用生产年，瑞士制成第一台能量回收装置。它是利用生产中排放的气体在透平中膨胀作功的装置。中排放的气体在透平中膨胀作功的装置。7 7、19391939年，瑞士制成了效率达年，瑞士制成了效率达1818的的4 4兆瓦发电用燃气轮机兆瓦发电用燃气轮机( (简单循环简单循环) )；德国生产装有涡轮喷气发动机的第一架飞机；德国生产装有涡轮喷气发动机的第一架飞机试飞。试飞。8 8、19411941年，瑞士年，瑞士BBCBBC制造的第一辆燃气轮机车通过

12、了交货试制造的第一辆燃气轮机车通过了交货试验。验。9 9、19471947年，英国制造的第一艘装备燃气轮机的舰艇下水。年，英国制造的第一艘装备燃气轮机的舰艇下水。1010、19501950年，英国制成第一辆燃气轮机汽车。年，英国制成第一辆燃气轮机汽车。 此后燃气轮机的此后燃气轮机的功率不断增大功率不断增大功率不断增大功率不断增大，应用逐渐广泛，与此，应用逐渐广泛，与此同时，也出现了同时，也出现了燃气轮机与其它热机相结合的复合装置燃气轮机与其它热机相结合的复合装置燃气轮机与其它热机相结合的复合装置燃气轮机与其它热机相结合的复合装置。2323二、应用概况 1 1、航空领域、航空领域 2 2、发电用

13、燃气轮机、发电用燃气轮机 3 3、工业用燃气轮机、工业用燃气轮机 4 4、船用燃气轮机、船用燃气轮机 5 5、机车用燃气轮机、机车用燃气轮机（法国、加拿大）（法国、加拿大） 6 6、车辆用燃气轮机、车辆用燃气轮机 坦克的动力装置（军事）；坦克的动力装置（军事）； 汽车发动机：研制中汽车发动机：研制中2424n n航空用2525l l发电用2626n n 工业用工业用27271.1.舰船用2828n n火车机车用2929n n汽车用3030n n军事用3131三、发展趋势与前景 1 1、不断向高参数、高性能、大型化方向发展；、不断向高参数、高性能、大型化方向发展； 2 2、重视系统集成与总能系统

14、广泛应用；、重视系统集成与总能系统广泛应用； 3 3、积极采用新技术、新材料、新工艺；、积极采用新技术、新材料、新工艺； 四大集成技术：四大集成技术： 高温合金高温合金 冷却技术冷却技术 气动热力设计气动热力设计 燃烧技术燃烧技术 4 4、燃料能源多元化和燃煤联合循环商业化；、燃料能源多元化和燃煤联合循环商业化； 5 5、积极开拓新型热力循环与总能系统。、积极开拓新型热力循环与总能系统。3232n n第一代：第一代： 时间：时间：2020世纪世纪4040年代年代-80-80年代初期；年代初期； 性能参数：燃气初温性能参数：燃气初温10001000、压比、压比4 41010、单机、单机功率功率1

15、00MW100MW、简单循环效率、简单循环效率30%30%。n n第二代：第二代： 时间：时间：2020世纪世纪8080年代年代-90-90年代末期；年代末期； 性能参数：燃气初温性能参数：燃气初温13501350、单缸压比、单缸压比15-3015-30、单机功率单机功率100-250MW100-250MW、简单循环效率、简单循环效率40%40%，联合循，联合循环效率环效率60%60%。四、世界工业燃气轮机及联合循环技术的四、世界工业燃气轮机及联合循环技术的 发展阶段发展阶段3333n n第三代：第三代： 时间：时间：20002000年及其后若干年；年及其后若干年； 性能参数：燃气初温性能参数

16、：燃气初温1400-16001400-1600、单机功率、单机功率250-350MW250-350MW、简单循环效率、简单循环效率40%40%，联合循环效率，联合循环效率60%60%。典型代表：典型代表：典型代表：典型代表：GE “H”GE “H”GE “H”GE “H”型机组型机组型机组型机组n n第四代：第四代： 燃气轮机处在或接近于理论燃烧空气量条件燃气轮机处在或接近于理论燃烧空气量条件下工作，燃气初温下工作，燃气初温1600160018001800，冷却系统可能，冷却系统可能被取消，采用新的高温材料被取消，采用新的高温材料- -密度更小、高温性密度更小、高温性能更好（如能更好（如陶瓷材

17、料陶瓷材料） 基于革命性新材料的构思中的更新一代基于革命性新材料的构思中的更新一代的燃气轮机。的燃气轮机。3434微型燃气轮机（Microturbine或Micro一turbines）n n一类新近发展起来的小型热力发动机，其单机一类新近发展起来的小型热力发动机，其单机功率范围为功率范围为2525300 kW300 kW。n n基本技术特征是采用基本技术特征是采用径流式叶轮机械径流式叶轮机械径流式叶轮机械径流式叶轮机械（向心式（向心式透平和离心式压气机）以及回热循环。透平和离心式压气机）以及回热循环。n n近年来随着全球范围内的能源与动力需求结构近年来随着全球范围内的能源与动力需求结构特别是电

18、力系统的放松控制（特别是电力系统的放松控制（DeregulationDeregulationDeregulationDeregulation）以及环境保护等要求的变化，微型燃气轮机得以及环境保护等要求的变化，微型燃气轮机得到了电力、动力等有关部门的高度重视，特别到了电力、动力等有关部门的高度重视，特别是在美、欧等国发展迅猛，大有与大中型燃气是在美、欧等国发展迅猛，大有与大中型燃气轮机共占市场的势头。轮机共占市场的势头。3535n n先进微型燃气轮机具有多台集成扩容、多燃料、低燃料先进微型燃气轮机具有多台集成扩容、多燃料、低燃料消耗率、低噪音、低排放、低振动、低维修率、可遥控消耗率、低噪音、低排

19、放、低振动、低维修率、可遥控和诊断等一系列先进技术特征，除了和诊断等一系列先进技术特征，除了分布式发电分布式发电分布式发电分布式发电外，还外，还可用于备用电站、热电联产、并网发电、尖峰负荷发电可用于备用电站、热电联产、并网发电、尖峰负荷发电等，是提供清洁、可靠、高质量、多用途、小型分布式等，是提供清洁、可靠、高质量、多用途、小型分布式发电及热电联供的最佳方式，无论对中心城市还是远郊发电及热电联供的最佳方式，无论对中心城市还是远郊农村甚至边远地区均能适用。农村甚至边远地区均能适用。n n鉴于我国目前的电力发展及其分布不很均衡以及微型燃鉴于我国目前的电力发展及其分布不很均衡以及微型燃气轮机的技术特

20、点及其优越性，微型燃气轮机将在我国气轮机的技术特点及其优越性，微型燃气轮机将在我国得到广泛的重视与应用。此外，微型燃气轮机在民用交得到广泛的重视与应用。此外，微型燃气轮机在民用交通运输（混合动力汽车）以及军车以及陆海边防方面均通运输（混合动力汽车）以及军车以及陆海边防方面均具有优势，受到美、俄等军事大国的关注，因此，从国具有优势，受到美、俄等军事大国的关注，因此，从国家安全看发展微型燃气轮机也非常重要。家安全看发展微型燃气轮机也非常重要。3636五、当前世界上发电用工业型燃气轮机五、当前世界上发电用工业型燃气轮机 技术派系技术派系 -四大体系四大体系公公公公 司司司司国家国家国家国家世界排名世

21、界排名世界排名世界排名备注备注备注备注GEGE美国美国1 1（53.5%53.5%）1 1、各燃机公司燃机、各燃机公司燃机产量占全世界总产产量占全世界总产量的百分比（量的百分比（1989-1989-19921992统计数据）；统计数据）；2 2、2020世纪世纪9090年代后年代后期，期，ABBABB公司的燃气公司的燃气轮机部分并入轮机部分并入AlsthomAlsthom公司；公司；WHWH公司燃气轮机部分公司燃气轮机部分并入并入SiemensSiemens公司。公司。WH/MHIWH/MHI美国美国/ /日日本本2 2（19.2%19.2%）ABBABB瑞士瑞士3 3（14.4%14.4%）

22、 SiemensSiemens德国德国4 4（9%9%） 3737n n目前，世界上只有美、英、俄、法、德、日本等几个少数发达国家具备独立研制燃气轮机的能力，其核心技术一直被这些国家所垄断。3838第三节第三节 我国燃气轮机的简况我国燃气轮机的简况n n建国前：空白n n建国后： （1 1）先后研制过的燃气轮机型号多达数十种，积）先后研制过的燃气轮机型号多达数十种，积累实际使用的经验；累实际使用的经验； （2 2）地面用燃气轮机）地面用燃气轮机 轻型燃气轮机：航改机组轻型燃气轮机：航改机组 重型燃气轮机：重型燃气轮机： 自行设计、测绘仿制或国际合作生产。自行设计、测绘仿制或国际合作生产。393

23、9n n目前概况 （1 1）燃气轮机占发电设备的比例将逐渐增大；）燃气轮机占发电设备的比例将逐渐增大； （2 2）以燃机为核心的总能系统将成为我国新）以燃机为核心的总能系统将成为我国新世纪火电动力的主要发展方向，中国将成为世界世纪火电动力的主要发展方向，中国将成为世界最大的燃机潜在市场。最大的燃机潜在市场。4040n n思考题思考题4141第二章 燃气轮机热力循环4242前章知识回顾燃气轮机简介燃气轮机简介国外燃气轮机的发展和应用概况国外燃气轮机的发展和应用概况我国燃气轮机的简况我国燃气轮机的简况 基本组基本组成成工程原工程原理理工作过工作过程程应用领域应用领域发展趋势与前景发展趋势与前景解放

24、前解放前、解放后解放后和和目前的发展情况目前的发展情况4343本章学习内容pp第一节第一节 燃气轮机热力循环基础原理燃气轮机热力循环基础原理pp第二节第二节 燃气轮机的理想简单循环燃气轮机的理想简单循环pp第三节第三节 改善燃气轮机性能的热力循环措施改善燃气轮机性能的热力循环措施4444第一节第一节 燃气轮机热力循环基础原理燃气轮机热力循环基础原理1.1 1.1 热力循环的概念和功能热力循环的概念和功能热力循环热力循环热力循环热力循环：热力系统（工质）经过一系列的状态变化，重新：热力系统（工质）经过一系列的状态变化，重新回复到原来状态的全部热力过程，简称循环。回复到原来状态的全部热力过程，简称

25、循环。 功能：功能：功能：功能： 热能热能机械能机械能热力循环正向（p-v图上顺时针） 热能 机械能逆向（p-v图上逆时针） 热能 机械能动力循环(汽轮机、燃气轮机)输入外功(冰箱、空调等）热力循环热力循环p-vp-v图图4545n n主要热力参数主要热力参数主要热力参数主要热力参数 (1)(1)(1)(1)压比压比压比压比 (2)(2)(2)(2)温比温比温比温比压气机出口气流压气机出口气流压气机出口气流压气机出口气流滞止压力滞止压力滞止压力滞止压力p*2与进口与进口与进口与进口气流滞止压力气流滞止压力气流滞止压力气流滞止压力p p* *1 1之比。之比。之比。之比。( (反应工质在压气机内

26、被压缩的程度。反应工质在压气机内被压缩的程度。反应工质在压气机内被压缩的程度。反应工质在压气机内被压缩的程度。) )透平进口气流的透平进口气流的透平进口气流的透平进口气流的滞止温度滞止温度T* *3 3与压气与压气与压气与压气机进口气流的滞止温度机进口气流的滞止温度机进口气流的滞止温度机进口气流的滞止温度T* *1 1之比。之比。之比。之比。( (反应工质被加热的程度。反应工质被加热的程度。反应工质被加热的程度。反应工质被加热的程度。) )1.2 1.2 燃气轮机装置循环的热力性能指标燃气轮机装置循环的热力性能指标流体等熵减速到静止时的压力即为滞止压力，相应的温度为滞止温度。4646n n主要

27、性能参数主要性能参数主要性能参数主要性能参数 (1)(1)(1)(1)燃气轮机的比功燃气轮机的比功燃气轮机的比功燃气轮机的比功WWn n (2)(2)(2)(2)燃气轮机的热效率燃气轮机的热效率燃气轮机的热效率燃气轮机的热效率 压气机吸入单位质量空气时燃气轮机输出的净功。压气机吸入单位质量空气时燃气轮机输出的净功。压气机吸入单位质量空气时燃气轮机输出的净功。压气机吸入单位质量空气时燃气轮机输出的净功。忽略机械损失时，燃气轮机比功忽略机械损失时，燃气轮机比功忽略机械损失时，燃气轮机比功忽略机械损失时，燃气轮机比功Wn n近似等于透平比功近似等于透平比功近似等于透平比功近似等于透平比功与压气机比功

28、之差，即与压气机比功之差，即与压气机比功之差，即与压气机比功之差，即 ：Wn=WT-Wc（反应同样工质流量和装置尺寸下燃气轮机的功率。）（反应同样工质流量和装置尺寸下燃气轮机的功率。）（反应同样工质流量和装置尺寸下燃气轮机的功率。）（反应同样工质流量和装置尺寸下燃气轮机的功率。）装置输出功与输入的燃料能量之比，即：装置输出功与输入的燃料能量之比，即：装置输出功与输入的燃料能量之比，即：装置输出功与输入的燃料能量之比，即： = =Wn/qb= =Wn n/( /(f fHHu u) )式中：式中：式中：式中：f f 燃料空气比；燃料空气比；燃料空气比；燃料空气比；HHu u 每千克燃料的低热值。

29、每千克燃料的低热值。每千克燃料的低热值。每千克燃料的低热值。（反应将燃料能量转化为机械功的热经济性。）（反应将燃料能量转化为机械功的热经济性。）（反应将燃料能量转化为机械功的热经济性。）（反应将燃料能量转化为机械功的热经济性。）4747n n按照工质流动与组织方式分类按照工质流动与组织方式分类(1)(1)开式循环（开式循环（Open CycleOpen Cycle）(2)(2)闭式循环（闭式循环（Closed CycleClosed Cycle）(3)(3)半闭式循环（半闭式循环（Semiclosed CycleSemiclosed Cycle）1.3 1.3 热力循环的分类热力循环的分类48

30、48n n特点特点工质由大气进入燃工质由大气进入燃机，再排入大气；机，再排入大气；结构最简单，紧凑结构最简单，紧凑轻巧、启动快；轻巧、启动快；少用或不用冷却水。少用或不用冷却水。n n应用：航空燃机应用：航空燃机(1)(1)开式循环（开式循环（Open CycleOpen Cycle）4949n n特点特点 工质在封闭系统中循环工作工质在封闭系统中循环工作( (与大气无关与大气无关) )； 以特殊气体为工质时多采用以特殊气体为工质时多采用闭式循环。闭式循环。n n应用：高温气冷堆核电站中的应用：高温气冷堆核电站中的燃气轮机燃气轮机 工质为氦气，其化学稳定性工质为氦气，其化学稳定性好，传热性能好

31、，而且诱生好，传热性能好，而且诱生放射性小，停堆后能将余热放射性小，停堆后能将余热安全带出，安全性能好。安全带出，安全性能好。(2)(2)闭式循环（闭式循环（Closed CycleClosed Cycle）5050n n特点特点 工质从大气环境进入工质从大气环境进入系统；系统； 一部分工质经历热力一部分工质经历热力循环后又排出到大气循环后又排出到大气环境（开式）；环境（开式）； 另外一部分再循环另外一部分再循环（闭式特点）。（闭式特点）。n n应用：双轴燃气轮机应用：双轴燃气轮机(3)(3)半闭式循环（半闭式循环（Semiclosed CycleSemiclosed Cycle）5151n

32、n按照工质所经历的热力过程及其组合分类按照工质所经历的热力过程及其组合分类(1)(1)简单循环（简单循环（Simple CycleSimple Cycle）(2)(2)回热循环（回热循环（Regenerative CycleRegenerative Cycle）(3)(3)再热循环（再热循环（Reheating CycleReheating Cycle）(4)(4)中间冷却循环（中间冷却循环（Intercooled CycleIntercooled Cycle）(5)(5)联合循环（联合循环（Combined CycleCombined Cycle）5252依次由压缩、燃烧和膨胀过程组成的热力

33、循环。依次由压缩、燃烧和膨胀过程组成的热力循环。(1)(1)简单循环（简单循环（Simple CycleSimple Cycle）5353利用排气余热对压气机出口的工质进行预热的热力循环。利用排气余热对压气机出口的工质进行预热的热力循环。压缩回热加热燃烧膨胀回热放热工质经历的热力过程(2)(2)回热循环（回热循环（Regenerative Regenerative CycleCycle）回热循环（开式）回热循环（开式）5454在相继的膨胀段之间对工质进行再次加热的热力循环。在相继的膨胀段之间对工质进行再次加热的热力循环。(3)(3)再热循环（再热循环（Reheating CycleReheat

34、ing Cycle）5555在相继的压缩段之间对工质进行冷却的热力循环。在相继的压缩段之间对工质进行冷却的热力循环。(4)(4)中间冷却循环（中间冷却循环（Intercooled CycleIntercooled Cycle）燃气轮机间冷循环示意图燃气轮机间冷循环示意图5656 将具有不同工作温度将具有不同工作温度区间的热机循环联合起来，区间的热机循环联合起来，互为补充。互为补充。 余热锅炉型联合循环系统余热锅炉型联合循环系统(1)余热锅炉(HRSG)：Heat Recovery Steam Generator狭义：燃气燃气- -蒸汽联合循环。蒸汽联合循环。广义：广义：各种形式热机联合。各种形

35、式热机联合。(5)(5)联合循环（联合循环（Combined CycleCombined Cycle）5757余热锅炉型联合循环系统（余热锅炉型联合循环系统（2）5858燃气轮机多种热力循环的组合燃气轮机多种热力循环的组合哪几种热哪几种热力循环？力循环？间冷循环间冷循环回热循环回热循环再热循环再热循环5959余热锅炉型联合循环模拟系统（余热锅炉型联合循环模拟系统（2）6060理想余热锅炉型联合循环系统的特点：理想余热锅炉型联合循环系统的特点：l燃气轮机燃气轮机高温区、高品位热量，平均吸热温度高；高温区、高品位热量，平均吸热温度高；l蒸汽轮机蒸汽轮机低温区、低地品位热量，平均放热温度低；低温区、

36、低地品位热量，平均放热温度低；l热量梯级利用，循环效率较高。热量梯级利用，循环效率较高。理想余热锅炉型联合循环系统图和温熵图理想余热锅炉型联合循环系统图和温熵图6161最低供电效率最低供电效率约约53%53%；除除KA13E2KA13E2型机型机组，其他机组组，其他机组供电效率供电效率56%56%。6262燃气蒸汽联合循环电站外景 6363第二节第二节 燃气轮机的理想简单循环燃气轮机的理想简单循环n n简单循环简单循环简单循环简单循环 1873187318731873年，美国人年，美国人年，美国人年，美国人布雷登布雷登布雷登布雷登（BraytonBraytonBraytonBrayton） 简

37、单循环：由压简单循环：由压简单循环：由压简单循环：由压气机、燃烧室和气机、燃烧室和气机、燃烧室和气机、燃烧室和透平三个基本部透平三个基本部透平三个基本部透平三个基本部分组成的燃气轮分组成的燃气轮分组成的燃气轮分组成的燃气轮机循环。机循环。机循环。机循环。2.1 2.1 简单循环及理想循环的假定条件简单循环及理想循环的假定条件燃气轮机的简单循环燃气轮机的简单循环 6464n n理想循环的假定条件理想循环的假定条件理想循环的假定条件理想循环的假定条件 工质视为理想气体，即比定压工质视为理想气体，即比定压工质视为理想气体，即比定压工质视为理想气体，即比定压热容热容热容热容c cp p和等熵过程指和等

38、熵过程指和等熵过程指和等熵过程指数数数数k k不随气体的成分、温度和压力不随气体的成分、温度和压力不随气体的成分、温度和压力不随气体的成分、温度和压力而改变；而改变；而改变；而改变； 工质在压气机中的压缩过程和在透平中的膨胀过程工质在压气机中的压缩过程和在透平中的膨胀过程工质在压气机中的压缩过程和在透平中的膨胀过程工质在压气机中的压缩过程和在透平中的膨胀过程均为等熵过程；均为等熵过程；均为等熵过程；均为等熵过程； 忽略燃烧室和燃气轮机进排气道的压力损失；忽略燃烧室和燃气轮机进排气道的压力损失；忽略燃烧室和燃气轮机进排气道的压力损失；忽略燃烧室和燃气轮机进排气道的压力损失； 忽略燃气流量与空气流

39、量之差；忽略燃气流量与空气流量之差；忽略燃气流量与空气流量之差；忽略燃气流量与空气流量之差； 忽略燃料的不完全燃烧损失和燃烧室的散热损失；忽略燃料的不完全燃烧损失和燃烧室的散热损失；忽略燃料的不完全燃烧损失和燃烧室的散热损失；忽略燃料的不完全燃烧损失和燃烧室的散热损失； 忽略机械摩擦与传动损失。忽略机械摩擦与传动损失。忽略机械摩擦与传动损失。忽略机械摩擦与传动损失。6565（布雷登（布雷登循环）循环）66662.2 2.2 比功、效率与压比、温比的关系比功、效率与压比、温比的关系n n理想简单循环的比功计算公式理想简单循环的比功计算公式理想简单循环的比功计算公式理想简单循环的比功计算公式n n

40、理想简单循环的效率计算公式理想简单循环的效率计算公式理想简单循环的效率计算公式理想简单循环的效率计算公式6767n n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、温比的关系图形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、温比的关系图形理想简单循环的比功、效率与压比、温比的关系理想简单循环的比功、效率与压比、温比的关系 6868n n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、温比的关系图形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、温比的关系图形理想简单循环的

41、比功、效率与压比、温比的关系理想简单循环的比功、效率与压比、温比的关系 结论结论11比功与压比、温比的关系比功与压比、温比的关系：（1）压比）压比一定时，温比一定时，温比越高，则比功越高，则比功Wn越大；越大；（2）温比）温比一定时，随压比一定时，随压比从小到大变化，比功从小到大变化，比功Wn呈呈先增后减的趋势，而且存在一个先增后减的趋势，而且存在一个使比功最大的最佳压比使比功最大的最佳压比Wmax；（3）温比是影响最佳压比的唯一因素，温比）温比是影响最佳压比的唯一因素，温比越高，则越高，则最佳压比越大。最佳压比越大。结论结论22效率与压比、温比的关系效率与压比、温比的关系：（1）燃气轮机的循

42、环效率）燃气轮机的循环效率仅取决于压比仅取决于压比，而与温比，而与温比无关；无关；（2）效率）效率随压比增大而增大。随压比增大而增大。69692.3 2.3 理想循环与实际循环的比较理想循环与实际循环的比较n n工况条件的差别工况条件的差别工况条件的差别工况条件的差别 (1)(1)(1)(1)实际的压缩和膨胀过实际的压缩和膨胀过实际的压缩和膨胀过实际的压缩和膨胀过程均为有损耗的不可逆程均为有损耗的不可逆程均为有损耗的不可逆程均为有损耗的不可逆过程，不是等熵过程；过程，不是等熵过程；过程，不是等熵过程；过程，不是等熵过程； (2)(2)(2)(2)工质实际流动中存在工质实际流动中存在工质实际流动

43、中存在工质实际流动中存在压力损失，燃烧室和进压力损失，燃烧室和进压力损失，燃烧室和进压力损失，燃烧室和进排气道内的吸热和放热排气道内的吸热和放热排气道内的吸热和放热排气道内的吸热和放热过程并非等压；过程并非等压；过程并非等压；过程并非等压； (3)(3)(3)(3)燃烧室中实际上存在燃烧室中实际上存在燃烧室中实际上存在燃烧室中实际上存在不完全燃烧损失和散热不完全燃烧损失和散热不完全燃烧损失和散热不完全燃烧损失和散热损失；损失；损失；损失；70702.3 2.3 理想循环与实际循环的比较理想循环与实际循环的比较n n工况条件的差别工况条件的差别工况条件的差别工况条件的差别 (4) (4) 实际工

44、质的比定压热实际工质的比定压热实际工质的比定压热实际工质的比定压热容和等熵过程指数随温容和等熵过程指数随温容和等熵过程指数随温容和等熵过程指数随温度、压力等变化，并非度、压力等变化，并非度、压力等变化，并非度、压力等变化，并非理性气体；理性气体；理性气体；理性气体； (5) (5) 压气机空气流量与透压气机空气流量与透压气机空气流量与透压气机空气流量与透平燃气流量实际上不相平燃气流量实际上不相平燃气流量实际上不相平燃气流量实际上不相等；等；等；等； (6) (6) 实际燃气轮机中存在实际燃气轮机中存在实际燃气轮机中存在实际燃气轮机中存在轴承摩擦等机械损失和轴承摩擦等机械损失和轴承摩擦等机械损失

45、和轴承摩擦等机械损失和传动损失。传动损失。传动损失。传动损失。71712.3 2.3 理想循环与实际循环的比较理想循环与实际循环的比较n n比功和效率变化趋势的异同比功和效率变化趋势的异同比功和效率变化趋势的异同比功和效率变化趋势的异同 (1)(1)理想循环与实际循环的理想循环与实际循环的理想循环与实际循环的理想循环与实际循环的比功比功比功比功WWn n随压比随压比随压比随压比 和温比和温比和温比和温比 的的的的变化趋势一致，但实际循环的比功相对较小；变化趋势一致，但实际循环的比功相对较小；变化趋势一致，但实际循环的比功相对较小；变化趋势一致，但实际循环的比功相对较小； (2)(2)理想循环与

46、实际循环的理想循环与实际循环的理想循环与实际循环的理想循环与实际循环的效率效率效率效率 随压比随压比随压比随压比 的变化趋的变化趋的变化趋的变化趋势一致，但随温比势一致，但随温比势一致，但随温比势一致，但随温比 的变化趋势不同：实际循环的效的变化趋势不同：实际循环的效的变化趋势不同：实际循环的效的变化趋势不同：实际循环的效率率率率 随温比随温比随温比随温比 的增加而增加；温比一定时，的增加而增加；温比一定时，的增加而增加；温比一定时，的增加而增加；温比一定时，随压比随压比随压比随压比 从小到大变化，从小到大变化，从小到大变化，从小到大变化，效率效率效率效率 呈先增后减的趋势，而且存呈先增后减的

47、趋势，而且存呈先增后减的趋势，而且存呈先增后减的趋势，而且存在一个在一个在一个在一个使使使使效率效率效率效率最高的最佳压比最高的最佳压比最高的最佳压比最高的最佳压比 maxmax； (3) (3) 实际燃气轮机的实际燃气轮机的实际燃气轮机的实际燃气轮机的使使使使效率效率效率效率 最高的最佳压比最高的最佳压比最高的最佳压比最高的最佳压比 maxmax通通通通常大于常大于常大于常大于使使使使比功比功比功比功最大的最佳压比最大的最佳压比最大的最佳压比最大的最佳压比 WWmaxmax。7272第三节第三节 改善燃气轮机性能的热力循环措改善燃气轮机性能的热力循环措施施u再热循环再热循环u间冷循环间冷循环

48、u回热循环回热循环u其他多种热力循环组合的联合循环其他多种热力循环组合的联合循环改善措施增大比功提高热效率目的减小尺寸改善热经济性7373u再热循环再热循环再热循环再热循环定义定义：分段膨胀、中间再热的热力循环。分段膨胀、中间再热的热力循环。分段膨胀、中间再热的热力循环。分段膨胀、中间再热的热力循环。目的：目的：通过增加透平膨胀功来增大比功。通过增加透平膨胀功来增大比功。通过增加透平膨胀功来增大比功。通过增加透平膨胀功来增大比功。7474n n(1)(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；但燃压比和温比一定时，再热循环可使比功增大；但燃压比和温

49、比一定时，再热循环可使比功增大；但燃料消耗量和总加热量增加，效率料消耗量和总加热量增加，效率料消耗量和总加热量增加，效率料消耗量和总加热量增加，效率 有所降低。有所降低。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，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。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。n n(2)(2)再热循环的透平总压比再热循环的透平总压比再热循环的透平总压比再热循环的透平总压比 在分

50、级串联透平之间按几在分级串联透平之间按几在分级串联透平之间按几在分级串联透平之间按几何平均分配，可获得最大比功。何平均分配，可获得最大比功。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：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 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，则各透平的压比最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，则各透平的压比最佳分配为：佳分配为：佳分配为：佳分配为：n n(3)(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

51、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，需采用回热器来提高热再热循环的排气温度较高，需采用回热器来提高热效率，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。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。n n(4)(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，再热器布置困难。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，再热器布置困难。再热循环的特点再热循环的特点7575u间冷循环间冷循环间冷循环间冷循环定义定义：对压缩段之间的工质进行冷却的热力循环。对压缩段之间的工质进行冷

52、却的热力循环。对压缩段之间的工质进行冷却的热力循环。对压缩段之间的工质进行冷却的热力循环。目的：目的：通过减小压气机的压缩功来增大比功。通过减小压气机的压缩功来增大比功。通过减小压气机的压缩功来增大比功。通过减小压气机的压缩功来增大比功。7676n n(1)(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，但循压比和温比一定时，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，但循环的效率环的效率环的效率环的效率 有所降低。有所降低。有所降低。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

53、环，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。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。n n(2)(2)间冷循环压气机的总压比间冷循环压气机的总压比间冷循环压气机的总压比间冷循环压气机的总压比 在分级串联压气机之间在分级串联压气机之间在分级串联压气机之间在分级串联压气机之间按几何平均分配，可获得最大比功。按几何平均分配，可获得最大比功。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 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

54、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：n n(3) (3) 分级压气机之间须增加间冷器，会增加机组的尺寸分级压气机之间须增加间冷器，会增加机组的尺寸分级压气机之间须增加间冷器，会增加机组的尺寸分级压气机之间须增加间冷器，会增加机组的尺寸和重量。和重量。和重量。和重量。间冷循环的特点间冷循环的特点7777 间冷循环的应用间冷循环的应用n n机型：机型：LMS100LMS100型燃气轮机型燃气轮机n n厂家：美国厂家：美国GEGE公司公司n n参数：设计压比达到参数：设计压比达到4242，额定工况下效率达，额定工况下效率达46%46%n n间冷方式：一次间冷间冷方式：一次

55、间冷n n特点：特点：l l采用间冷器采用间冷器机组总尺寸、总重量增大；机组总尺寸、总重量增大；l l水冷却空气水冷却空气失去不用水的优点；失去不用水的优点；l l工质在间冷器中有压损，各压气机的压比乘积大工质在间冷器中有压损，各压气机的压比乘积大于总压比才能保证压缩结束时达到所需压力。于总压比才能保证压缩结束时达到所需压力。7878u回热循环回热循环回热循环回热循环定义定义定义定义：利用排气余热对压气机出口的工质进行预热利用排气余热对压气机出口的工质进行预热利用排气余热对压气机出口的工质进行预热利用排气余热对压气机出口的工质进行预热的的的的热力循环。热力循环。热力循环。热力循环。目的：目的：

56、目的：目的：通过回收利用排气余热来提高热效率。通过回收利用排气余热来提高热效率。通过回收利用排气余热来提高热效率。通过回收利用排气余热来提高热效率。7979n n(1)(1)透平透平透平透平排气温度高于压气机出口工质温度时，才能实排气温度高于压气机出口工质温度时，才能实排气温度高于压气机出口工质温度时，才能实排气温度高于压气机出口工质温度时，才能实现回热循环。现回热循环。现回热循环。现回热循环。n n(2)(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，提高热效率。回热循环可节省燃料热量，提高热效率。n n(3)(3)回热循环中使比功最大的

57、最佳压比回热循环中使比功最大的最佳压比回热循环中使比功最大的最佳压比回热循环中使比功最大的最佳压比 WWmaxmax与简单循环与简单循环与简单循环与简单循环基本相等或略高一些，而使效率最高的最佳压比基本相等或略高一些，而使效率最高的最佳压比基本相等或略高一些，而使效率最高的最佳压比基本相等或略高一些，而使效率最高的最佳压比 maxmax则比后者低很多。则比后者低很多。则比后者低很多。则比后者低很多。n n(4)(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，采用余热锅炉型联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，采用余热锅炉型联合循

58、环的必要性不大。合循环的必要性不大。合循环的必要性不大。合循环的必要性不大。n n(5)(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，因此在工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，因此在工程实际中应用不多。程实际中应用不多。程实际中应用不多。程实际中应用不多。回热循环的特点回热循环的特点8080u其他多种热力循环组合的联合循环其他多种热力循环组合的联合循环其他多种热力循环组合的联合循环其他多种热力循环组合的联合循环必要性：必要性：必要性：必要性：单独的一种热力循环各有优缺点，而几种单独的一种热力循环各有优缺点，而

59、几种单独的一种热力循环各有优缺点，而几种单独的一种热力循环各有优缺点，而几种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。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：多种热力循环组合的联合循环方式：l l间冷再热循环间冷再热循环l l间冷回热循环间冷回热循环l l再热回热循环再热回热循环l l间冷再热回热循环间冷再热回热循环l l燃气燃气- -蒸汽联合循环蒸汽联合循环8181IGCC系统图系统图IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle):整体煤气化联合循环8282n n思考题思考题8383