燃气轮机组热力计算指标

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2314图1燃气轮机循环热力系统C—压气机；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=P2∗P1∗………………………………（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：CTBGτ=T3∗T1∗………………………………（2）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𝒲n，忽略燃气和空气在流量上的差异，则𝒲n=𝒲T−𝒲C=Cp(T3∗−T4∗)−Cp(T2∗−T1∗)…………………（3）式中，𝒲T——透平的比功，J/kg或kJ/kg；𝒲C——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=𝒲nfHu=𝒲nqB=Cp(T3∗−T4∗)−Cp(T2∗−T1∗)Cp(T3∗−T2∗)=1−T4∗−T1∗T3∗−T2∗=1−1πk−1k………………（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=GfGckg燃料/kg空气；k为绝热指数；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：qn=𝒲nGcHu——燃料的热值，J/kg或kJ/kg，通常指低热值；qB——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/（kWh）ge=Bqn=3600Gfqn=3600ηgtHu；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/（kWh）qe=BHuqn=3600ηgt2.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=Pgt+PstQf……………………………………（5）Scc=PstPgt……………………………………（6）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=ηgtQf；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）ηhQf；通过汽轮机转化为轴功的部分为Pst=（1−ηgt）ηhηstQf，将以上式子代入（5）（6）中，则ηcc=ηgt+（1−ηgt）ηhηst………………………………（7）Scc=[(1−ηgt)ηh]ηstηgt………………………………（8）对于不补燃的余热锅炉，ηh=Tp1−Tp2Tp1−T1；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。联合循环机组发电效率：ηccG=ηgt+Cηst=ηgt（1+PstPgt），其中C=（ηr1−ηgtηMgtηGgt）ηh供电效率：ηccN=ηccG（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。