燃气轮机和热力循环

QD20燃机轮机机组第 1章概述1.1 燃气轮机简介燃气轮机（Gas Turbine）是以连续流动的气体为工质、把热能转换为机械功的旋转式动力机械，包括压气机、加热工质的设备（如燃烧室）、透平、控制系统和辅助设备等。

走马灯是燃气轮机的雏形我国在11 世纪就有走马灯的记载，它靠蜡烛在空气燃烧后产生的上升热气推动顶部风车及其转轴上的纸人马一起旋转。

15世纪末，意大利人列奥纳多〃达芬奇设计的烟气转动装臵，其原理与走马灯相同。

现代燃气轮机发动机主要由压气机、燃烧室和透平三大部件组成。

当它正常工作时，工质顺序经过吸气压缩、燃烧加热、膨胀做功以及排气放热等四个工作过程而完成一个由热变功的转化的热力循环。

图1-2为开式简单循环燃气轮机工作原理图。

压气机从外界大气环境吸入空气、并逐级压缩（空气的温度与压力也将逐级升高）；压缩空气被送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧产生高温高压的燃气；然后再进入透平膨胀做功；最后是工质放热过程，透平排气可直接排到大气、自然放热给外界环境，也可通过各种换热设备放热以回收利用部分余热。

在连续重复完成上述的循环过程的同时，发动机也就把燃料的化学能连续地部分转化为有用功。

燃气轮机动力装臵是指包括燃气轮机发动机及为产生有用的动力（例如：电能、机械能或热能）所必需的基本设备。

为了保证整个装臵的正常运行，除了主机三大部件外，还应根据不同情况配臵控制调节系统、启动系统、润滑油系统、燃料系统等。

燃气轮机区别于活塞式内燃机有两大特征：一是发动机部件运动方式，它为高速旋转、且工质气流朝一个方向流动（不必来回吞吐），使它摆脱了往复式动力机械功率受活塞体积与运动速度限制的制约，在同样大小的机器内每单位时间内通过的工质量要大得多，产生的功率也大得多，且结构简单、运动平稳、润滑油耗少；二是主要部件的功能，其工质经历的各热力过程是在不同的部件中进行的，故可方便地把它们加以不同组合处理，来满足各种用途的要求。

燃气轮机区别于汽轮机有三大特征：一是工质，它采用空气而不是水，可不用或少用水；另是多为内燃方式，使它免除庞大的传热与冷凝设备，因而设备简单，启动和加载时间短，电站金属消耗量、厂房占地面积与安装周期都成倍地减少；再是高温加热高温放热，使它有更大的提高系统效率的潜力，但也使它在简单循环时热效率较低，且高温部件需更多的镍、铬、钴等高级合金材料，影响了使用经济性与可靠性。

工程热力学燃气轮机循环的热力学模型建立与分析引言：工程热力学是研究能量转化和传递的学科，而热力学模型则是分析和预测能量系统运行的重要工具。

本文将探讨燃气轮机循环的热力学模型建立与分析，旨在帮助读者更好地理解该系统的热力学特性以及优化运行参数的方法。

一、燃气轮机循环概述燃气轮机循环是一种常用的能源转换系统，其工作原理包括压气机、燃烧室、高压涡轮和低压涡轮等组成部分。

通过燃烧燃气产生高温高压气体，再通过涡轮的转动将内能转化为机械能，以驱动压缩机和发电机的运转。

二、热力学模型的建立为了对燃气轮机循环进行热力学分析，我们需要建立合适的热力学模型。

其中，包括压缩过程、燃烧过程、膨胀过程和排气过程等各个环节的能量平衡方程。

1. 压缩过程在压气机中，理想气体的状态方程可以用来描述气体的变化，即Pv = RT。

根据能量守恒定律，我们可以得到压缩过程的能量平衡方程：$${\Delta}H_{c} = Cp(T_{2}-T_{1})$$其中，ΔHc表示压缩过程的焓变，Cp表示气体的定压比热容，T1和T2分别表示入口和出口气体的温度。

2. 燃烧过程在燃烧室中，燃气与空气混合并燃烧，产生高温高压燃气。

对于可燃物质的燃烧反应，我们可以利用燃烧方程和燃气的定压比热容来描述燃烧过程的能量平衡方程：$${\Delta}H_{r} = h_{1}-h_{2}$$其中，ΔHr表示燃烧过程的焓变，h1表示燃烧前的燃气焓值，h2表示燃烧后的燃气焓值。

3. 膨胀过程膨胀过程是燃气轮机中最主要的能量转换环节，涡轮通过将气体的内能转化为机械能来驱动压缩机和发电机的运转。

根据能量守恒定律，我们可以得到膨胀过程的能量平衡方程：$${\Delta}H_{e} = Cp(T_{4}-T_{3})$$其中，ΔH e表示膨胀过程的焓变，T3和T4分别表示入口和出口气体的温度。

4. 排气过程在排气过程中，燃气在高温高压下被排出系统。

根据热力学第一定律，我们可以得到排气过程的能量平衡方程：$${\Delta}H_{d} = Cp(T_{1}-T_{4})$$其中，ΔHd表示排气过程的焓变。

燃气轮机热力循环性能的分析计算【摘要】本文基于热力学第二定律，从能量利用的角度出发，引入无量纲熵参数，对燃气轮机装置热力性能参数进行热力性能完善程度评价与分析，为燃气轮机装置的热力性能优化设计提供技术途径。

【关键词】燃气轮机；热力循环；性能；分析；计算【abstract 】this paper based on the second law of thermodynamics, from the Angle of energy use, introducing the dimensionless parameter entropy, the gas turbine thermal performance parameters device thermal performance perfect degree evaluation and analysis, the device for gas turbine thermal performance optimization design provides technical way.【key words 】gas turbine; Heat engine cycle; Performance; Analysis; calculation1 引言二十世纪80年代以来，燃气轮机热力循环方面的研究取得了长足的进步，其中热点之一是注蒸汽燃气轮机循环的研究。

它不仅具有高效率、高比功的特点，而且它在变工况性能、污染控制等方面的优越性也倍受国内外研究者的青睐。

目前世界上正研制和开发的、比较先进的燃煤发电技术是整体煤气化联合循环和增压流化联合循环。

本文将整体煤气化联合循环中的先进燃煤技术与注蒸汽循环结合起来，对循环进行了热力学分析计算，就各参数对循环性能的影响进行了探讨。

2循环过程简介煤在气化炉中形成粗煤气，经过热交换器，降温放热以加热给水产生回注用蒸汽，再经过脱硫、除尘变为洁净煤气，作为循环所用的燃料进入燃烧室。

燃气轮机原理概述及热力循环燃气轮机（Gas Turbine）是一种将燃烧燃料产生的高温气体转化为机械能的设备。

它利用高速旋转的轴承和叶片来驱动压缩机和发电机。

燃气轮机的原理可以分为三个主要的过程：压缩过程、燃烧过程和膨胀过程。

首先，压缩过程是燃气轮机的第一部分。

在压缩过程中，进气口吸入大量空气，并通过旋转的轴承和叶片将气体压缩。

压缩后的空气接着被送入燃烧室。

其次，燃烧过程是燃气轮机的第二部分。

在燃烧过程中，高压的空气与燃料混合并点燃。

燃烧燃料产生的高温气体使燃气轮机的工作物质增加能量，并且使气体在高温高压条件下进行高速流动。

最后，膨胀过程是燃气轮机的第三部分。

在膨胀过程中，高温高压的气体通过轴承和叶片扩张，使轴承和叶片高速旋转。

这些旋转的轴承和叶片驱动发电机，将动能转变为电能。

在燃气轮机的热力循环中，一般采用布雷顿循环（Brayton Cycle）。

布雷顿循环包含四个主要步骤：压缩、加热、膨胀和冷却。

首先是压缩过程。

进气口的空气通过压缩机被压缩，使压缩后的空气温度和压力增加。

然后是加热过程。

压缩后的空气经过燃烧室，与燃料燃烧产生高温气体。

接下来是膨胀过程。

高温高压气体通过轴承和叶片膨胀，使轴承和叶片旋转。

旋转的轴承和叶片通过机械耦合驱动发电机。

最后是冷却过程。

高温气体通过冷却器冷却后再次进入压缩机，循环往复。

与其他发电设备相比，燃气轮机具有一些显著的优点。

首先，燃气轮机可以非常高效地转换能量，能够达到约35％至45％的高效率。

其次，燃气轮机的启动时间相对较短，通常只需要几分钟即可启动并达到额定功率。

此外，燃气轮机还具有较小的体积和重量，占用空间相对较小。

总之，燃气轮机是一种重要的能源转换设备，其工作原理基于压缩、燃烧和膨胀三个主要过程。

同时，布雷顿循环是燃气轮机的热力循环，包括压缩、加热、膨胀和冷却四个步骤。

燃气轮机通过高效转换能量，具有快速启动、小体积和重量等优点，在能源领域发挥着重要作用。

QD20燃气轮机机组第 1章概述1.1 燃气轮机简介燃气轮机（Gas Turbine）是以连续流动的气体为工质、把热能转换为机械功的旋转式动力机械，包括压气机、加热工质的设备（如燃烧室）、透平、控制系统和辅助设备等。

走马灯是燃气轮机的雏形我国在11世纪就有走马灯的记载，它靠蜡烛在空气燃烧后产生的上升热气推动顶部风车及其转轴上的纸人马一起旋转。

15世纪末，意大利人列奥纳多·达芬奇设计的烟气转动装置，其原理与走马灯相同。

现代燃气轮机发动机主要由压气机、燃烧室和透平三大部件组成。

当它正常工作时，工质顺序经过吸气压缩、燃烧加热、膨胀做功以及排气放热等四个工作过程而完成一个由热变功的转化的热力循环。

图1-2为开式简单循环燃气轮机工作原理图。

压气机从外界大气环境吸入空气、并逐级压缩（空气的温度与压力也将逐级升高）；压缩空气被送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧产生高温高压的燃气；然后再进入透平膨胀做功；最后是工质放热过程，透平排气可直接排到大气、自然放热给外界环境，也可通过各种换热设备放热以回收利用部分余热。

在连续重复完成上述的循环过程的同时，发动机也就把燃料的化学能连续地部分转化为有用功。

燃气轮机动力装置是指包括燃气轮机发动机及为产生有用的动力（例如：电能、机械能或热能）所必需的基本设备。

为了保证整个装置的正常运行，除了主机三大部件外，还应根据不同情况配置控制调节系统、启动系统、润滑油系统、燃料系统等。

燃气轮机区别于活塞式内燃机有两大特征：一是发动机部件运动方式，它为高速旋转、且工质气流朝一个方向流动（不必来回吞吐），使它摆脱了往复式动力机械功率受活塞体积与运动速度限制的制约，在同样大小的机器内每单位时间内通过的工质量要大得多，产生的功率也大得多，且结构简单、运动平稳、润滑油耗少；二是主要部件的功能，其工质经历的各热力过程是在不同的部件中进行的，故可方便地把它们加以不同组合处理，来满足各种用途的要求。