燃?xì)廨啓C1儲運

1、 燃?xì)廨啓C熱能與動力工程系2008-04 1教材：燃?xì)廨啓C史魁璽編 校內(nèi)膠印參考書：燃?xì)廨啓C， 朱梅林編，華中工學(xué)院出版社。燃?xì)廨啓C，翁史烈編，機械工業(yè)出版社。燃?xì)廨啓C裝置，沈炳正編，機械工業(yè)出版社。2本課程主要學(xué)習(xí)內(nèi)容燃?xì)廨啓C熱力循環(huán)；燃?xì)廨啓C三大件的基本構(gòu)造、工作原理；燃?xì)廨啓C變工況特性；燃?xì)廨啓C調(diào)節(jié)原理。3第一章 燃?xì)廨啓C及其熱力循環(huán)1-1 概述 燃?xì)廨啓C簡介、分類、特點及應(yīng)用；1-2 燃?xì)廨啓C熱力性能指標(biāo) 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）1-3 燃?xì)廨啓C的簡單循環(huán)1-4 燃?xì)廨啓C熱力循環(huán)計算 (自學(xué)為主)1-5 提高燃?xì)廨啓C熱力性能的途徑41-

2、1 概述一、燃?xì)廨啓C簡介1、功能燃?xì)廨啓C是一種以空氣和燃?xì)鉃楣ぷ鹘橘|(zhì)、將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的高速回轉(zhuǎn)式動力機械。與內(nèi)燃機、蒸汽輪機一樣，為原動力機。52、組成一般由壓氣機、燃燒室、渦輪（透平膨脹機）、控制系統(tǒng)及基本的輔助設(shè)備組成。 壓氣機 Compressor：完成氣體壓縮過程； 燃燒室 Burner ：完成燃燒過程； 渦輪（透平膨脹機） Turbine： 完成高溫高壓燃?xì)獾呐蛎涀鞴^程。三大件6什么是燃?xì)廨啓C裝置（機組）?燃?xì)廨啓C及其負(fù)荷。負(fù)荷：燃?xì)廨啓C輸出的機械功率用來驅(qū)動的發(fā)電機、泵、鼓風(fēng)機、螺旋槳或車輪等。 BCT負(fù)荷最簡單的燃?xì)廨啓C裝置7 3、工作原理壓氣機從外界中吸入空氣（吸氣），壓

3、縮到一定壓力；送入燃燒室中，與噴入的燃料混合，進行燃燒；生成的高溫高壓的燃?xì)膺M入透平渦輪中膨脹做功，推動渦輪帶動壓氣機一起旋轉(zhuǎn)；做功后的廢氣排入大氣中或加以利用（排氣）。燃料中的化學(xué)能熱能機械功。燃?xì)庠跍u輪中所做的機械功，大約2/3用來帶動壓氣機；其余1/3機械功則通過機組的輸出軸去帶動各種負(fù)荷。8 4、循環(huán)方式燃?xì)廨啓C完成工作，可以采用多種循環(huán)方式。（1）開式等壓循環(huán)以空氣為工質(zhì)，用內(nèi)燃的方式在燃燒室中加熱，并把廢氣放回大氣來排熱。熱力循環(huán)中的壓縮、加熱與膨脹過程，分別由壓氣機、燃燒室和透平分工完成，連續(xù)不斷地工作。燃?xì)廨啓C是一種續(xù)流式熱機，結(jié)構(gòu)輕小。大多數(shù)燃?xì)廨啓C采用。9 （2）閉式循環(huán)工

4、質(zhì)在加壓后，用外燃方式加熱（空氣鍋爐、原子能反應(yīng)堆或其它換熱器），膨脹作功后，用熱交換器排熱，周而復(fù)始，循環(huán)工作。閉式氣輪機可采用非空氣工質(zhì)，如氦氣。少數(shù)燃?xì)廨啓C采用。蒸汽輪機實質(zhì)上是閉式氣輪機的一種變相形式，以水及水蒸氣為工質(zhì)、用水泵代替壓氣機加壓、用鍋爐代替燃燒室加熱，用冷凝器排熱。半閉式循環(huán)：排出部分廢氣，同時從外界補充等量的新空氣。10 （3）工業(yè)過程式循環(huán)工質(zhì)同其它工業(yè)設(shè)備有聯(lián)系的燃機循環(huán)，是綜合用能或強化工藝過程的聯(lián)合循環(huán)。燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)流化床燃燒聯(lián)合循環(huán)等11二、燃?xì)廨啓C的分類（一）按工質(zhì)的熱力循環(huán)來分1開式循環(huán) 2閉式循環(huán)3工業(yè)過程式12（二）按結(jié)構(gòu)分類1

5、固定式燃?xì)廨啓C 一般是指2000kW以上不能整體移動而固定的大、中功率燃?xì)廨啓C裝置?？梢允侵剌d荷型燃?xì)廨啓C，也可以是航機改型燃?xì)廨啓C。固定式航機改型燃?xì)廨啓C應(yīng)用廣泛，市場不斷擴大。2運輸式燃?xì)廨啓C 包括大中小型海陸空運輸工具的燃?xì)廨啓C發(fā)動機，以及箱裝式、移動式和便攜式燃?xì)廨啓C。它們大都是航機改型或輕結(jié)構(gòu)工業(yè)型燃?xì)廨啓C。13（三）按燃?xì)廨啓C的用途分類1發(fā)電 基本負(fù)荷、中間負(fù)荷和尖峰負(fù)荷，移動電站（列車電站、卡車電站或船舶電站）燃?xì)廨啓C。2機械動力 供應(yīng)泵、壓氣機、鼓風(fēng)機、風(fēng)機或其它機械軸功率的燃?xì)廨啓C。3總能利用 一臺燃?xì)廨啓C可以同時提供或利用不同能量。 如除發(fā)電和提供機械動力外，還能：（1）附

6、帶供熱（2）供給壓力氣體（3）參與工業(yè)過程 144航空用 渦輪噴氣式、渦輪螺槳式，渦輪風(fēng)扇式、渦輪槳扇式、渦輪軸式、供氣或供熱式機上或機場輔機。5艦船用 艦艇巡航機、加力機、水翼艇、遠(yuǎn)洋船、油船。6機車用 客貨機車、調(diào)度機車、高速動車。7坦克、汽車用 坦克、裝甲車、無軌列車、大型客貨車、載重車、越野車、專用車和小客車。15不論是運輸式還是固定式燃?xì)廨啓C都需采用輕型的結(jié)構(gòu)設(shè)計，才能符合燃?xì)廨啓C本身的發(fā)展要求。不同的用途對各類動力裝置的要求各不相同例如對功率、結(jié)構(gòu)、重量、尺寸、熱效率及部分負(fù)荷性能、投資、燃料品質(zhì)、用水量、壽命、控制方式、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、起動時間以及維護檢修方式等，各有不同的要求。16

7、三、燃?xì)廨啓C的特點及應(yīng)用17三種動力裝置的比較項目機組效率單機功率轉(zhuǎn)速rpm體積燃料啟動速度用水結(jié)構(gòu)操作維修內(nèi)燃機較高40% 較小120MW高龐大煤/油慢大量簡單復(fù)雜燃?xì)廨啓C較高40%中數(shù)10MW高緊湊油/氣快不用或少用簡單方便181、燃?xì)廨啓C特點優(yōu)點：（1）重量輕、體積小、投資省。燃?xì)廨啓C的重量及容積一般只有汽輪機裝置或內(nèi)燃機的幾分之一或幾十分之一，因此耗材少、投資低、建設(shè)周期短。（2）啟動快、自動化程度高、操作方便。從冷態(tài)啟動到滿載，只需幾十秒或幾十分鐘，而汽輪機裝置或大功率內(nèi)燃機則需幾分鐘到幾小時。同時，燃?xì)廨啓C結(jié)構(gòu)簡單、輔助設(shè)備少，運行時操作方便，能實現(xiàn)遙控，自動化程度較高，現(xiàn)場可不需

8、運行人員。19（3）水、電、潤滑油消耗少，少用或不用水?？稍谌彼貐^(qū)運行；輔助設(shè)備用電少，潤滑油消耗少，通常只占燃料費的1%左右，而汽輪機或內(nèi)燃機要占6%。（4）燃料適應(yīng)性強、公害少可燃用較便宜的燃料，同一機組可燃不同的液體和氣體燃料；排氣較干凈，除了NOx需要采取措施外，對空氣污染較少；噪聲可控。（5）維修快、運行可靠設(shè)備簡單、磨損件少，系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化程度高。缺點：A. 熱效率較低。 （因受高溫材料的限制）B.使用的經(jīng)濟性和可靠性較差。（采用比較優(yōu)質(zhì)的合金材料；高溫元件的使用壽命又較短）20 2、燃?xì)廨啓C應(yīng)用 非常廣泛（1）航空領(lǐng)域燃?xì)廨啓C小而輕、啟動快，馬力大，故在該領(lǐng)域已占絕對優(yōu)

9、勢。渦輪噴氣發(fā)動機、渦輪螺旋槳發(fā)動機、渦輪風(fēng)扇發(fā)動機都是以燃?xì)廨啓C做主機或啟動輔機。（2）艦船領(lǐng)域目前，燃?xì)廨啓C在高速水面艦艇、水翼船、氣墊船等占壓倒優(yōu)勢，在巡航艦、特種艦隊中得到批量采用。海上鉆采石油平臺也廣泛采用燃?xì)廨啓C。21（3）陸上領(lǐng)域發(fā)電方面，燃?xì)廨啓C主要作為尖峰負(fù)荷應(yīng)急發(fā)電站和移動式電站。在機車、化工、汽車、坦克、原油及天然氣輸送等工業(yè)部門應(yīng)用廣泛。在石油工業(yè)中的應(yīng)用：在海洋平臺上作為電源，發(fā)電直接驅(qū)動泵和壓縮機在油氣集輸上長輸管線，主要用于驅(qū)動泵和壓縮機組進行管道增壓；利用廢氣加熱原油或天然氣降粘。在鉆機上直接驅(qū)動在油田上作為備用電源22西氣東輸 首臺9FA重型燃?xì)廨啓C（半山1號

10、、390 MW） 浙江半山天然氣發(fā)電工程1號機組 國內(nèi)最大燃機項目395MW 9FA燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組在張家港建成發(fā)電 代表了世界300MW級燃機的最高水平； 僅用13個月的時間實現(xiàn)了機組的并網(wǎng)發(fā)電，創(chuàng)造了國際同類型機組施工的最快記錄。北京太陽宮燃?xì)鉄犭娎渎?lián)供工程 2350MW級燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)；1#機組僅用17個月。安全可靠綠色熱電2008年奧委會重點配套項目23四、燃?xì)廨啓C的發(fā)展方向（1）提高效率問題。提高燃?xì)鉁囟龋ㄑ兄颇透邷夭牧?、改進冷卻技術(shù)）；提高壓比（提高單級壓比、提高整機壓比）；余熱利用（回?zé)嵫h(huán)燃?xì)廨啓C、燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)裝置）；蒸汽回注技術(shù)（余熱產(chǎn)生的蒸汽回注到燃?xì)?）

11、。（2）燃用便宜燃料同時限制污染及腐蝕問題。重燃料處理；使用核燃料；低污染的高溫燃燒室。（3）增加單機功率問題增加通流面積；增加流速；增加氣流密度。（4）降低材料工藝成本問題教材P4-5 （自學(xué)）增加葉片長度；并聯(lián)組裝采用閉式循環(huán)24四、我國燃?xì)廨啓C工業(yè)概況 教材P5-6 （自學(xué)）251-2 燃?xì)廨啓C熱力性能指標(biāo)性能指標(biāo)衡量一臺動力裝置好壞的標(biāo)準(zhǔn)。有很多，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(xué)方法分析：反映動力性能好壞的指標(biāo)，常用比功和功率；反映經(jīng)濟性好壞的指標(biāo)，常用熱效率、耗油率和熱耗率等。26 一、熱力參數(shù)1、壓比 *說明工質(zhì)在壓氣機內(nèi)受壓

12、縮的程度。壓氣機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)272、溫比 *說明工質(zhì)被加熱的程度。渦輪前進口燃?xì)鉁囟扰c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(zhì)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(shù)的要求越高。28二、性能參數(shù)1、比功和功率比功L單位質(zhì)量工質(zhì)所做的功，kJ/kg； LC 壓氣機的比功， kJ/kg； LT 渦輪比功， kJ/kg。功率N單位時間內(nèi)工質(zhì)所做的功，kW。燃?xì)廨啓C的比功進入壓氣機內(nèi)1kg空氣完成 一個循環(huán)后，對外界輸出的有效軸功。29（1）循環(huán)比功Li （又稱指示比功、內(nèi)比功）忽略機械損失

13、 Li = LT - LC kJ/kg相應(yīng)的，指示功率、內(nèi)比功率 ： Ni = Gc Li kWLi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。30（2）有效比功Le考慮機械損失，設(shè)機械效率為m，則 Le = Li m= （LT LC）m kJ/kg相應(yīng)的，有效功率： Ne = Gc Le kW Le和Ne：反映整個機組動力性能的好壞。 二者關(guān)系為： Ne = Ni m 比功可表征機組的重量和大小。312、熱效率燃?xì)廨啓C輸出的有用功與其所耗燃料的熱量的比值。（1）內(nèi)效率i 內(nèi)比功與熱量的比值（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 323、耗油率和熱耗率（1）耗油率 ge產(chǎn)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(guān)系。 燃機效率越高，同功率下所耗燃料量