锅炉热力计算五篇

2024-05-02

锅炉热力计算篇1

1燃气冷凝式锅炉的特点

燃气冷凝式锅炉最大特点是充分利用了排出烟气中的水蒸气的汽化潜热, 可以将热效率提高至107%~109%。目前燃气冷凝式锅炉主要有两类:一体式冷凝式锅炉和带有冷凝式节能器的锅炉。其中后者的冷凝部分和锅炉是分开的。一体式冷凝式锅炉或带有冷凝式节能器的锅炉的作用原理是指烟气在经过尾部的换热装置以后, 存在于烟气中的水蒸气会发生冷凝现象, 水蒸气冷凝释放出的汽化潜热可以被锅炉回收。

燃气冷凝式锅炉所用的天然气燃烧后的烟气具有以下三个特点:

(1) 燃气冷凝式锅炉中的烟气中烟尘较少;

(2) 燃气冷凝式锅炉所用的天然气中硫成分较少, 燃烧生成的烟气中几乎不含二氧化硫;

(3) 燃气冷凝式锅炉中的烟气中水蒸气含量较高, 大约为18%。

2燃气冷凝锅炉热效率测试方法

在对燃气冷凝锅炉热效率开展测试时, 不同的位置所用测试方法不同。存在两个界面使燃气冷凝式锅炉划分为两部分, 即:第一部分是燃气锅炉的本体到锅炉冷凝段的烟气入口处, 第二部分是燃气锅炉冷凝段从烟气入口处到烟气出口处。第一个界面的测试按照国标GB/T10180或GB/T10184进行;第二个界面内的测试内容主要包括以下六部分:燃气冷凝锅炉测试冷凝段的烟气输入热量;燃气冷凝锅炉测试冷凝段的有效吸收热量;燃气冷凝锅炉测试冷凝段的烟气输出热量;燃气冷凝锅炉冷凝段的烟气冷凝所释放出的汽化潜热量;燃气冷凝锅炉冷凝段产生的冷凝水排出显热量;燃气冷凝锅炉测试冷凝段总的散热损失。

3热效率的影响因素

利用能量守恒方程, 热效率的计算公式 (1) 、式 (2) 。

式中:η为热效率;Q1为燃气的低热值, k J/m3;Ha为1m3干燃气完全燃烧时由空气带入的物理热, k J/m3;Hg为单位体积干燃气物理热, k J/m3;r为水的气化潜热, k J/kg;为水蒸气的温度, ℃。

(1) 燃气成分的影响

利用式 (1) 可计算出燃气在任意排烟温度和空气系数下的热效率。在相同的空气系数下, 热效率随着排烟温度的升高逐渐下降;在相同的排烟温度下, 热效率随着空气系数的增大逐渐降低。不同燃气成分, 热效率变化较大, 主要原因与烟气中的含水量以及理论燃烧温度有关。C2+的理论燃烧温度加大, 故在高温段无烟气冷凝的时候, C2+成分越多的燃气热效率越高, 在有烟气冷凝的时候, 由于甲烷的氢体积分数较大, 冷凝热其主导作用, 甲烷的热效率是最高的。

(2) 空气进气状态

当燃气的含湿量和进气温度相同的时候, 进气温度越高, 热效率越大;保持进气状态和排烟温度恒定的时候, 随着空气系数的增加, 存在一个热效率的最小值, 即:在热效率最小值之前, 热效率随着空气系数的增大逐渐减小, 在热效率最小值之后, 热效率随着空气系数的增大逐渐增大。

(3) 空气预热

利用排烟对空气进行预热, 可以降低排烟温度, 提高系统的热效率。在一般情况下预热空气时, 所用的空气预热器的换热面积不可能很大, 所以在该情况下烟气是不会成为冷凝状态的。

(4) 补燃

在燃气热电冷联供中, 内燃机或者燃气轮机的空气系数处在较高的水平, 因此烟气中的氧气含量较高, 故在烟气中加入燃气可直接燃烧, 提高系统的热效率, 这种补燃等同于降低了空气系数。补燃过程中的热效率可用式 (2) 表示:

式中:η1为在一定排烟温度条件下, 无补燃时系统的热效率;η2为在一定排烟温度条件下, 补燃过程的系统热效率;Qt在一定排烟温度条件下, 无补燃时系统中的热量加量, k J;Qa在一定排烟温度条件下, 补燃过程中系统中的热量加量, k J。

摘要：燃气冷凝锅炉是近年来发展起来的一种新型的燃气锅炉, 燃气冷凝锅炉能够提高能源利用率, 减少污染物的排放, 冷凝式节能器的加入能够有效利用烟气中的汽化潜热。本文在分析燃气冷凝锅炉特点的基础上, 介绍了现行条件下的冷凝锅炉的效率测试计算方法, 最后分析了燃气成分、空气进气状态、空气预热和补燃对冷凝锅炉的热效率的影响。

关键词：燃气冷凝锅炉,节能器,计算方法,热效率,影响因素

参考文献

[1]杨麟, 王杨.冷凝式锅炉冷凝段的热平衡计算和测试方法[J].工业锅炉, 2013, (5) :40-44.

锅炉热力计算篇2

安装监检工作的开展, 明确了锅检中心和锅检站在全网锅炉压力容器安装监督检验工作中的责任, 使新建机组锅炉压力容器的法定检验工作落到了实处。在检验监督工作中, 锅检中心的安装监检工作, 对各公司锅检站严格执行国家和行业法规标准、检验计划和实施方案的落实、质保体系的实施等方面起到了监督、促进、完善的作用, 在现场也发现了不少问题, 对监督检验发现问题的处理和检验结果的评定起到指导作用, 各电建公司锅检站的检验工作, 在执行国家和行业法规、标准方面的意识明显提高, 检验工作的规范化明显改善, 检验工作质量明显提高。

1 监检内容与方法

锅炉压力容器及压力管道的安装质量监督检验的内容包括对锅炉压力容器及压力管道安装过程中涉及其安全运行的项目进行检验和对安装单位的锅炉压力容器及压力管道安装质量保证体系运转情况进行检查两个方面进行。

锅炉压力容器及压力管道的安装质量监检的三个阶段 (锅炉整体水压试验前、超压水压试验、机组整套试运前) , 公司锅监工程师必须参加, 并在锅检中心监检组到达前组织项目工地锅检人员自检, 并出具自检报告[1]。

锅炉整体水压试验前自检项目和范围:包括现场条件, 技术资料文件, 汽包, 联箱、减温器、汽-汽热交换器, 受热面, 锅炉钢架、吊杆, 锅炉范围内管道、管件、阀门及附件;锅炉整体水压试验监检项目和范围:包括水压试验前承压部件缺陷整改情况, 试验用水分析结果, 锅炉本体 (包括过热器) 水压试验压力, 再热器水压试验压力, 保压时间, 水压试验结果, 锅炉机组试运前监检项目和范围:包括技术条件, 技术资料, 锅炉本体, 管道、阀门, 锅水循环泵, 安全附件, 热工仪表、自动保护, 锅炉化学清洗, 蒸汽管道的蒸汽冲洗[2]。

压力容器自检项目和范围:包括制造厂资料, 施工资料, 设备名牌, 安全附件、保护装置, 外观质量, 支座、管道膨胀情况, 安装焊缝外观, 安装焊缝探伤抽查, 水压试验, 保温、平台、扶梯。压力管道自检项目和范围:包括技术资料, 管道走向、坡度、膨胀指示器、膨胀测点、蠕胀测点、监视段及支吊架位置, 管道外观质量, 管道安装焊缝质量, 支吊架安装焊缝质量, 管道膨胀状况, 水压试验, 蠕胀测点径向距离测量, 蠕胀测点两侧管道外径或周长测量, 管道的疏水、放水系统安装情况。

监检还应对项目工地的锅炉压力容器压力管道安装质量保证体系运转情况进行检查, 主要检查内容是: (1) 质管人员落实情况及到岗情况:主要检查项目工地的锅炉压力容器及压力管道安装质量保证体系人员任命文件和是否从事该岗位的工作。 (2) 无损检测人员资格管理情况:主要检查项目工地从事锅炉压力容器及压力管道焊接质量无损探伤的人员是否具有有效的资格证件, 是否存在超出技术等级检验的情况。 (3) 焊工资格及管理情况:主要检查项目工地从事锅炉压力容器及压力管道焊接的人员是否具有有效的资格证件, 是否存在超出资格证规定的项目施焊的情况。 (4) 其他人员资格与管理情况:主要检查项目工地的理化检验人员、锅炉压力容器检验站人员及质量检验人员的持证上岗情况。 (5) 技术图纸会审、技术交底、设计变更情况:主要检查项目工地的图纸会审记录、技术交底记录是否符合有关技术管理制度的规定及所有的设计变更是否都经过设计单位同意等。 (6) 工艺纪律与工艺管理:应重点检查技术文件质量 (如:文件是否符合标准、图纸, 准确性、完整性等) 、设备状况 (如:设备能力、装备精度等) 、焊材发放回收是否符合要求, 是否按图纸、工艺文件操作, 使用的量具是否经周检合格, 质量检验是否存在漏检、错检、检验滞后的情况。此外, 还应审查焊接工艺评定报告、焊接工艺和焊接工艺纪律的执行情况, 焊后对口错边量及表面质量与热处理工艺, 各质量控制环节、控制点等。 (7) 金属材料、焊接材料存放环境:主要检查项目工地的金属材料、焊接材料存放环境是否符合《锅炉压力容器及压力管道安装质量保证手册》及其体系文件和有关标准规定。 (8) 材料验收、保管与发放:重点检查材料、焊接材料、管件、阀门的原始质量证明书、合格证, 对需复验的材料, 还应审查复验报告, 材料代用必须办理代用手续。 (9) 无损检测管理:应重点审查探伤工艺、探伤底片, 抽查的底片数量应大于底片总数的30%以上, 审查底片质量和评片质量, 还应检查探伤比例。 (10) 安装检验管理:应检查项目工地质量检验部门的工作质量和锅炉压力容器检验站质量保证体系的运转情况。11质量反馈与处理:检查质量分析会记录和施工过程中反馈的质量问题的处理记录、整改措施及执行情况。12设备及工装完好率:一般设备及工装完好率应达到85%, 关键设备及工装完好率应达到100%。13设备专管情况及计量器具管理:设备专管率应当达到100%;计量器具必须在检定周期内 (包括电焊机等设备上的电流表、电压表等) 。

2 安装监检工作中主要常见问题

2.1 进口锅炉压力容器制造资料普遍缺少承压部件强度计算书、热力计算书、水循环计算书、过热器和再热器壁温计算书;锅炉无产品制造监检报告, 通过对电厂发送锅炉安装监检意见通知书, 供应商已提供部分资料, 但部分电厂仍缺少上述资料, 我们仍将督促此项工作进行[3]。

2.2 部分电建公司锅检站质保体系运转不完善, 锅炉压力容器检验人员、无损检测人员持有电力部门资格证书人员少, 无损检测人员应持有电力系统Ⅱ级及以上资格证, 不应只持有劳动系统资格证;焊工资格证不够全面, 持有电力部门焊工考委会签发的有效证件少, 不符合DL612—1996《电力工业锅炉压力容器监察规程》和DL5007-92《电力建设施工及验收技术规范》 (火力发电厂焊接篇) ;个别证件存在超期现象。

2.3 水压试验措施不完善, 对水质要求不全。

2.4 无损检测T91材质焊口、射线透照底片有漏判缺陷情况, 报告术语不规范。

2.5 焊接方面存在焊接工艺评定部分参数不全, 评定报告中部分缺少试验报告, 有些报告书写有错误。有的作业指导书与评定报告中的内容不符。

2.6 锅检站安装自检报告在锅检中心监检时不能及时提交, 个别建设单位和安装单位对锅炉压力容器安装质量监检意见通知书处理不及时, 不能够及时上交锅炉压力容器安装质量监检问题反馈单。

2.7 锅检中心安装监检人员紧张, 对安装监督检验工作投入人员少, 特别是热工、化学安装监督检验工作人员投入少。

2.8 部分安装单位的《锅炉压力管道安装质量手册》与施工现场实际情况有一定的差距, 需进一步完善。

3 体会和建议

3.1 安装单位在施工过程中, 不但要执行电力行业的规程、标准, 还要符合国家有关锅炉压力容器的法律、法规, 如:劳部发[1996]276号《蒸汽锅炉安全技术监察规程》、国家质技监局[1999]154号《压力容器安全技术监察规程》等。在今后安装监督检验工作中要重点搞好此项工作监督[4]。

3.2 安装单位锅检站, 对于安装监检的三个阶段, 在其中一个阶段转入下一阶段验收前, 应根据DL647-1998《电力工业锅炉压力容器检验规程》中关于安装质量监检规定的项目、内容和要求, 全面出具前一阶段检验报告。

3.3 锅检中心的安装监检工作, 需要电建公司锅检站的大力支持, 尤其是安装单位锅监工程师的支持, 锅检中心在现场实施监检时, 安装单位锅监工程师应在现场。

3.4 今后安装监督检验工作中要重点加强焊口无损检测抽查、焊接工艺评定监督工作。锅炉整体水压试验前的监检应分为三个阶段, 即安装开始前和锅炉整体水压试验前一个月与锅炉整体水压试验前, 其中安装开始前主要检查焊接工艺评定报告, 作业指导书, 需持证人员持证情况等, 锅炉整体水压试验前一个月主要对安装焊口进行抽查。

3.5 要开展好锅炉压力容器压力管道的安装监检工作, 锅监工程师的地位有待进一步提高。锅监工程师是电力工业三级锅炉压力容器安全监督管理机构的最后一级, 对各项目工地的工作直接进行监督检查, 其工作力度直接影响到锅检站工作的正常开展。因此, 开展好锅炉压力容器压力管道安装监检工作的一个重要条件, 就是提高锅监工程师的地位。

参考文献

[1]国务院.锅炉压力容器安全监察暂行条例.

[2]国家质量监督检验检疫总局.压力管道安装安全质量监督检验规则.

[3]劳动部.压力管道安全管理与监察规定.

锅炉热力计算篇3

关键词：300MW机组；热力系统

中图分类号：TK227 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2012）02-178-001

一、前言

我国是一个能源大国，有丰富的石油和煤炭等资源。但是，随着经济的发展、社会的进步，人们对能源提出越来越高的要求，电厂锅炉负荷日益增大。近十多年来，我国的电力事业取得很大的发展，自行设计生产的火电机组单机出力不断提高。但应看到，包括引进的国外300MW~600MW在内的燃煤火电机组，其锅炉在安全可靠的工作和经济运行方面，至今还有着相当部分的不尽如人意。主要原因之一是现今采用的锅炉热力计算方法存在着不足。本课题将研究300MW机组锅炉热力计算综述。

二、引进300MW机组锅炉的背景及发展

1.引进300MW机组锅炉的背景

我国的发电总量中，火力发电约占70%。电站锅炉是火力发电的重要设备，设计出燃料效率高、排出有害污染物少、节省钢材而又长期经济安全运行的电站锅炉对国民经济具有十分重要的意义，同时也符合现阶段环保和节能减排两大世界性的主题。

自20世纪70年代以来，高参数、大容量已成为火力发电机组的发展趋势。改革开放后，我国从国外引进300MW和600MW火电机组制造技术被提上议事日程，并在80年代初从美国西屋电气公司开始了这方面的技术引进。

2.我国锅炉技术的发展

五十年来，我国电力工业飞速发展，近二十年的发展更可谓突飞猛进。相应的电站锅炉不仅在数量上增加，而且技术水平也有了质的飞跃。在上世纪五十年代，主力机组仅是小容量120t/h~230t/h、低参数3.83MPa/cm、450℃的自然循环煤粉锅炉；在上世纪六七十年代主力机组为高温高压（7.8MPa~14.7MPa，535℃~540℃）的125MW和200MW再热机组，并建造了一些1000t/h的UP型直流锅炉，同时也引进了一些300MW和500MW的低循环倍率锅炉，在燃烧技术方面也发展了液态排渣炉和小型鼓泡流化床锅炉；1978年成为一个重要的历史转折点，八十年代的改革开放加快了设备和技术的引进，300MW~600MW亚临界（~18MPa、540°C）控制循环锅炉机组逐渐成为主力，设计、制造、安装和运行水平得到大幅度的提升，达到了世界先进水平；进入本世纪后，随着高速的经济发展、节约能源和环保要求的日益严格，火电机组进入了向1000MW、超临界和超超临界参数发展的新时期。

3.300MW机组锅炉在我国的应用前景

我国是一个能源大国，有丰富的石油和煤炭等资源。但是，随着经济的发展、社会的进步，人们对能源提出越来越高的要求，电厂锅炉负荷日益增大，高参数、大容量已成为火力发电机组的发展趋势。因此300MW机组锅炉在我国有着广泛的应用前景。

三、主题

锅炉热力计算是锅炉设计的重要环节，对锅炉的安全运行和性能有着直接的影响。锅炉热力计算方法分为校核热力计算和结构热力计算两种。一般来说，对锅炉的热力计算是采用校核计算的方法来进行的，即先布置好各受热面，再用校核计算去确定各部件的吸热量。对一台锅炉进行一次热力计算，过程繁琐、计算量大，需要耗费大量的人力和时间，限制了方案的优化，计算精度难以保证。而使用计算机程序作同样的计算，操作简单方便、可维护性好、计算精度高。

1.锅炉热力计算方法

锅炉热力计算分为设计计算和校核计算，设计计算一般是在设计新锅炉时运用的方法，而校核计算是在锅炉结构已定，燃料变更时进行的计算。在锅炉热力计算中，首先以燃料完全燃烧得出理论空气量、烟气成分和烟气的焓等，然后考虑燃料的化学不完全燃烧热损失和机械不完全燃烧热损失，在上述烟气焓中查出理论燃烧温度等。计算的结果有两种燃料量，即实际燃料消耗量和不考虑机械不完全燃烧热损失的计算燃料消耗量。

根据锅炉本体中传热的特点，其热力计算又可主要分为炉膛热力计算和对流受热面热力计算。对流受热面由于以对流换热为主，其传热计算容易进行，而难点在于沾污系数的选取。锅炉炉膛内的过程是异常复杂的，在其内部同时进行着流动、混合、燃烧、传热等过程，而且这些过程相互作用、相互影响。炉膛由于以辐射换热为主，且温度分布不均匀，准确的传热计算难度大。在燃煤锅炉中，飞灰含碳量有时很高，若用燃料完全燃烧方法进行设计或校核计算则有较大误差。

2.我国电站锅炉热力计算方法应用的现状

近十多年，我国的电力事业取得很大的发展，自行设计生产的火电机组单机出力由新中国初期6MW提高到现今的300MW-600MW和设计更高的900MW-1000MW，参数由4MPa增加到17.0MPa和设计25.0Mpa-27.0MPa的超临界与超超临界。但应看到，包括引进的国外300MW-600MW在内的燃煤火电机组，其锅炉安全可靠的工作和经济运行，至今还有着相当部分的不尽如人意。主要原因之一是，现今采用的锅炉热力计算方法存在着不足。锅炉热力计算是锅炉整体计算的核心，是锅炉设计、校核、运行的基本依据。锅炉水动力计算、受压元件强度计算、通风阻力计算、炉墙热力计算、管壁温度计算、制粉系统热力计算、空气动力计算等都要在锅炉热力计算的基础上才能进行。

四、总结

目前我国现用的各种热力计算方法都在不同程度上存在着不完善之处，因此非常迫切并很有必要制定出符合我国实际情况的热力计算方法，将最新的炉膛辐射传热研究成果结合到锅炉热力计算中去。另外，大力发展计算机应用技术，努力开发出相对更加完善、通用的锅炉热力计算软件，将更有助于锅炉设计，对电厂热经济性诊断及优化也将起到更加重要的作用。

参考文献：

[1]吴季兰．300MW火力发电机组丛书——汽轮机设备及系统[M]．北京，中国电力出版社，1998：3~8

[2]林万超．火力发电厂热力系统节能分析[M]．北京：水利电力出版社，1987：163~186

锅炉热力计算篇4

为贯彻落实《中华人民共和国安全生产法》[20xx年12月1日]对安全生产标准化建设的要求及《关于进一步加强企业安全生产工作的通知》（国发[20xx]23号）文件精神，提高安全生产水平，公司计划开展安全生产标准化创建工作。为能够高效开展安全生产标准化创建工作，特制定本方案。

经过公司技术人员对贵公司1#锅炉房现场观察，就目前现状根据天然气锅炉房可视化管理进行改造。

一、锅炉钢平台地面处理

1、处理方案：铺设生产车间专用防静电地坪胶。

2、方案特点：有效杜绝因静电引起的安全隐患，地坪坚硬、耐磨、耐用、无尘、光亮、环保等，地坪使用寿命长达左右。

3、施工步骤：

（一）环氧树脂自流平

（1）施工队伍进场施工准备及地面基层检查

（2）打磨、彻底清理基底

（3）涂刷BA-30#环氧底油

（4）在底油固化后，首先用BA-M环氧树脂中涂配石英砂镘刮环氧石英砂浆N遍，以增加整个漆膜的厚度加强漆膜的抗压、抗冲击等物理性能

（5）环氧树脂中涂:砂浆层固化后，再刮环氧中涂，封闭砂眼和气孔，打磨腻子并吸尘干净；

（6）涂刷BA-148环氧树脂面涂涂装。

（7）现场清理维护、地坪养护:面涂完成后将有关施工材料、工具搬离现场，严密封闭保护完成饰面。

（二）防静电地胶

（1）检查找平层质量。

（2）用干磨机打磨、修整找平层。

（3）吸尘，清洁地面。

（4）滚涂自流平界面剂，按1:1的比例兑水，均匀涂布。

（5）将自流平按严格的兑水比，搅拌均匀，用专业耙子进行自流平施工，用排气滚排干净气泡。

（6）自流平施工完毕，晾干(约24小时)后，用打磨机配专用砂纸，对自流平进行抛光、磨平处理，确保基层达到所要求的`平整度。

（7）吸尘，清洁地面，将铜条按要求粘贴在自流平上。

（8）将材料预铺于地面上，摊平二十四小时，消除卷曲应力。

（9）使用导静电胶水，用专用齿条均匀刮胶，晾干至所需的粘接度，粘贴地板，切割余量，收边。用专用铁滚滚压或赶板赶压，确保粘贴牢固。二十四小时后，用电动开槽机或专用开槽刀开槽，将焊条融合于焊接槽中。

（11）铲平焊条，清洁完工。

4、施工周期15-20天

5、工程预算见附件

6、效果图见附件

二、车间警示标志、标识标牌安装及喷漆处理

（一）项目内容

1、强电弱电线管分色标注

2、锅炉状态标志加装

3、消防箱警示贴、火警电话标识牌

4、燃气阀门手柄开关指示

5、排空阀手柄标注红色、燃气阀内吊耳标注红色

6、加装锅炉进水管道底部警示圈

7、锅炉供水、回水流向标志

8、风机及热泵编号

9、循环泵连接轴护罩颜色标注

10、锅炉底部工字钢警示标志

11、消防管道喷漆处理

12、锅炉直梯警示标志

13、事故风机按钮指示标志

14、楼梯口下沿警示条

15、消防逃生门地面警示条

16、锅炉四周地面警示条

17、定点点检标志

（二）施工方案

1、处理方案：严格按照标准化车间要求完善所有标识，

2、方案特点：使人能清晰明了所有设备及其他设施的正确使用，杜绝因标识标注不清楚而产生安全隐患。

3、施工步骤：

（1）施工队伍进场施工准备及确认具体安装位置

（2）清理强弱电线管及检查区分线路

（3）给所有需要做喷漆标识的设备进行清理

（4）喷漆

（5）地面警示条粘贴

（6）消防设备警示标志安装

（7）锅炉设备标识标牌安装

（8）钢板切割及焊接锅炉进水管道底部警示圈

（9）检查所有标识标牌

（10）清理现场垃圾

4、施工周期25天

5、施工安全：严格按照标准化施工工艺，做好防护设施，佩戴安全帽，对高空作业人员做好保护措施。

5、工程预算见附件

燃气轮机基本热力计算方法分析篇5

燃气轮机自出现以来, 凭借其清洁、高效、故障率低及寿命长等优势, 迅速占领了地面发电及船舶等方面的市场。至今, 燃气轮机单机效率已能达到42%以上, 如采用联合循环, 效率更可超过60%。本文根据燃气轮机的部件特性及运行过程中各截面的主要监测参数, 给出了燃气轮机各部件主要热力参数的计算方法, 采用这些计算方法, 可以在短时间得到燃气轮机各部件运行时达到的性能指标, 甚至可以纳入到控制系统中, 使相关参数指标实时显示在人机界面中, 同时可以采用本文计算方法, 在燃气轮机初始设计时, 进行各截面设计点性能参数的初步估算。

2 计算过程

2.1 燃气轮机进、出口边界条件设定

通常情况下, 在对燃气轮机性能进行估算时, 为简化计算, 采取忽略对计算结果影响较低的因素。如大气湿度通常采用标准值, 机组对外的散热在计算时不予考虑。

2.2 燃气轮机共同工作特性分析

燃气轮机各部件在工作过程中存在着相互制约的关系, 某些确定部件的理论特性并不代表燃气轮机整机工作时所能达到的最终热力性能指标, 并且, 在实际燃气轮机工程应用时, 通常无法获得燃气轮机详细的部件特性曲线。但根据确定部件的理论特性曲线、部件通用特性曲线或燃气轮机长期积累的运行参数, 试取一些能够决定发动机及其部件状态的参数, 可以保证燃气轮机各截面热力参数计算顺利进行, 同时, 通过燃气轮机的运行, 也可验证试取参数的合适与否。本文对单轴燃气轮机各截面参数进行计算时, 燃气轮机各部件共同工作原则主要考虑如下几个方面[1]:

转子功率平衡:PTηm-PF-W=0

式中:PT-涡轮提供功率;

ηm-轴系传动效率;

W-机组输出功率;

PF-压气机转子消耗功率。涡轮进口换算燃气流量:

2.3 燃气轮机部件特性分析

本文中, 在对部件进行分析计算时, 下脚标1代表压气机进口, 下脚标2代表压气机出口, 下脚标3代表涡轮进口 (燃烧室出口) , 下脚标4代表涡轮出口。

2.3.1 压气机

压气机为燃气轮机进气端转子部件, 其工作特性决定了燃气轮机总的进气流量。在压气机进、出口参数计算过程中, 主要涉及到压气机进口总温及总压、压气机出口总温及总压、压气机效率、压气机流量、压气机压比, 不同温度下空气的k值等参数。

在获取到压气机特性曲线时, 可通过特性曲线查取压气机效率、空气流量及压比等参数, 再通过计算, 得出压气机进、出口截面全部参数。在没有压气机特性曲线的情况下, 计算过程中, 其过程参数及系数需根据机组长期运行数据分析、统计或相关技术文件中的相应数据来给定。通过上述参数选取原则, 能够对压气机效率、流量及压比等参数选取的较为精确, 以此作为参考, 可获得令人满意的估算或验算结果。

压气机出口总压:P2*=P1*πc*

式中:πc*-压气机压比。

压气机出口总焓:

式中:h (T*2ad, 0) -压气机等熵变化时, 出口理论焓值;ηc*-压气机效率。

焓值, 可根据相关资料查焓值表获取, 也可通过等压比热容由式5求得。

压气机耗功:Pc=qma1[h (T2*, 0) -h (T1*, 0) ]

2.3.2 燃烧室

燃烧室是燃气轮机能量加入的部件, 在燃烧室内燃料进行充分混合燃烧, 将燃料化学能转换为高温、高压、高速燃气, 从而推动涡轮做功。

对燃气轮机燃烧室进行基本热力计算方法分析时, 需按燃气轮机选用材料, 冷却技术水平及燃烧室具体形式初步选定燃烧效率、燃烧室出口总温、燃烧室总压损失系数等数据。根据所选取的参数, 按下述公式对燃烧室其它参数进行计算。

燃烧室出口总压:

式中:△Pb-燃烧室总压损失系数;

油气比fb[2]:

式中:ηb-燃料燃烧效率;Hv-燃料低热值。

燃料流量:qmfb=fbqma2

燃烧室出口燃气流量:qmg3=qma2+qmfb

2.3.3 涡轮

涡轮为燃气轮机燃烧室后的转子部件, 燃烧室内的高温、高速燃气直接冲击涡轮部件, 是燃气轮机承受热负荷最高的转子部件。燃烧室出口的高温、高压燃气通过涡轮导向器整流后, 对涡轮转子做功, 从而带动压气机转动。

对燃气轮机涡轮进行基本热力计算方法分析时, 需与压气机紧密联系, 本节计算时攒不考虑引气冷却的影响。计算时, 根据涡轮形式, 初步选取涡轮效率、轴系传动效率及涡轮出口静压, 对于地面燃气轮机, 涡轮出口静压一般按理想状态大气压力选取。

根据初步选取的参数并结合压气机计算的内容, 按下述公式对涡轮其它参数进行计算。

涡轮输出功:

涡轮出口总温可按式12求得。高压涡轮落压比及出口总压:

式中:ЛT-涡轮落压比[3];

2.3.4 冷却气与主气流混合

为表述简单起见, 在涡轮部件计算中忽略了冷却气流与主气流的混合计算。

若冷却气流的参数为总温T*col、总压P*col;主气流的参数为总温T*in、总压Pin, 则按下述方法计算混合后气流的总温T*out、总压Pout。混合后的气流总压按质量平均法求得, 混合后的气流总温按气流在混合前后总焓不变求得。

2.3.5 燃气轮机总体性能

燃气轮机总体性能计算时, 主要考虑如下参数:

燃气轮机热效率:

燃气轮机热耗率:

3 计算过程校验与分析

利用国内某单轴重型燃气轮机理论数据, 按上述方法确定燃气轮机边界条件及给定参数后, 按本文计算方法对国内某重型燃气轮机各截面参数进行了计算, 并与原设计参数进行了对比分析, 结果表明:在燃气轮机燃烧室出口前段, 二者之间数据偏差不大, 可控制在1%以内;在燃气轮机涡轮计算时, 二者之间数据偏差相对较大, 约达5%。分析认为存在的偏差主要由下述因素导致:

a.压气机各部位引气量与原文件确定存在偏差 (无理论数据) , 从而导致压气机耗功及出口总温等参数计算略有偏差;

b.燃烧室二股气流的计算过程选取存在偏差;

c.涡轮部件冷却气从不同部位回收影响;

d.涡轮部件计算时采用平均比热系数。

计算数据和燃气轮机实测数据偏差5%, 能够满足燃气轮机性能估算的使用要求 (精确的气动计算, 偏差在2%左右) 。

4 应用实例

根据上述燃气轮机基本热力计算方法分析过程, 对某航改型三轴 (包括动力涡轮) 燃气轮机进行了性能估算, 取得的计算结果与专业气动计算软件得出的结果偏差约5%。在某重型燃气轮机试车过程中, 用上述计算方法对燃气轮机各部件进行了性能验算, 计算所得结果与专业计算软件偏差约1%。

5 应用前景

采用本文所述计算方法, 能够实现燃气轮机发电机组各截面热力参数的计算, 其计算精度可以满足航机改燃机或燃气轮机改进的方案时对其性能进行初步估算。

同时, 可以将本文所述计算方法与燃气轮机发电机组控制系统设计相结合, 达到在控制系统人机界面上实时验算并显示机组运行当前状态所达到的性能指标, 大大降低后续数据处理的难度, 具有良好的工程化应用前景

摘要：本文着重论述了单燃气轮机各特征截面热力计算采用的基本计算方法, 对燃气轮机位于设计点工作时, 各部件共同工作特性进行了简要的分析, 提出了基本热力计算时需选定的一些特定参数, 并给出了各截面参数的基本计算方法。

关键词：燃气轮机,总压,总温,性能,计算