Ts12345UTWHQLQUQHTLT2s4sTs12345UTWHQLQUQHTLT2s4s第1页共7页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共7页燃气轮机热电联产系统火用性能分析湖南科技大学郝小礼王海桥湖南大学张国强摘要：应用有限时间热力学方法，对燃气轮机热电联产系统的火用输出率与火用效率特性进行了分析，导出了该系统的无因次总火用输出率及火用效率公式。数值计算表明，分别存在最优的压比参数，使得联产循环的总火用输出率及火用效率达到最大。关键词：热力学；联产装置；火用分析热电联产由于具有提高能源利用效率、减少污染排放、节约能源资源和保护环境等诸多优点，因此得到了越来越多的关注和应用[1]。然而，为了充分发挥联产装置在节能、环保方面的潜力，提高联产的经济性，确定优化的联产设计参数是必要的。燃气轮机具有功率大、体积小、启动快、可靠性高、易于实现自动控制等优点，在工业生产、交通运输以及能源动力等领域得到了广泛应用。同时，由于燃气轮机具有高温吸热和高温放热的特点，因此，很适合于热电联产用途。然而，尽管许多学者对各种燃气轮机动力循环进行了大量的分析和研究[2-7]，但是，对燃气轮机联产循环进行研究的却很少。最近，文献[8]对内可逆燃气轮机联产装置进行了火用分析，获得了内可逆条件下联产循环火用输出率和火用效率最优时的压比参数。在文献[8]的基础上，本文进一步对不可逆燃气轮机联产循环进行研究，考虑同时存在由于有限传热温差而引起的外部不可逆性和由于非等熵压缩和膨胀而引起的内部不可逆性时，联产循环的火用率与火用效率特性。通过最大化联产装置的无因次火用输出率和火用效率，确定最优的循环压比参数，分析火用输出率与火用效率之间的关系。1.联产循环模型图1不可逆燃气轮机联产循环T-s图考虑如图1所示的不可逆燃气轮机联产循环，该联产循环工作在三个恒温热源之间，即高温热源TH，低温热源TL和联产热用户TU之间。该循环在向外输出机械功˙W的同时，为热用户输出有用热能第2页共7页第1页共7页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共7页˙QU，实现热功（或热电）联产。图中，过程1-2为工质在压气机内不可逆绝热压缩过程；过程3-4为工质在透平内不可逆绝热膨胀过程；过程2-3为工质从高温热源等压吸热过程；过程5-1为工质向低温热源等压排热过程；过程4-5为工质在热回收装置中向热用户等压放热过程；而过程1-2s和过程3-4s则分别表示相应的可逆绝热压缩和膨胀过程。因此，循环1-2-3-4-5-1为不可逆布雷顿联产循环；循环1-2s-3-4s-5-1为内可逆布雷顿联产循环。为了表征压气机和透平内的不可逆损失，定义两个等熵效率ηC和ηT为：ηC=(T2s−T1)/(T2−T1)（1）ηT=(T3−T4)/(T3−T4s)（2）假设工质为理想气体，且其定压比热cp保持恒定，其热容率为˙Cwf（工质的质量流量˙m和定压比热cp的乘积）；根据传热学和热交换器理论可知，工质从高温热源吸热的吸热率˙QH和向低温热源放热的放热率˙QL，以及热回收装置的回收热流率˙QU分别可表示为：˙QH=˙Cwf(T3−T2)=˙CwfEH(TH−T2)(3)˙QL=˙Cwf(T5−T1)=˙CwfEL(T5−TL)(4)˙QU=˙Cwf(T4−T5)=˙CwfEU(T4−TU)(5)式中，EH、EL和EU分别为工质与高、低温热源之间的换热有效度以及用户侧热交换器（热回收装置）的换热有效度。联产装置包括两种有用的输出：有用功输出和有用热输出。根据热力学第一定律，联产装置的输出功率为：˙W=˙QH−˙QL−˙QU=˙Cwf(T3−T2−T4+T1)(6)因为机械功是高品位能，因此，其火用输出率与功率相等，即：˙ExW=˙W(7)假设环境温度为T0，则伴随有用热能的火用输出率为：˙ExQ=∫T5T4˙Cwf(1−T0T)dT=˙Cwf(T4−T5)−˙CwfT0ln(T4T5)(8)因此，联产装置的总火用输出率为：˙Ex=˙ExW+˙ExQ=˙Cwf(T3−T2−T5+T1)−˙CwfT0ln(T4T5)(9)另外，根据热力学第二定律有：T2s/T1=T3/T4s(10)用˙CwfTL对˙Ex进行无因次化（¯Ex=˙Ex/(˙CwfTL)），并联立式（1）~（5）、（9）和（10），可以求解得联产循环的无因次总火用输出率为：第3页共7页第2页共7页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：...
