2.2 燃气轮机性能分析

2.2.1 燃气轮机的性能指标

燃气轮机的主要性能指标分两类：一类为热力参数指标，一类为性能参数指标。

1.热力参数

温比顾名思义为温度之比，是循环最高温度与最低温度之比，定义如下：

式中，T₃为透平前温度；T₁为燃气轮机进气温度。温比代表了工质被加热的程度，是燃气轮机性能的重要参数之一。温比越高，代表燃气轮机的性能越好，但也对材料、工艺、冷却等技术条件有更苛刻的要求。

压比是指压气机出口总压与进口总压之比，定义如下：

式中，为压气机出口总压；为压气机进口总压。上标*表示总压，此时的压比即为滞止压比，有别于静压比。压比代表了工质被压缩的程度，也是燃气轮机性能的重要参数之一。

温比与压比需要相互配合才能实现循环比功或热效率的最优选择。

2.性能参数

装置的比功是指单位质量或流量的工质所做（或所需）的功，相应的单位分别为kJ/kg或kW·s/kg，也称为比输出。对压气机来说，比功也称为能量头或压头。在理想循环中不考虑流量差异和机械损失，此时装置比功的表达式为

式中，w_T与w_C分别为透平与压气机的比功。装置比功代表了单位质量流量的燃气轮机的做功能力。若做功能力强，则表示一定输出功率的燃气轮机对工质流量需求小，相应的装置尺寸也就小，即可降低制造成本。装置的功率为装置的比功与质量流量的乘积，通常功率有以下几种表述方式：①标准额定功率：在海平面，环境温度为15℃、相对湿度为60%（ISO）的工况下发电机的输出功率；②合同额定功率：在确定的工况下连续运行，发电机能够持续保持的功率；③现场额定功率：在发电厂当前环境条件下，燃气轮机所能达到的最大持续功率；④尖峰功率：在规定运行条件下，燃气轮机在短时间内，以高于连续额定功率安全运行的最大功率。

装置的热效率是指装置输出的有用功与其输入系统的热量之比，其用于衡量燃料的利用程度。燃气轮机热效率有三种：循环效率、装置效率和机组有效效率。三种热效率的主要区别在于工质的输出功是否考虑接卸损失和负载效率等实际因素。理想条件下的热效率表达式为

式中，f为燃料空气比；G_a为空气流量；G_f为燃气流量；H_u为燃料的低热值（kJ/kg）；b为燃料消耗率（kg/kJ），即单位输出功的燃料消耗量，计算公式为

式中，P为燃气轮机的轴功率。

当b的单位为kg/（kW·h）时，计算公式为

除了装置热效率外，通常还可以用热耗率q（单位输出功的热耗率，单位为kJ/（kW·h））表示燃气轮机性能，其与热效率的换算关系为

有用功系数也称为功比，指装置的比功与同透平发出的功之比，用来衡量透平发出的功用于驱动负荷的占比和装置的变工况特性，有用功系数越大，装置输出功越高，则装置尺寸可以更小，同时也意味着透平和压气机比功的相对变化对燃气轮机性能影响更小。有用功系数λ的表达式为

对于多级透平：