天然气联合循环发电技术.ppt

第五章、天然气的能源利用第五章、天然气的能源利用.天然气天然气产业链下游：分配下游：分配应用用天然气的应用有两种方向：属于能源种类的气体燃料和作为化工基本原料。天然气的能源利用：n热电联产和和联合循合循环发电 n城市燃气城市燃气 n分布式能源天然气最高效率的利用途径分布式能源天然气最高效率的利用途径 n天然气作天然气作为交通能源交通能源 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日1第一第一节、热电联产和和联合循合循环发电.前言：天然气在前言：天然气在发电业中的利用中的利用世界用天然气生世界用天然气生产电力的概况力的概况1、电力生力生产、消、消费和燃料构成和燃料构成 电力力是是人人类社社会会消消费能能源源的的高高级形形式式，全全世世界界生生产的的一次能源中一次能源中约1/3用于用于电力生力生产。2、天然气在、天然气在电力生力生产中的消中的消费量及比例量及比例 未未来来，天天然然气气增增长的的消消费量量中中，有有50以以上上将将消消费在在电力市力市场。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日3 第一第一节、热电联产和和联合循合循环发电 1、热电联产和和联合循合循环发电系系统原理和意原理和意义 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日4 1、热电联产和和联合循合循环发电系系统原理和意原理和意义 传统的的发电和供和供热方式是分方式是分别实施，施，电、热分开生分开生产。发电：天然气燃天然气燃烧产生的高温烟气的生的高温烟气的热能能(高品位的能量高品位的能量)用用传统的蒸的蒸汽汽轮机无法直接利用，只能通机无法直接利用，只能通过发生温度在生温度在500500左右的高左右的高压蒸汽来蒸汽来推推动蒸汽蒸汽轮机做功，机做功，产生生电力。力。供供热：工厂中需要的中、低温工厂中需要的中、低温热能由另外能由另外设置的置的锅炉炉发生的蒸汽取得生的蒸汽取得缺点：缺点：天然气燃天然气燃烧产生的高品位生的高品位优质热能被降能被降级使用，造成能量大材使用，造成能量大材小用。利用天然气小用。利用天然气热、电分开生分开生产方式燃料利用率方式燃料利用率较低，浪低，浪费能源。能源。同同时，这样安排使用燃料也加重了安排使用燃料也加重了环境境负荷，增加了荷，增加了C0C02 2等大气等大气污染物染物的排量。的排量。1.1、原理原理 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日5热电联产系系统效率效率热电联产系系统CO2排放量排放量 1、热电联产和和联合循合循环发电系系统原理和意原理和意义2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日6 “总能能系系统”：为了了节约能能源源，提提高高天天然然气气等等能能源源的的利利用用率率，依依据据工工程程热力力学学理理论，借借助助系系统工工程程的的方方法法，综合合研研究究整整个个工工厂厂中中能能量量传递、转化化；利利用用和和回回收收的的全全过程程，按按能能量量的的品品位位高高低低，安安排排用用于于发电(或或做做动力力)和和供供热，不不同同温温度度的的热能能按按应用用要要求求进行行合合理理分分配配，做做到到热电结合合，实现不不同同品品位位的的能能量量梯梯级利利用用，达达到到最最大大限限度度地地提提高高能能源源利用率。利用率。1、热电联产和和联合循合循环发电系系统原理和意原理和意义 1.2、意、意义 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日71、热电联产和和联合循合循环发电系系统原理和意原理和意义2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日81、热电联产和和联合循合循环发电系系统原理和意原理和意义 “总能能系系统”具具体体应用用有有多多种种形形式式，如如热电联产、燃燃气气蒸蒸汽汽联合合循循环发电、先先热利利用用、注注蒸蒸汽汽燃燃气气轮机机和和湿湿空空气气燃气燃气轮机等，但基本形式仍是机等，但基本形式仍是热电联产和和联合循合循环发电。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日91、热电联产和和联合循合循环发电系系统原理和意原理和意义n热电联产：是是指指从从一一个个能能源源顺序序取取得得电和和热两两种种以以上上的的有效能量供有效能量供实际利用的技利用的技术。n燃燃气气蒸蒸汽汽联合合循循环发电：是是指指一一个个能能源源经燃燃气气轮机机输出出动力力发电后后，排排出出的的较高高温温度度烟烟气气在在排排气气余余热锅炉炉中中发生蒸汽，再以此蒸汽送入蒸汽生蒸汽，再以此蒸汽送入蒸汽轮机机发电。1.3、概念概念 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日102、热电联产系系统 天天然然气气在在热电联产中中的的利利用用有有三三种种型型式式：蒸蒸汽汽轮机型、燃料机型、燃料电池型和燃气池型和燃气轮机型。机型。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日112、热电联产系系统 2.12.1、蒸汽、蒸汽轮机型机型 以以锅炉炉产生生的的高高温温、高高压蒸蒸汽汽在在蒸蒸汽汽轮机机中中膨膨胀做做功功，输出出动力力发电，做做功功后后的的背背压蒸蒸汽汽供供热；或或者者由由蒸蒸汽汽轮机机中中间抽出抽出部分高部分高压蒸汽供蒸汽供热。*该形式未利用燃料燃形式未利用燃料燃烧高温烟气。高温烟气。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日122024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日132.12.1、蒸汽、蒸汽轮机型机型2.1.1、几种汽、几种汽轮机形式机形式2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日142.12.1、蒸汽、蒸汽轮机型机型2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日152.12.1、蒸汽、蒸汽轮机型机型2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日162.12.1、蒸汽、蒸汽轮机型机型2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日172.12.1、蒸汽、蒸汽轮机型机型2.1.2、理想蒸汽、理想蒸汽轮机循机循环 蒸汽蒸汽轮机循机循环是以水和水蒸气是以水和水蒸气为工工质的的热机，在理想状机，在理想状况下，由况下，由给水水泵、锅炉、汽炉、汽轮机和凝汽器四个主要机和凝汽器四个主要设备组成成的理想蒸汽循的理想蒸汽循环（也称（也称朗肯循朗肯循环）的）的热力系力系统。工工质：实现热能和机械能相互能和机械能相互转化的媒介物化的媒介物质，如空气，如空气2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日18理想蒸汽理想蒸汽轮机机循循环热力系力系统2.12.1、蒸汽、蒸汽轮机型机型2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日19理想蒸汽理想蒸汽轮机机循循环热力系力系统2.12.1、蒸汽、蒸汽轮机型机型2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日202、热电联产系系统2.22.2、燃料、燃料电池型：池型：由一种燃料由一种燃料经电化学反化学反应产生生电能和能和热能供能供实际利用。利用。2.32.3、燃气、燃气轮机型：机型：是是燃燃料料燃燃烧后后的的高高温温气气体体作作工工质，直直接接在在燃燃机机内内膨膨胀做做功功，输出出动力力发电。做做功功后后甚甚高高温温度度的的烟烟气气在在排排气气锅炉炉中回收中回收热能或直接利用高温烟气能或直接利用高温烟气热能。能。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日212.3、燃气、燃气轮机型机型燃气燃气轮机循机循环 把把燃燃料料燃燃烧时释放放出出来来的的热量量转变为有有用用功功的的动力力机机械。由械。由压气机、燃气机、燃烧室、燃气透平等部件室、燃气透平等部件组成。成。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日22 现 在在 所所 用用的的 燃燃 气气 轮机机 都都 是是 等等压 燃燃 烧 加加热 的的 开开 式式循循 环 燃燃 气气轮机。机。工工 质 来来 自自大大 气气，又又排至大气排至大气2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日232.3、燃气、燃气轮机循机循环2.3.12.3.1、理想、理想简单循循环 简单循循环是是指指由由压气气机机、燃燃烧室室、燃燃气气透透平平三三个个基基本本部部件件组成成的的按按照照图中中的的方方式式构构成成的的燃燃气气轮机机循循环，这种种热力力循循环也也称称布布雷雷顿循循环。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日242.3.1、燃气、燃气轮机理想机理想简单循循环 理想循理想循环是指燃气是指燃气轮机中的工机中的工质是是理想气体理想气体，气体的，气体的热力性力性质和流量和流量不不变，以及循，以及循环过程无程无损耗。耗。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日252.3.1、燃气、燃气轮机理想机理想简单循循环 2.3.1.1、燃气、燃气轮机循机循环的性能的性能 燃燃气气轮机机循循环的的性性能能主主要要取取决决于于压缩比比和和温温度度比比两两个个热力参数。力参数。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日262.3.1、燃气、燃气轮机理想机理想简单循循环2.3.1.1、燃气、燃气轮机循机循环的性能的性能n压缩比：比：压气机出口与气机出口与进口口压力之比力之比 膨膨胀机入口与出口机入口与出口压力比力比n温比：温比：透平透平进口口处与与 压气机气机进口口处的的 温度之比温度之比2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日272.3.1、燃气、燃气轮机理想机理想简单循循环 2.3.1.2、燃气、燃气轮机循机循环性能指性能指标 燃燃气气轮机机循循环的的性性能能的的主主要要指指标是是比比功功、循循环热效效率率和有用功系数。和有用功系数。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日282.3.1、燃气、燃气轮机理想机理想简单循循环 2.3.1.2、燃气、燃气轮机循机循环性能指性能指标n比比功功：工工质经过工工作作循循环，单位位质量量工工质（空空气气）对外外界界所所做做的的工工，燃燃气气轮机机向向外外界界输出出的的净功功。比比功功的的大大小小反反映映了了工工质对外外做做功功能能力力的的大大小小。(忽忽略略燃燃气气与与空空气气在在流流量量上上的差异的差异)WT 透平的比功，透平的比功，J/kg,Wc压气机的比功，气机的比功，J/kg 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日292.3.1、燃气、燃气轮机理想机理想简单循循环 燃燃气气轮机机的的循循环比比功功大大，说明明在在做做功功量量相相同同时，工工质的的流流量量小小，机机组的的尺尺寸寸就就可可能能较小小；或或者者在在同同样的的工工质流流量和装置尺寸下，燃气量和装置尺寸下，燃气轮机的功率大。机的功率大。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日302.3.1、燃气、燃气轮机理想机理想简单循循环n燃燃气气轮机机循循环热效效率率：工工质经过工工作作循循环时，把把加加入入到到循循环中中的的热量量转变为输出出功功的的百百分分数数，即即输入入的的热量量中中转化化为输出功的部分所占的百分数。出功的部分所占的百分数。f燃料的燃料的质量流量与空气的量流量与空气的质量流量之比量流量之比Hu燃料的燃料的热值，J/kgqB单位位质量量空气空气在燃在燃烧室中吸收的室中吸收的热量量,J/kg2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日312.3.1、燃气、燃气轮机理想机理想简单循循环2.3.1.2、燃气、燃气轮机循机循环性能指性能指标n有有用用功功效效率率：是是循循环中中膨膨胀功功在在扣扣除除压缩功功后后转变为输出功的份出功的份额，也等于循，也等于循环比功与膨比功与膨胀功的比功的比值。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日322.3.1、燃气、燃气轮机理想机理想简单循循环 2.3.1.3、理想理想简单循循环的特性：的特性：1、工工质为理理想想气气体体，其其定定压比比热Cp和和等等熵过程程指指数数k不不随随气气体的温度和体的温度和压力力变化；化；2、压气机中的气机中的压缩过程和透平中的膨程和透平中的膨胀过程均程均为等等熵过程；程；3、循、循环过程无程无损耗（耗（压力、燃料不完全燃力、燃料不完全燃烧、散、散热损失）。失）。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日332.3.1.42.3.1.4、理想、理想简单循循环四个工作四个工作过程程 等等熵压缩 k为绝热过程方程式的指数程方程式的指数等等压加加热等等熵膨膨胀等等压放放热 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日34 2.3.1、燃气、燃气轮机理想机理想简单循循环2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日352.3.1、燃气、燃气轮机理想机理想简单循循环2.3.1.5、比功与、比功与压比和温比的关系：比和温比的关系：k为绝热过程方程式的指数程方程式的指数2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日362.3.1、燃气、燃气轮机理想机理想简单循循环 比比功功WT的的大大小小同同时取取决决于于压比比和和温温比比。1、压比比一一定定时，温温比比越越高高，比比功功WT越越大，大，2、温温比比一一定定时，改改变压比比，可可使使比比功功WT取取得得最最大大值，压比比存在着最佳存在着最佳值。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日372.3.1、燃气、燃气轮机理想机理想简单循循环 温温比比不不变时比比功功WT随随着着压比比的的变化化有有一一最最大大值，称称为最佳最佳压比比 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日382.3.1、燃气、燃气轮机理想机理想简单循循环效率与效率与压比和温比的关系：比和温比的关系：燃燃气气轮机机的的热效效率率 仅与与压比比有有关关，压比比越越大大，效率效率 越高越高 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日392.3、燃气、燃气轮机循机循环2.3.22.3.2、实际简单循循环 实际的的燃燃气气轮机机循循环与与理理想想循循环存存在在着着差差别，如如实际的的压缩和和膨膨胀过程程均均为有有损耗耗、不不可可逆逆的的绝热过程程，而而不不是是等等熵过程程。使使得得实际压缩功功大大于于等等熵压缩功功，实际膨膨胀功功小小于于等等熵膨膨胀功功，即即压气气机机效效率率和和透透平平效效率率都都小小于于1 1；燃燃烧室室中中燃燃烧不不完完全全损失失，工工质流流动的的压力力损失失、流流量量差差别，传动的机械的机械损失，工失，工质热力性力性质的不同等。的不同等。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日402.3、燃气、燃气轮机循机循环2.3.22.3.2、实际简单循循环1 1、压气机和透平效率的影响气机和透平效率的影响 一般在一般在0.800.800.92 0.92 之之间 一般在一般在0.870.870.94 0.94 之之间2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日412.3.22.3.2、实际简单循循环1 1、压气机和透平效率的影响气机和透平效率的影响压气机的气机的实际压缩功功为：一般在一般在0.800.800.92 0.92 之之间 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日422.3.22.3.2、实际简单循循环1 1、压气机和透平效率的影响气机和透平效率的影响透平的透平的实际膨膨胀功功为：一般在一般在0.870.870.94 0.94 之之间 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日432.3.22.3.2、实际简单循循环 1 1、压气机和透平效率气机和透平效率对实际简单循循环热效率的影响效率的影响 由由于于c c 和和T T 对循循环效效率率的的影影响响，w we e小小于于理理想想循循环的的w wn n,e e小于理想循小于理想循环的效率的效率t t 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日442.3.22.3.2、实际简单循循环一、一、实际简单循循环 压气气机机和和透透平平效效率率对实际简单循循环比功的影响比功的影响2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日452.3、燃气、燃气轮机循机循环2.3.22.3.2、实际简单循循环 2 2、燃、燃烧室效率的影响室效率的影响 燃燃料料不不完完全全燃燃烧损失失和和燃燃烧室室的的散散热损失失均均导致致空空气气吸收的吸收的热量小于所加入燃料的理量小于所加入燃料的理论燃燃烧热量。量。一般在一般在0.960.960.990.99之之间2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日462.3、燃气、燃气轮机循机循环2.3.22.3.2、实际简单循循环 3 3、压力力损失的影响失的影响 对于于简单循循环，存存在在的的压力力损失失有有进气气压力力损失失PP*1 1，燃燃烧室室压力力损失失PP*2 2，排排 气气 压 力力 损 失失PP*4 4 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日472.3、燃气、燃气轮机循机循环2.3.22.3.2、实际简单循循环 3 3、压力力损失的影响失的影响 用用压力力损失系数失系数和和压力保持系数力保持系数来描述来描述压力力损失。失。由由于于压力力损失失使使T T,透透平平出出功功减减少少，导致致循循环的的比比功和效率下降。功和效率下降。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日482.3、燃气、燃气轮机循机循环2.3.22.3.2、实际简单循循环 3 3、压力力损失的影响失的影响 一般，一般，压力力损失系数失系数 1 1：0.010.010.0150.015 2 2:0.03:0.030.060.06 3 3:0.025:0.0250.070.07 压力保持系数力保持系数约为0.920.920.960.96 导致致较大的比功和效率下降大的比功和效率下降 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日492.3、燃气、燃气轮机循机循环2.3.22.3.2、实际简单循循环 4 4、工、工质流量差流量差别的影响的影响 压气气机机与与透透平平之之间的的工工质流流量量由由于于漏漏气气、抽抽气气冷冷却却。喷入入燃料等原因造成工燃料等原因造成工质流量差流量差别 G G：空气流量：空气流量kg/skg/s，G Gf f：燃气流量：燃气流量kg/skg/s，G Gclcl：漏气与冷却空气等流量之和。：漏气与冷却空气等流量之和。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日502.3、燃气、燃气轮机循机循环 4 4、工、工质流量差流量差别的影响的影响 实际循循环中中，进入入透透平平的的燃燃气气流流量量要要比比压气气机机的的空空气气流流量小，减少了透平中的工量小，减少了透平中的工质流量，透平流量，透平总的出工减少。的出工减少。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日512.3、燃气、燃气轮机循机循环 5 5、机械、机械损失的影响失的影响 实际燃燃气气轮机机中中存存在在轴承承摩摩擦擦等等外外部部机机械械损失失。一一般般可取可取0.990.99。6 6、工、工质热力性力性质差差别的影响的影响空气、燃气的定空气、燃气的定压比比热Cp Cp 和等和等熵过程指数程指数K K不等于常数。不等于常数。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日522.3、燃气、燃气轮机循机循环 7 7、实际循循环的比功和有效效率的比功和有效效率 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日532.3、燃气、燃气轮机循机循环2.3.32.3.3、复、复杂循循环 复复杂循循环包包括括间冷冷循循环、再再热循循环、间冷冷再再热循循环和和回回热循循环4 4种。种。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日542.3.32.3.3、复、复杂循循环2.3.3.12.3.3.1、间冷循冷循环 在在压缩过程程中中，把把工工质引引至至冷冷却却器器冷冷却却后后，再再回回到到压气气机机中中继续压缩以以完完成成压缩过程程。即即将将燃燃气气轮机机的的压气气机机分分成成高高、低低压两两个个部部分分，在在高高、低低压压气气机机之之间增增加加一一个个中中间冷冷却却器器，利利用用水水或或其其他他介介质对从从低低压压气气机机中中流流出出的的空气空气进行冷却，然后将冷却后的空气送入高行冷却，然后将冷却后的空气送入高压压气机。气机。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日552.3.3.1、间冷循冷循环2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日562.3.3、复、复杂循循环2.3.3.12.3.3.1、间冷循冷循环 一一般般来来说，在在简单循循环中中，压气气机机要要消消耗耗透透平平膨膨胀功功的的2/32/3左左右右，间冷冷循循环可可以以减减少少压气气机机的的耗耗功功，并并增增加加工工质的的吸吸热量，量，这样可增加比功。可增加比功。由由于于采采用用间冷冷，使使T T2 2（空空气气进燃燃烧室室温温度度）温温度度降降低低，q q1 1值增大，需加入更多的燃料。增大，需加入更多的燃料。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日572.3.3.1、间冷循冷循环 工工质被被引引出出冷冷却却时压力力高高低低不不同同，即即存存在在着着使使比比功功增增加加的的LCLC与与HC HC 之之间的最佳的最佳压比分配。比分配。：总压比比 一一般般按按各各段段压比比相相等等分分配配以以获得得最最大大的的比比功功增增加加，也也可可采采 用用 适适 当当 降降 低低 低低 压 段段 压 比比，适适 当当 提提 高高 高高 压 段段 压 比比(HC:LC=6:4,7:3HC:LC=6:4,7:3)，来提高比功和效率。，来提高比功和效率。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日582.3.3.1、间冷循冷循环2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日592.3.3、复、复杂循循环2.3.3.22.3.3.2、再、再热循循环 在在膨膨胀过程程中中，把把工工质引引出出至至再再热燃燃烧室室中中加加热后后，再再回回到到透透平平中中继续膨膨胀以以完完成成膨膨胀过程程。将将燃燃气气轮机机的的透透平平分分成成高高、低低压两两个个部部分分，在在高高、低低压透透平平之之间增增加加一一个个燃燃烧室室，使使燃燃气气在在流流出出高高压透透平平、进入入低低压透透平平之之前前再再次次与燃料混合燃与燃料混合燃烧，此即再，此即再热循循环。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日602.3.3.22.3.3.2、再、再热循循环2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日612.3.3、复、复杂循循环2.3.3.22.3.3.2、再、再热循循环 工工质被被引引出出再再热时压力力高高低低的的不不同同，比比功功的的增增大大值不不同同，同同样与与间冷冷循循环一一样，存存在在着着两两透透平平之之间膨膨胀比比的的最最佳分配。佳分配。：透平的透平的总膨膨胀比比 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日622.3.3、复、复杂循循环2.3.3.22.3.3.2、再、再热循循环再再热循循环的加的加热量量q q1 1对于理想循于理想循环，加，加热量是增加的。量是增加的。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日632.3.3.2、再、再热循循环2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日642.3.3、复、复杂循循环2.3.3.32.3.3.3、回、回热循循环 采采用用高高温温排排气气来来加加热压气气机机出出口口的的空空气气，提提高高它它进入入燃燃烧室室的的温温度度，可可使使燃燃烧室室中中加加入入的的燃燃料料量量减减少少，从从而而提提高效率。高效率。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日652.3.3.3、回、回热循循环2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日662.3.3、复、复杂循循环2.3.3.32.3.3.3、回、回热循循环 在在理理想想循循环状状态下下，可可使使压缩空空气气被被加加热到到与与透透平平排排气气相相同同的的温温度度，即即在在回回热器器中中，透透平平出出口口温温度度与与压气气机机出出口口温度之温度之间温差范温差范围内的内的热量全部被回收。量全部被回收。理想回理想回热循循环的效率：的效率：2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日672.3.3.3、回、回热循循环理想回理想回热循循环的效率不的效率不仅与与有关，有关，还与与有关。有关。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日682.3.3.42.3.3.4、间冷再冷再热循循环采用采用这样的循的循环，由于比，由于比功大，使在相同的功大，使在相同的输出功出功率下燃气率下燃气轮机的空气流量机的空气流量比比简单循循环的小很多。的小很多。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日692.3.3.4、间冷再冷再热循循环2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日702.3.3.5、间冷、再冷、再热和回和回热的的联合使用合使用 单独采用独采用间冷循冷循环或中或中间再再热循循环可增大比功，而可增大比功，而单独采用回独采用回热循循环可提高效可提高效率，若将率，若将这几种措施几种措施结合起合起来可达到更理想的效果。在来可达到更理想的效果。在该循循环中，外界加中，外界加给单位位质量空气的燃料量空气的燃料热为阴影面阴影面积A，而循，而循环排向外界的排向外界的热量量仅为阴影面阴影面积B。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日712、热电联产系系统 2.42.4、天然气燃气、天然气燃气轮机型在机型在热电联产系系统中中应用的特点用的特点 天天然然气气燃燃气气轮机机热电联产系系统由由燃燃气气轮机机与与排排气气锅炉炉组成成。系系统运运行行时，燃燃气气轮机机带动空空气气压缩机机吸吸入入外外界界空空气气。压缩一一定定压力力（一一般般0.80.82MPa2MPa），T T升升高高，空空气气与与天天然然气气混混合合、燃燃烧生生成成高高温温烟烟气气。带压力力的的高高温温气气体体流流经涡轮时就就膨膨胀做做功功，在在推推动涡轮转动的的同同时带动空空气气压缩机机转动，天然气所含的化学能，天然气所含的化学能转化化为机械功。机械功。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日722、热电联产系系统 2.42.4、天然气燃气、天然气燃气轮机型在机型在热电联产系系统中中应用的特点用的特点 燃燃气气轮机机是是靠靠涡轮旋旋转产生生的的动力力带动发电机机发电。从从燃燃气气轮机机排排出出500500600600的的甚甚高高温温度度的的烟烟气气，经排排气气锅炉炉产生生蒸蒸汽汽。根根据据工工艺需需要要，可可获得得1MPa1MPa以以下下或或5 56MPa6MPa，甚甚至更高至更高压力的力的饱和蒸汽和和蒸汽和过热蒸汽。蒸汽。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日73热电联产系系统结构和操作特征构和操作特征2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日742、热电联产系系统 2.52.5、蒸汽、蒸汽轮机循机循环和燃气和燃气轮机循机循环的局限性的局限性 蒸蒸汽汽轮机机和和燃燃气气轮机机所所采采用用的的热力力学学循循环的的特特点点完完全全不不同同，蒸蒸汽汽轮机机循循环利利用用了了蒸蒸汽汽可可在在常常温温下下凝凝结的的特特性性，可可以以实现较低低的的工工质平平均均放放热温温度度（4040），却却不不能能实现较高高的的工工质平平均均吸吸热温温度度（550550）。而而燃燃气气轮机机循循环的的工工质平平均均吸吸热温温度度很很高高（15001500），但但工工质平平均均放放热温温度（度（600600）不低。）不低。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日753、联合循合循环发电系系统 联合循合循环发电系系统 联合合循循环：凡凡是是将将两两个个或或两两个个以以上上的的热机机循循环耦耦合合在在一起的循一起的循环。应用最广泛的用最广泛的联合循合循环是燃气蒸汽是燃气蒸汽联合循合循环 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日763、联合循合循环发电系系统3.13.1、联合循合循环发电系系统发展概况展概况 联合合循循环发电系系统：由由燃燃气气轮机机、排排气气锅炉炉、蒸蒸汽汽轮机机和和发电机机等等设备构构成成。天天然然气气燃燃烧生生成成的的高高温温气气流流在在燃燃气气轮机机做做功功并并发电后后，排排出出500500600600的的烟烟气气进入入排排气气锅炉炉回回收收余余热并并产生生蒸蒸汽汽，蒸蒸汽汽进入入蒸蒸汽汽轮机机膨膨胀做做功功再再发出出电力力。这样两两级产生生动力力的的热力力循循环系系统是是热工工上上布布雷雷顿(Brayton)(Brayton)循循环和朗肯和朗肯(Rankine)(Rankine)循循环相相结合的系合的系统。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日773、联合循合循环发电系系统 3.2、联合循合循环发电系系统特点：特点：在在燃燃气气蒸蒸汽汽联合合循循环的的发电系系统中中，燃燃气气轮机机在在527-1327527-1327温温度度区区间工工作作，单独独发电，排排气气热损失失大大；蒸蒸汽汽轮机机一一般般在在接接近近环境境温温度度到到627627温温度度区区间工工作作，单独独用用锅炉炉蒸蒸汽汽轮机机方方式式发电，未未能能充充分分利利用用高高温温位位热能能，把把高高品品位位能能量量降降级使使用用，如如果果它它们各各自自单独独运运行行发电，热效效率率仅4040以以下下，按按“总能能系系统”的的能能量量梯梯级利利用用概概念念，把把这两两个个在在不不同同温温度度区区间的的热力力循循环联合合在在一一起起，各各在在自自己己合合适适的的温温度度范范围工工作作，利利用用燃燃气气轮机机循循环平平均均吸吸热温温度度高高和和蒸蒸汽汽轮机机循循环平平均均放放热温温度度低的低的优点，就能取得超点，就能取得超过5050的效率，最高效率已突破的效率，最高效率已突破6060。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日78F F级单轴燃气蒸汽燃气蒸汽联合循合循环发电机机组发电机机汽汽轮机机压气机气机燃气燃气轮机机2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日793、联合循合循环发电系系统项目目60年代年代70年代年代80年代年代90年代年代90年代年代末末天然气燃气天然气燃气轮机机联合循合循环发电效率效率天然气燃气天然气燃气轮机机单循循环发电效率效率燃煤燃煤锅炉蒸汽炉蒸汽轮机机发电效率效率27.5203841.527.5404531.541.5503541.55557384244发 电 效效 率率 提提 高高 状状 况况2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日803、联合循合循环发电系系统2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日813、联合循合循环发电系系统 3.33.3、联合循合循环发电型式型式 联合合循循环有有余余热锅炉炉型型、排排气气补燃燃型型、增增压燃燃烧锅炉炉型和加型和加热锅炉炉给水型。水型。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日823、联合循合循环发电系系统 3.33.3、联合循合循环发电型式型式3.3.13.3.1、余、余热锅炉型炉型联合循合循环 用用余余热锅炉炉吸吸收收燃燃气气轮机机排排气气的的热量量加加热锅炉炉中中的的水水产生生蒸蒸汽汽，然然后后用用汽汽轮机机将将蒸蒸汽汽的的热量量转换为机机械械功功。利利用用了了燃燃气气轮机机排排气气温温度度较高高，而而汽汽轮机机循循环能能够利利用用的的蒸蒸汽温度又汽温度又较低的原理。低的原理。循循环中中汽汽轮机机输出出功功率率约为燃燃气气轮机机的的30305050,。联合循合循环的效率比燃气的效率比燃气轮机原来高机原来高30305050。2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日832024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 周日周日周日周日842024/5/26 2024/5/26 2024/5/26 2024/5/2