清华大学《联合循环》课件第一章

二、电站的循环——开循环电站
开循环等效为循环本质差别
忽略空气和燃气的物性差别
忽略空气和燃气的质量差别 （V94.3A空气流量645kg/s， 燃气659kg/s) 用于定性分析，定量尽量避 免用
二、电站的循环——燃气蒸汽
联合循环
前温利用技术
卡诺循环与实际循环比较
二、电站的循环——燃气蒸汽
联合循环
东汽 正在总 装的燃 气轮机
开课背景——打捆招标
东汽——燃气轮机厂内试车 2005
开课背景——打捆招标
开课背景——打捆招标
正在装配的V94.3A
开课背景——打捆招标
安装了首台94.3A的华能上海石洞口电厂全景 2005年8月
开课背景——打捆招标
一期业主：上海化学工业区热电联供电厂、北京第三 热电厂、张家港电厂、苏州望亭电厂、江苏戚墅堰电厂、 广东惠州电厂(LNG)、深圳前湾电厂、深圳东部电厂、 浙江半山电厂、兰州燃气热电厂
二、电站的循环——开循环电站
燃气轮机电站(GT)
p* p* 3 2
p ?p 3 2
二、电站的循环——开循环电站
• 燃气轮机是否为热力循环？ 工质？ 空气－－燃气 质量？ 透平中相比压气机中增加了燃料量 压缩﹑吸热﹑膨胀、放热四个热力过程没有构 成一个封闭的回路，T-S图上的1点不闭合 的。——————开循环（Brayton Cycle）。
二期业主：珠江电厂、中原电厂、郑州电厂、萧山 电厂、镇海电厂、上海石洞口电厂、华能南京电厂
三期业主深圳美视电厂(GE9E)、格尔木电厂(GE9E) 、 江油电厂
开课背景——
型号 国家 （公司） 招标中方 级别 PG6581 (6B) 美国 GE PG9171E(9 PG9351FA MS9001G E) (9F) 美国 美国 美国 GE GE GE MS9001H 美国 GE V94.2 德国 SIMENS V94.3A 德国 SIMENS M701D 日本 三菱 M701F 日本 三菱 M701G 日本 三菱
卡诺定理 • 在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源 之间工作的一切可逆循环，其热效率都相等， 与工质无关 • 在温度为T1热源和同为T2的冷源间工作的一切 不可逆循环，其热效率必然小于可逆循环
二、电站的循环——闭循环电站
省煤器
再热器
蒸发器
蒸汽轮机电站简图及朗肯循环T-S图
二、电站的循环——闭循环电站
联合循环——(Combined Cycle)
参考书目 • Combined Power Plants, J. H. Horloch （基本理论， 第三、第四章精华），Oxford : Pergamon Press, 1992 • 在编教材——联合循环系统 ， 段秋生.
开课背景
• ηGT 34～35％，ηST，36～37，ηIGCC58％ • 1972年美国燃气轮机产量超过蒸汽轮机，科学家预言21世 纪是IGCC时代， • 美国DOE政策，不单独批准建立蒸汽轮机电站，必须留有 改为燃气——蒸汽联合循环和IGCC循环的方案设置 • 欧洲能源行业的优先政策已相应地从能源供应的数量转向 质量。各种环保能源技术的很大发展。 “洁净煤技术 （CCT）”的发展即得到了政府在财政上和政策上的支持。 • 国内发改委组织的 打捆招标40余套燃气蒸汽联合循环，CC • 我国IGCC发展前景广阔
1310 1250* 1400* 1500 612 16 550 330 194 441 14 542 200 202 651 17 586 340 187
641 19(21 560
开课背景
S109F STAG1 STAG1 STAG1 1S.V94. 1S.V94. MCP1 MPCP KA13E KA13E S109F S109E 1V94.2 1V94.2 MCP1 MPCP (M70F) A 09G A 09G 09H 09H 3A (M70D) (M70D) (M70F) 3A 2-2 2-2 1＋ 1 1+1 1+1 1+1 1+1 1+1 2+1 2+1 1+1 1+1 1+1 2+1 2+1 189.2 391 56.7 52 476 356 391 420 56.7 58 356 420 480 58 60 480 233 51.7 60 233 393 51.7 57.4 358 212.5 393 57.4 51.4 358 470 212.5 398 51.4 57 470 296 398 -489 480 -489 480 52.9 346
第二节 电站热力性能的评价
2. 燃料的发热量
~
C~calorie (CV)0 v～value 0 基准温度 H~ Heat HV v~value
热值定义？
第二节 电站热力性能的评价
2. 燃料的发热量
热值定义：单位质量的燃料在某 一个特定的温度T0下与外界没 有机械功交换的条件下完全 燃烧, 冷却到同一个试验初 始温度T0时所放出的热量。
南汽 B级 42 E级 123.4 33.8 1124 403 12.3 538 190 207
哈汽 F级 216 34.9 1327 601 13.6 583 240 194
未转 让 G级 282 39.5 1430 685 23
未转 让 H级 290 41 1430 685 23
上汽 E级 153.6 33.4 1105 499 10.9 546 295 190
二、电站的循环——卡诺循环
T
Tmax
2
3
4
• Tmax 燃烧温度 锅炉1800度 一般<1650——限制NOx排 放，考虑环保 • Tmin 环境温度(25)
Tmin
1
S
carnot
放热量 T2 S Tmin 1 ＝－ 1 ＝ 1 84.5% 吸热量 T1S Tmax
二、电站的循环——卡诺循环
• 蒸汽轮机3条工质回路 1、烟气回路（非热力循环） 开循环 2、水、水蒸汽回路（热力循环） 3、冷却水循环，开循环 • 3个回路之间关系 回路1是回路2的高温热源，回路3是回路2 的低 温热源
二、电站的循环——闭循环电站
两个热源？ • 热力学第二定律：只有1个热源不可能连续产 生机械功——开尔文1851，不可能从单一热源 取热，并使之完全变成有用功而不引起其他变 化 3个回路特点？ 只有热量交换，没有质量交换，有无特例？ 事故：锅炉爆管，冷凝器漏管
二、电站的循环——燃气蒸汽
联合循环
布雷登循环，F级机组，T3 1327度，效率37～ 38.7% 损失来源：吸热过程大的传热温差 放热过程温差大，有 火用 损失 燃气蒸汽联合循环（采用F级燃机），效率 54.8~57.2%，采用H型燃机可超过60％。
二、电站的循环——燃气蒸汽
联合循环
H型燃机组成的联合循环特点 • 压气机无抽气损失 • 蒸汽冷却效果好于空气，透平无掺混损 失 • 蒸汽自成回路，冷却后直接进入蒸汽透 平作功
开课背景
燃气轮机燃料： 天然气 natural gas （LNG) 柴油 diesel fuel 航空 煤油 jet fuel 合成气 syngas 焦炉气 coke-oven gas 高炉气 B-gas 转炉气 converter gas
开课背景
国内天然气情况：总产量775亿立米（2008，占一次能源3.4%, 2005，440，2.7%)
课程内容
第一章 电站热力学基础 第二章 燃气轮机循环理论基础 第三章 蒸汽轮机电站理论基础 课程试验 第四章 联合循环电站理论基础 第五章 燃气蒸汽联合循环电站热力循环的焦树 建分析法 第六章 双开循环 第七章 整体煤气化燃气蒸汽联合循环理论基础
课程内容
第一章 电站热力学基础
第一章
第一节 引言
环 联合循环 S109E 型号 环 联合循环 1＋1 配置 环 联合循环 189.2 功率 环 联合循环 52 效率 环 联合循环 价 千瓦造价 476 ＄/kW
57 52.9 -58.7 -58.7 296 346
无脱硫装置火电造价
20万2200~2500, 30万2500~3000, 60万3000~3500元/kW 脱硫造价 500元/kW

战略 决策
国产化水平提高，价格下降。国产化率 受到时间、数量的制约

无法获得设计与改型技术，热端部件制 造限于合资厂

以 市 场 换 取 技 术 ， 集 中 招 标
目标
技 术 引 进 ， 当 地 制 造 ， 合 理 价 格
开课背景——打捆招标
哈汽首台燃机（秦皇岛） 2004年7月
开Байду номын сангаас背景——打捆招标
第一节 引言
一、研究电站热力学的目的
F ——燃料能量
W ——电站产生功
F QA —— 电站向冷源放出热量 （第一、第二章用以上符号） W
系统
QA
电站
w 效率是经济性研究 F 的最主要内容
一、研究电站热力学的目的(续）
热经济性——追求高效率 本课程研究任务 技术经济性——对于提高效率的措施，考虑措施投入 的经济效益 环境综合经济性——考虑电站效率、投资与环境保护 之间的关系。NOx, CO2, SO2 排放1当量SO2 (0.95kg) 0.2元（200406） - 0.4 （200506）- 0.6元（200706）－1.2元 安装运行脱硫装置，每度电上网电价增加1.5分
• 循环中几个关键温度和效率 （最高温度 1650 ℃最低温度取25 ℃ ） 卡诺循环效率 84.5% 朗肯循环 超临界机组，温度566 ℃ ，压力25MPa，效 率38～41.9％， 超超临界(26.25MPa/600℃/600℃)，设计效率43.8% 损失来源：气化潜热，向冷源放热 锅炉中大的传热温差
上汽 F级 219 35.7
东汽 E级 144 34.8
东汽
功率MW
热效率% 第一级透 平转子前 温度℃ 空气流量 kg/s 压比 排气温度 ℃ 机组重量 吨 千瓦造价 ＄/kW
32 1140 140 12.6 538 99
未转 让 F级 G级 271 270 （33 ） 38.7( 38.2 9.5)
第二节 电站热力性能的评价
1. 闭循环电站的效率
QB QA w w w st B 汽机效率 QB Q QB B F
锅炉效率
w w QB 电站总体效率＝ st B F QB F
F M F cv 0
MF-燃料量，(CV)0 -燃料的热值
第二节 电站热力性能的评价
• 定容闭口体系内燃烧，与外界无功的交换和热 量交换 • u u 温度？ R P • 开口绝热稳定流动体系内燃烧，无功 • hR hP 温度？ TP > T R
开课目的：大事不糊涂、批判精神
开课背景——打捆招标

实现首台燃机在国内组装
三菱12台套，第10台国产化42％，第12 台45％（10＋0＋2） GE20台F级，4台E级，第13台（13） 国产化36％，第18台国产化70％。（13F ＋7F＋4E）

西门子9台F级，第9台国产化38％ (0+9+0)
二、电站的循环——卡诺循环
循环？ • 同一质量的同一工质从一个点经过一个循环回到原来的状态 （闭循环） 正循环？逆循环？ 热能到机械能的转换称为正循环 卡诺循环？ • 等熵压缩、高温热源温度恒定条件下等温吸热、等熵膨胀、 低温热源温度恒定条件下等温放热 等熵？ • 既无与外界热交换，本身也没有损失 换热过程有无温差影响？ • 有温差传热过程必定带来损失
(开口稳定流动表达热值用焓HR)
若燃料量是MF，则从控制面传出 的热量是F = Q0 = M F(CV)0。
第二节 电站热力性能的评价
• 2. 燃料的发热量 燃料热量的数学表达式 F = M F(CV)0= (HR)0-(H P)0 （角标R和P分别表示反应物和生成物，下角标 0表示选定的基准温度） 这里的焓是广义焓，包含物质的结构焓，不 同于工程热力学中的H=f(p,t)，工程热力学中 为狭义焓或者物理焓 • 本讲义 h’单位质量广义焓 , h 狭义焓
北京家用2.05元，三热发电用1.4元，上网电价高达0.5～0.55元/ 千瓦时，高于山西、内蒙古的燃煤电价(0.3～0.33元/千瓦时)， 还需要政府补贴—土库曼斯坦出口俄罗斯100美元/千立米。 2008年北京天然气供应量52亿立方米（2007，40），其中发电 用气12%,工业 7％， 居民生活和采暖71％，其他10％（粗略比 例）。