燃气蒸汽联合循环及热平衡计算.pdf
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为确保寿命，这两大部件中工作条件最差的零件如 火焰筒和叶片等，须用镍基和钴基合金等高温材料 制造，同时还须用空气冷却来降低工作温度。
对于一台燃气轮机来说，除了主要部件外还必须有 完善的调节保安系统，此外还需要配备良好的附属 系统和设备，包括：起动装置、燃料系统、润滑系 统、空气滤清器、迚气和排气消声器等。
1.2 余热锅炉
• 余热锅炉包括上升管、汽包、下降管主要部件。上升管是 由密集的管道排成的管簇，由上联箱、下联箱连成一体； 上联箱通过汽水引入管连通汽包，汽包再通过下降管连到 下联箱；上升管管簇、汽包、下降管构成了一个环路。上 升管管簇在炉膛内，汽包与下降管在炉体外面。
• 把水注入汽包，水便灌满上升管管簇与下降管，把水位控 制在靠近汽包中部的位置。当高温燃气通过管簇外部时， 管簇内的水被加热成汽水混合物。由于下降管中的水未受 到加热，管簇内的汽水混合物密度比下降管中的水小，在 下联箱形成压力差，推动上升管内的汽水混合物进入汽包， 下降管中的水进入上升管，形成自然循环。
st
0 st Mst Gst
2.4 联合循环效率
联合循环发电量： P Pgt Pst
联合循环发电效率：
cc
Pgt +Pst Qnet
=gt +Cst
C Qst1 Qst3 Qst4 Qw1 Qst2 Qstr
Qnet
联合循环供电效率：
g cc
cc 1e
2.5 联合循环冷热电联供效率
1.2 余热锅炉
余热锅炉换热设备
余热锅炉结构
余热锅炉汽水流程
1.3 蒸汽轮机
经过余热锅炉加热后的高温高压蒸汽分别进入汽轮机 的高、中、低压缸，推动汽轮机转子做功。
再
热
器
主
汽
阀
中压主汽阀 中压调节阀
过 热 器
调
节
阀 HP
IP
LP LP
G
锅炉
高压缸 中压缸
低压缸
凝汽器
1.3 蒸汽轮机
供热汽轮机
Qw1—给水所携带的热能； Qstr—高压缸排出的再热蒸汽
热能； Qst1—余热锅炉产生的主蒸汽
的热能； Qst2—加热后再热蒸汽热能； Qst3—中压蒸汽热能； Qst4—低压蒸汽热能； QA2—余热锅炉排烟热能。
2.3 蒸汽轮机的热平衡 Qst1 Qst2 Qst3 Qst4 Ps0t Qstr Qw1 QA3
1.1.3 透平
从燃烧室喷出的高压燃气推动透平叶轮旋转，把燃气的内 能转化为透平的机械能。
燃气推动旋转的叶轮上的叶片称为动叶，在每级动叶的前 方还安装一组静止的叶片（静叶），静叶起着喷嘴的作用， 使气流以最佳方向喷向动叶。一组静叶加一组动叶为透平 的一级。透平一般为3级或4级。
1.1.3 透平
联合循环发电量： P
联合循环供热量： Qn
联合循环冷热电联供综合热效率：
P+Qn
Qnet
2.6 热平衡详细计算
编写计算程序 空气、燃气、水和水蒸气的热力性质随温度的变
化。 燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机各模块间的参数
耦合。 综合考虑机型实际情况及各种损失因素。 采用商业软件。GT-PRO等
2.1 燃气轮机的热平衡
燃气轮机的循环效率：
0 gt
Pg0t Qnet
燃气轮机的发电量：
Pgt
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
P0 gt Mgt Ggt
燃气轮机的发电效率（循环净效率）：
gt
Pgt Qnet
=g0tMgtGgt
2.2 余热锅炉的热平衡
Qc1+Qw1 Qstr Qst1 Qst2 Qst3 Qst4 QA2
抽气器
汽轮机 凝汽器
冷却塔
凝结水泵
循环水泵
凝汽器
1.4 机组布置形式
1.4 机组布置形式
主要内容
2
联合循环的热平衡
2 联合循环的热平衡
2.1 燃气轮机的热平衡
Q1+Qnetb Pg0t Qa2 Qc1 Qc2
Q1—吸入压气机的空气所携带的热能； Q net—燃料的低位发热量； Ηb—燃烧室的效率； Qa2—对外泄漏空气携带的热能； Qc1—排入余热锅炉燃气所携带的热能； Qc2—透平经空气冷却对外散失的热能； Pg0t —燃气轮机轴端的作功功率。
1.1.2 燃烧室
燃气轮机一般有十几个燃烧室，安装在燃机外围。 燃烧室由外壳与火焰筒组成，在外壳端部有天然
气入口，在火焰筒尾部联接过渡段，在燃烧室内 装有燃料喷嘴。
天然气通过燃烧室端部入口喷入燃烧室，与压气 机压入的空气在燃烧室火焰筒里混合燃烧，生成 高温高压燃气从燃烧室过渡段喷出，进入透平做 功。
典型联合循环热平衡图
热平衡计算结果
根据热平衡图可得到以下参数： 各节点的水、水蒸气、燃气及烟气进出口参数； 燃气轮机、蒸汽轮机发电量和发电效率； 根据抽汽和回水参数可计算出供热量； 气耗和热耗； 联合循环发电效率和综合热效率。
燃气蒸汽联合循环及热平衡计算
主要内容
1
燃气蒸汽联合循环介绍
2
联合循环的热平衡
主要内容
1
燃气蒸汽联合循环介绍
1 燃气—蒸汽联合循环发电系统介绍
1.1 燃气轮机
1.1 燃气轮机
1.1.1 压气机
压气机负责从周围大气中吸入空气，增压后供给燃 烧室。
叶轮转子上一组动叶与后面相邻的静叶，称为压气 机的一个级。燃气轮机的压气机有十几级，高速旋 转的动叶把空气从进气口吸入压气机，经过一级又 一级的压缩，变成高压空气。
QA3—蒸汽轮机通过凝汽 器排向冷源的热能；
Ps0t —蒸汽轮机轴端输出
功率。
2.3 蒸汽轮机的热平衡
蒸汽轮机的循环效率：
0 st
Ps0t Qst1 Qst3 Qst4 Qw1
Qst2 Qstr
蒸汽轮机的发电量：
Pst
P0 st Mst Gst
蒸汽轮机的发电效率（循环净效率）：
供热汽轮机
背压
调节抽汽
供电 供热
汽轮机
排热 气效 压率 力高 高
汽轮机
单双 抽抽 汽汽 轮轮 机机
工 业 用 热
0.5~3.6MP
采 暖 用 热
0.05~0.2MP
凝汽器
做功后的乏汽在凝汽器内被循环水泵送入凝汽器的冷 却水冷却，重新凝结成水。凝结水经凝结水泵、加热
器、除氧器后重新进入余热锅炉，完成一个循环。
压气机转子与透平转子是安装在同一根转轴上，透平旋转时 也就带动压气机旋转工作。透平转子带动发电机发电，额定
转速是每分钟3000转。
1.1.4 其他
燃烧室和透平不仅工作温度高，而且还承受燃气轮 机在起动和停机时，因温度剧烈变化引起的热冲击， 工作条件恶劣，故它们是决定燃气轮机寿命的关键 部件。
对于一台燃气轮机来说，除了主要部件外还必须有 完善的调节保安系统，此外还需要配备良好的附属 系统和设备，包括：起动装置、燃料系统、润滑系 统、空气滤清器、迚气和排气消声器等。
1.2 余热锅炉
• 余热锅炉包括上升管、汽包、下降管主要部件。上升管是 由密集的管道排成的管簇，由上联箱、下联箱连成一体； 上联箱通过汽水引入管连通汽包，汽包再通过下降管连到 下联箱；上升管管簇、汽包、下降管构成了一个环路。上 升管管簇在炉膛内，汽包与下降管在炉体外面。
• 把水注入汽包，水便灌满上升管管簇与下降管，把水位控 制在靠近汽包中部的位置。当高温燃气通过管簇外部时， 管簇内的水被加热成汽水混合物。由于下降管中的水未受 到加热，管簇内的汽水混合物密度比下降管中的水小，在 下联箱形成压力差，推动上升管内的汽水混合物进入汽包， 下降管中的水进入上升管，形成自然循环。
st
0 st Mst Gst
2.4 联合循环效率
联合循环发电量： P Pgt Pst
联合循环发电效率：
cc
Pgt +Pst Qnet
=gt +Cst
C Qst1 Qst3 Qst4 Qw1 Qst2 Qstr
Qnet
联合循环供电效率：
g cc
cc 1e
2.5 联合循环冷热电联供效率
1.2 余热锅炉
余热锅炉换热设备
余热锅炉结构
余热锅炉汽水流程
1.3 蒸汽轮机
经过余热锅炉加热后的高温高压蒸汽分别进入汽轮机 的高、中、低压缸，推动汽轮机转子做功。
再
热
器
主
汽
阀
中压主汽阀 中压调节阀
过 热 器
调
节
阀 HP
IP
LP LP
G
锅炉
高压缸 中压缸
低压缸
凝汽器
1.3 蒸汽轮机
供热汽轮机
Qw1—给水所携带的热能； Qstr—高压缸排出的再热蒸汽
热能； Qst1—余热锅炉产生的主蒸汽
的热能； Qst2—加热后再热蒸汽热能； Qst3—中压蒸汽热能； Qst4—低压蒸汽热能； QA2—余热锅炉排烟热能。
2.3 蒸汽轮机的热平衡 Qst1 Qst2 Qst3 Qst4 Ps0t Qstr Qw1 QA3
1.1.3 透平
从燃烧室喷出的高压燃气推动透平叶轮旋转，把燃气的内 能转化为透平的机械能。
燃气推动旋转的叶轮上的叶片称为动叶，在每级动叶的前 方还安装一组静止的叶片（静叶），静叶起着喷嘴的作用， 使气流以最佳方向喷向动叶。一组静叶加一组动叶为透平 的一级。透平一般为3级或4级。
1.1.3 透平
联合循环发电量： P
联合循环供热量： Qn
联合循环冷热电联供综合热效率：
P+Qn
Qnet
2.6 热平衡详细计算
编写计算程序 空气、燃气、水和水蒸气的热力性质随温度的变
化。 燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机各模块间的参数
耦合。 综合考虑机型实际情况及各种损失因素。 采用商业软件。GT-PRO等
2.1 燃气轮机的热平衡
燃气轮机的循环效率：
0 gt
Pg0t Qnet
燃气轮机的发电量：
Pgt
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
P0 gt Mgt Ggt
燃气轮机的发电效率（循环净效率）：
gt
Pgt Qnet
=g0tMgtGgt
2.2 余热锅炉的热平衡
Qc1+Qw1 Qstr Qst1 Qst2 Qst3 Qst4 QA2
抽气器
汽轮机 凝汽器
冷却塔
凝结水泵
循环水泵
凝汽器
1.4 机组布置形式
1.4 机组布置形式
主要内容
2
联合循环的热平衡
2 联合循环的热平衡
2.1 燃气轮机的热平衡
Q1+Qnetb Pg0t Qa2 Qc1 Qc2
Q1—吸入压气机的空气所携带的热能； Q net—燃料的低位发热量； Ηb—燃烧室的效率； Qa2—对外泄漏空气携带的热能； Qc1—排入余热锅炉燃气所携带的热能； Qc2—透平经空气冷却对外散失的热能； Pg0t —燃气轮机轴端的作功功率。
1.1.2 燃烧室
燃气轮机一般有十几个燃烧室，安装在燃机外围。 燃烧室由外壳与火焰筒组成，在外壳端部有天然
气入口，在火焰筒尾部联接过渡段，在燃烧室内 装有燃料喷嘴。
天然气通过燃烧室端部入口喷入燃烧室，与压气 机压入的空气在燃烧室火焰筒里混合燃烧，生成 高温高压燃气从燃烧室过渡段喷出，进入透平做 功。
典型联合循环热平衡图
热平衡计算结果
根据热平衡图可得到以下参数： 各节点的水、水蒸气、燃气及烟气进出口参数； 燃气轮机、蒸汽轮机发电量和发电效率； 根据抽汽和回水参数可计算出供热量； 气耗和热耗； 联合循环发电效率和综合热效率。
燃气蒸汽联合循环及热平衡计算
主要内容
1
燃气蒸汽联合循环介绍
2
联合循环的热平衡
主要内容
1
燃气蒸汽联合循环介绍
1 燃气—蒸汽联合循环发电系统介绍
1.1 燃气轮机
1.1 燃气轮机
1.1.1 压气机
压气机负责从周围大气中吸入空气，增压后供给燃 烧室。
叶轮转子上一组动叶与后面相邻的静叶，称为压气 机的一个级。燃气轮机的压气机有十几级，高速旋 转的动叶把空气从进气口吸入压气机，经过一级又 一级的压缩，变成高压空气。
QA3—蒸汽轮机通过凝汽 器排向冷源的热能；
Ps0t —蒸汽轮机轴端输出
功率。
2.3 蒸汽轮机的热平衡
蒸汽轮机的循环效率：
0 st
Ps0t Qst1 Qst3 Qst4 Qw1
Qst2 Qstr
蒸汽轮机的发电量：
Pst
P0 st Mst Gst
蒸汽轮机的发电效率（循环净效率）：
供热汽轮机
背压
调节抽汽
供电 供热
汽轮机
排热 气效 压率 力高 高
汽轮机
单双 抽抽 汽汽 轮轮 机机
工 业 用 热
0.5~3.6MP
采 暖 用 热
0.05~0.2MP
凝汽器
做功后的乏汽在凝汽器内被循环水泵送入凝汽器的冷 却水冷却，重新凝结成水。凝结水经凝结水泵、加热
器、除氧器后重新进入余热锅炉，完成一个循环。
压气机转子与透平转子是安装在同一根转轴上，透平旋转时 也就带动压气机旋转工作。透平转子带动发电机发电，额定
转速是每分钟3000转。
1.1.4 其他
燃烧室和透平不仅工作温度高，而且还承受燃气轮 机在起动和停机时，因温度剧烈变化引起的热冲击， 工作条件恶劣，故它们是决定燃气轮机寿命的关键 部件。