燃气轮机相关热力循环

= 580MW - 267MW = 313MW
基于负荷估算，负荷变化的思考， 发电功率100%--70%---50%，T3，压比，温度，流量的变化
24
型 号 GE PG9351 （FA）
首台 ISO额定功率 年份 KW
压比
流量 kg/s
透平前 温度 ℃
进气温 度 ℃
排气温 度 ℃
1996
255600
41
间冷循环：
优点：提高比功 缺点： 1、增加了冷却器设备 2、间冷循环宜选取较高的压比 3、一般只能用一次
42
再热循环
43
Alstom GT24 / 26
M701F3 270MW 17 压比 1290摄氏度 GE 9351FA 256MW 15.4 压比 1318摄氏度
GT 26 265MW 30压比 1235摄氏度
燃气轮机理想简单循环性能分析
17
理想简单循环比功
如何提高燃机的比功和效率？
18
实际简单循环性能分析
19
实际简单循环性能分析
3 T 3！
4！ 2 2！
4
1
1！
s
20
21
燃烧室的损失主要表现在那两个方面，目前的 情况怎样？
22
燃气轮机输出功率的计算
为什么涡轮进口燃气的流量比压气 机中的空气流量大？

注：GE热端输出调整为冷端输出时付出了沉重的代价
57
58
59
冷端输出（结合推力轴承和绝对死点）的好处

机组对外输出端运行时因温度较低，相对位移较小， 有利于安全运行。 推力轴承的油量大（为支持轴承的2～2.5倍），回油 不需要通过高温的外壁引出（热端输出时），处于低 温部分，这样无论对轴承座的设计或回油管的布置都 比较有利。
61
单轴联合循环机组轴系
62
单轴联合循环机组轴系
位于发电机和汽轮机之 间的自同步离合器，大大提 高了电厂运行灵活性。由于 离合器的采用，在启动过程 中，燃机可以先按简单循环 方式启动和运行，汽轮机处 于脱开状态。一旦汽轮机转 速升至额定转速，离合器就 自动同步燃气轮发电机和汽 轮机。由此实现更短的启动 和停机时间，更短的维修停 运时间和更高的净出力系数。 63
70
多轴联合循环电厂厂房布置
71
多轴联合循环电厂
72
Generator loads
73
74
75
余热锅炉型联合循环电厂(多轴）
76
77
78
END
79
GUD是德文Gas und Dampf的缩写，意 为“燃气和蒸汽”
67
单轴布置

单轴联合循环机组具有以下优点：
①系统简化，设备费用降低； ②变工况下效率下降较少； ③控制系统简化； ④运行维护简化； ⑤高的可靠性和利用率。

因而，近年来被迅速推广应用，特 别是在新一代大功率联合循环中广 泛采用单轴机组。
15.4
624
1327
15
609
= 624*1004*1600*(1-0.5076)*0.90 – 624*1004*288*(2.184-1)/0.88
= 444MW - 243MW = 201MW = 1.07*624*1004*1600*(1-0.5076)*0.90 – 0.9*624*1004*288*(2.184-1)/0.88 = 475MW - 219MW = 256MW
55
【1】单轴、分轴；“几拖一”
56
【2】冷端输出与热端输出

冷端输出： 当发电机由温度变化较小的压气机端驱动 例如：Siemens KWU、Siemens WH、Alstom的重型燃 气轮机，GE公司近年推出的F、FA、H系列燃气轮机也 采用这种方式。 热端输出： 采用透平排气端连接发电机的方式通常叫做，例如： GE公司的MS6001B、MS9001E系列燃气轮机采用。
第二部分 燃机相关热力循环
第一章 发电燃机的热力循环
第二章 航空燃机的热力循环
第三章 燃机的复杂热力循环 第四章 燃气-蒸汽联合循环
1
燃料
燃烧室
燃气轮机发电装置示意图
1800-2300K 3 2
压气机
q1
涡轮（透平） 发电机
电
q2
1 进气口
4 排气
2
一、发电燃机的热力循环
热力系统 示意图
3
电站燃气轮机循环的主要性能指标
燃料的热值是指单位燃料在量热计中燃烧后测得 的热量数值。由于燃料燃烧产物中的H2O在冷凝 的过程中会放出潜热包括在量热计所测的数值中，
所以测出的数值称为高热值。这部分潜热在发动
机中是无法利用的，因此要将这部分热量从高热 值中减去。燃料在气缸中燃烧后发出的有效热量 称为低热值。
12
• 热耗率 机组每输出产生l kW· h的功需要多 少焦耳的热量。
1. 2. 3. 4. 5. 压比 温比 比功 单机功率 热效率
4
1、压比
压气机出口的气体压力P2＊与进口的气体压力 P1＊之比值，反映工质被压缩的程度。
5
2、温比
温比是指循环最高温度t3*（燃气初温）与 最低温度t1*之比值。
燃气初温： 在第一级喷嘴 后缘平面处的 燃气的平均滞 止温度
6
3、比功 比功是指相应于进入燃气轮机的每lkg 空气，在燃气轮机中完成一个循环后所能 对外输出的功。
基于负荷估算，负荷变化的思考，
发电功率100%--70%---50%，T3，压比，温度，流量的变化
25
二、航空燃机的热力循环
26
燃机热力循环的相似性
涡轮喷气发动机的飞机
28
涡轮风扇发动机的飞机
29
涡轮螺旋桨发动机的飞机
30
涡喷发动机
31
32
涡扇发动机
33
涡桨发动机
34
35
三、燃机的复杂热力循环 （节能或增效目的）
46
余热锅炉型联合循环
47
联合循环机组说明
S109FA大型燃气-蒸汽联合循环发电机组由 PG9351FA型燃气轮机，D10型、三压、再热、双 缸双流式汽轮机，390H型氢冷发电机和三压、 再热、自然循环余热锅炉组成。
燃气轮机、蒸汽轮机和发电机刚性串联在 一根长轴上，燃气轮机进气端（冷端）输出功 率，轴配置形式为GT-ST-GEN。 转速为3000rpm，从发电机方向看按逆时针 方向转动。
23
型 号 三菱M701F4
首台 ISO额定功率 年份 MW 1997 312
压比 18
流量 kg/s 703
透平前 温度 ℃ 1ห้องสมุดไป่ตู้27
进气温 度 ℃ 15
排气温 度 ℃ 597
= 1.05*703*1004*1700*(1-0.4881)*0.90 – 0.9*703*1004*288*(2.284-1)/0.88
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单轴布置

单轴布置的不足之处是不能采用前 期安装简单循环的燃气轮机，先行 投入运行。而后期建设增加蒸汽循 环的分期建设方案，也基本上不适 用于对已有的汽轮发电机组进行提 高效率、增大容量的技术改造。
69
多轴布置

多轴布置能适应燃机（简单循环） 前期先上、后期再上蒸汽循环的分 期建设需要，运行灵活性好。多轴 布置能适应对老电厂己有机组的技 术改造，能满足各种不同用户的需 要。


透平轴向排气可降低排气损失，提高机组效率，降低 厂房高度； 加强透平排气的对称性，有利于余热锅炉的设计和快 速启停机。

60
【3】单轴布置两种方式

单轴布置只有一台发电机 及相关的输变电设备，余 热锅炉一般不需加装旁通 烟囱和挡板，同时使辅助 设施（如冷却水系统）可 以统一布置，使设备简化， 布置紧凑，厂房面积小， 土建成本降低，使整个电 厂紧凑高效，电站投资降 低。西门子公司认为，单 轴机组设备造价可比多轴 机组低约5％。
36
回热循环
回热器（R）：Regenerator
37
理想
38
回热循环： 优点：提高热效率
缺点：1、尺寸大，增加维护费用
2、不适用高压比燃机
39
间冷循环
中间冷却器（IC）：Intercooler
40
理论上，间冷次数无穷多时，压缩过程 就变为等温压缩，压缩耗功降至最低， 循环比功增加最多。 最佳压比分配使循环比功最大
• 特征：
– – – – – – – 是热效率最好的一种方式。 启动时间短。 由较小容量的设备构成，容易起停和调整出力。 燃气轮机与总出力的出力比例为2／3，比较大。 单位出力的温排水量少。 最大出力根据大气温度变化。 汽轮机不能单独运行。
53
余热锅炉型联合循环(单轴）
54
余热锅炉型联合循环（多轴）
9
5、热效率
当工质完成一循环时，把外界加给工质的热量
转化成为机械功或电功的百分数。 有三种计算方法：
10
q
: 每1kg空气，加给机组的热量；
f
: 每1kg空气，加入的燃料量；
Hu ：燃料的低热值； Gf ：每秒钟加给机组的燃料量； PGTG：单机输出电功率
11
什么是燃料的低热值？燃料的高热值？
• 油耗 每产生lkW· h的功所消耗的标准燃 油（是指发热量为43124kJ/kg的燃油） 的克数。
13
• 某发电厂平均生产1度电需消耗350克标准 煤，已知标准煤的热值为29308kJ/kg，试 求这个电厂的平均热效率是多少？ 收益：1度电=1kW· h=1kJ/s×3600s=3600kJ 代价：350克标准煤发热量 =0.35kg×29308kJ/kg=10257.8kJ
44
四、燃机相关联合循环
燃气（油）联合循环 （利用燃机排气） • 余热锅炉型 • 排气补燃型 • … …
燃煤联合循环
（煤的气化及燃烧）
•整体煤气化燃气—蒸汽联合循环（IGCC） •增压流化床燃气—蒸汽联合循环（PFBCCC） •… …
共同：燃机工质循环和汽轮机工质循环
45
燃气（油）联合循环
1. 2. 3. 4. 5. 6. 余热锅炉型 排气补燃型 排气助燃型 加热锅炉给水型 余热利用型热力分析 增压燃烧锅炉型
比功反映燃机哪方面信息？ WGT 与 WT 和 WC 的关系？
7
4、单机功率
燃气轮发电机组的输出电功率PGTG，为 主要的性能指标。
① ② ③ ④ 标准额定功率 合同额定功率 现场额定功率 尖峰功率
8
单机功率
• 标准额定功率 是指在IS0工况下，即环境温度15℃、 总压101325Pa、相对湿度为60％、以及燃 用天然气的工况下连续运行，发电机出线 端的最大持续功率。 NEMA （美国电气制造协会）工况： 97710 Pa, 26.67 ℃(80F)，相对湿度为50％
同步离合器使燃气轮机能 保持其灵活的运行特性， 还可以补偿轴系膨胀。 快速变负荷能力增加了 电厂效益，尤其是当电网 需要调峰和短时稳频运行 时，电厂可以快速回应电 网需求，为用户带来额外 的收益，因为峰电具有更 高的电价。
单轴联合循环电厂蒸汽系统
64
单轴联合循环电厂厂房布置
65
66
单轴联合循环电厂布置图
48
1-2过程 2-3过程 3-4过程 4-5
燃机压气机 燃机燃烧室 燃机透平
余热锅炉 燃气
C-平-a 余热锅炉 水-蒸汽 a-b b-c 余热锅炉就是换热器！ 汽轮机 凝汽器
49
余热锅炉换热应用逆流还是顺流？
50
51
52
余热锅炉型联合循环
• 余热利用方式
– 把燃气轮机做完功的排气引入余热锅炉，回收其余热，以产生蒸汽， 来驱动汽轮机的方式，这是联合循环发电最为简单的一种方式，也 是在国内外，引用数量最多的一种方式，通常说起联合循环发电， 就多指这种方式。
wnet 3600 35.10% 热效率： t q1 10257.8
14
• 某燃机电厂，燃机发电效率39%，天然气 热值37700KJ/Nm3，天然气密度0.6kg/m3 求：平均生产1度电需消耗天然气的质量？ 收益：1度电=1kW· h=1kJ/s×3600s=3600kJ
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