第五章 热动力循环系统有效用能过程分析.
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能量有效利用
第五章 热动力循环系统有效用能 过程分析
云南师范大学能源与环境学院 胡志华
内容简要
本章介绍了蒸汽-燃气联合动力循环系 统，各循环系统的特点和效率计算方法； 阐述了热电联产循环系统的发展现状、热 电联产热耗分配和热电联产集中供热节能 效益的分析方法，重点讲述了热电联产 YONG分析；介绍了沼气发电与楼宇冷热 电三联供系统；生物质气化气发电的概况， 论述了生物质气化气发电的特点，分析了 生物质气化气热电联产系统；生物质直燃 发电的现状，阐述了生物质直燃发电的特 点和生物质直燃热电联产系统。
cc
式中 cc
( Pst Pgt )
Qf 为热效率（%）
100%
S cc
Pst S cc Pgt 为功比率
Qf 单位时间经燃烧室加入的燃料燃烧热
第一节 蒸汽—燃气联合动力循环系统
在余热锅炉联合循环中，汽轮机与燃气轮机存在着一定的功 率匹配关系，即
cc gt (1 gt )hst
第二节 热电联产循环系统
二、热电联产总热耗分配
热电联产做到了按质用能，它是节约能源、改善环境的一 项重大措施，其优越性已得到共识，但是在热电联产的总热 耗分配中，如何确定热、电分摊比，一直是人们争论的焦点。 因为热、电分摊比的确定方法不仅直接关系到热电联产的热 经济性能指标的确定，而且也是合理确定热价问题的核心， 它同时关系到热电企业和热电用户两者的利益，对热电事业 的健康发展有着重要的影响。
Leabharlann Baidu
图5-1 余热锅炉蒸汽-燃气联合循环发电系统 C-压气机 GT-燃气透平 HRSG-余热锅炉 ST-蒸汽透平 G-发电机
第一节 蒸汽—燃气联合动力循环系统
（二）、 余热锅炉联合循环的热效率和功比率 余热锅炉联 合循环的热效率和功比率是联合循环的两个基本特性参数。 热效率是指通过燃气轮机获得的轴功和通过汽轮机获得的轴 功之和在加入系统的燃料热中所占有的比例。功比率是指蒸 汽轮机与燃气轮机的轴功之比。 在不补燃的余热锅炉联合循环中，燃料全部是从燃气轮机 的燃烧室加入的，通过燃气轮机得到的轴功为Pgt；通过汽轮 机得到的轴功为Pst，则有
第一节 蒸汽—燃气联合动力循环系统
蒸汽—燃气联合循环形式也是多种多样的，按照前置循环所产生的余热 向后置循环传递和被利用的方式不同，可将它们分为排气加热给水联合 循环、余热锅炉联合循环、排气补燃联合循环、排气再燃联合循环、增 压锅炉联合循环、程氏循环、HAT循环等；按照循环所燃用的燃料不同， 可分为常规燃油联合循环、燃煤联合循环和核能联合循环等；按煤的燃 烧利用方式不同，分为常压流化床联合循环、增压流化床联合循环、整 体煤气化联合循环、外燃式联合循环、直接燃煤联合循环；按用途分为 单纯发电联合循环、热电联产联合循环和冷热电联产联合循环等。
第一节 蒸汽—燃气联合动力循环系统
燃气轮机发电循环的优点是平均吸热温度高（燃气温度 可达1400～1500℃），缺点是排气温度高，平均放热温度也 高，因此排热损失大，高效性没有得到充分发挥。现代高温 燃气轮机的排气温度已愈来愈高，达到近600℃。平均放热温 度高是燃气轮机高效性没有得到充分发挥的根本原因。汽轮 机循环特点是平均吸热温度低，平均放热温度低，所以效率 不高。如果把这两种循环串一起，组成一个联合循环，平均 吸热温度高，而平均放热温度低，有最高的循环效率，这就 是蒸汽燃气联合循环，是燃气轮机和汽轮机组成的另一种废 热利用式热力循环，燃气轮机的高温低压排气，在余热锅炉 中加热水，变成高温高压蒸汽，再导入汽轮机中膨胀做功。
第二节 热电联产循环系统
一、热电联产系统概述
热电联产（Combined Heat and Power），简称为CHP， 是指能够生产电能或者机械能，又可以回收废热用于供热的 联合生产过程。CCHP是热电联产与制冷过程相结合。 BCHP是为建筑物供冷、供热、供电系统。热电联产是集中 供热的最有效方式。 图5-6 和 图5-7是热电联产的能量转换特点以及热力系统。
第一节 蒸汽—燃气联合动力循环系统
一、余热锅炉联合循环
（一）、 余热锅炉联合循环概述 余热锅炉是蒸汽-燃气联合循环
中的一个重要换热设备，余热锅炉不用燃料，仅利用燃气轮机排气热量 来产生蒸汽，所产生的蒸汽量与燃气轮机功率成正比，蒸汽的温度和压 力根据燃气轮机排气温度可高可低，余热锅炉的蒸汽引入汽轮机发电， 现在应用最多。
图5-6 热电联产的能量转换特点
第二节 热电联产循环系统
一、热电联产系统概述
图5-7 热电联产的热力系统 a.调节抽汽式热电联产汽轮机 b.背压式热电联产汽轮机 蒸汽、热水和电能均属于二次能源，而电能的产生又依赖于蒸汽或 者燃气。这是热电联产的一个基本特征，是集中供热的主要形式。火电 厂和核电厂都是以蒸汽作工质的，热电联产则是指蒸汽在供热式汽轮机 内膨胀做功后对外供热的生产方式。热电联产系统由原动机、发电机、 热回收系统等组成。原动机包括柴油机、天然气发动机、蒸汽轮机、燃 气轮机、微型燃气轮机和燃料电池等，可以使用天然气、煤、油、生物 质气、丙烷、木屑或者其他燃料，来产生机械能或者轴功率。
第一节 蒸汽—燃气联合动力循环系统
目前蒸汽—燃气联合循环是应用最广泛的联合循环，主要原因有： （1）组成联合的设备已在其各自单一循环的动力机组上经过了长期运 行考验，可靠性高，开发费用低。 （2）空气是最易得和最廉价的工质之一，它能用于燃气轮机，且一般 构成高温的前置循环；水也是最易得和最廉价的工质之一，它用于汽轮 机，且一般构成低温的后置循环。 （3）现代燃气轮机排气的温度水平可以良好地搭配，使得燃气轮机循 环和蒸汽轮机循环能够成为天然相配的一对前置循环和后置循环。 与常规的蒸汽轮机发电和燃气轮机发电相比，蒸汽—燃气联合循环发电 技术有巨大的优越性，主要表现在高效率、低污染、低水耗等几个方面， 还具有系统简单、起停速度快、比投资费用低等优点。
Scc [(1 gt )h ]st /gt
式中 ——汽轮机循环的热效率（%）；
——余热锅炉的热效率（%）； ——燃气轮机的热效率（%）。
第一节 蒸汽—燃气联合动力循环系统
第一节 蒸汽—燃气联合动力循环系统
第一节 蒸汽—燃气联合动力循环系统
第一节 蒸汽—燃气联合动力循环系统
第一节 蒸汽—燃气联合动力循环系统
第五章 热动力循环系统有效用能 过程分析
云南师范大学能源与环境学院 胡志华
内容简要
本章介绍了蒸汽-燃气联合动力循环系 统，各循环系统的特点和效率计算方法； 阐述了热电联产循环系统的发展现状、热 电联产热耗分配和热电联产集中供热节能 效益的分析方法，重点讲述了热电联产 YONG分析；介绍了沼气发电与楼宇冷热 电三联供系统；生物质气化气发电的概况， 论述了生物质气化气发电的特点，分析了 生物质气化气热电联产系统；生物质直燃 发电的现状，阐述了生物质直燃发电的特 点和生物质直燃热电联产系统。
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式中 cc
( Pst Pgt )
Qf 为热效率（%）
100%
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Pst S cc Pgt 为功比率
Qf 单位时间经燃烧室加入的燃料燃烧热
第一节 蒸汽—燃气联合动力循环系统
在余热锅炉联合循环中，汽轮机与燃气轮机存在着一定的功 率匹配关系，即
cc gt (1 gt )hst
第二节 热电联产循环系统
二、热电联产总热耗分配
热电联产做到了按质用能，它是节约能源、改善环境的一 项重大措施，其优越性已得到共识，但是在热电联产的总热 耗分配中，如何确定热、电分摊比，一直是人们争论的焦点。 因为热、电分摊比的确定方法不仅直接关系到热电联产的热 经济性能指标的确定，而且也是合理确定热价问题的核心， 它同时关系到热电企业和热电用户两者的利益，对热电事业 的健康发展有着重要的影响。
Leabharlann Baidu
图5-1 余热锅炉蒸汽-燃气联合循环发电系统 C-压气机 GT-燃气透平 HRSG-余热锅炉 ST-蒸汽透平 G-发电机
第一节 蒸汽—燃气联合动力循环系统
（二）、 余热锅炉联合循环的热效率和功比率 余热锅炉联 合循环的热效率和功比率是联合循环的两个基本特性参数。 热效率是指通过燃气轮机获得的轴功和通过汽轮机获得的轴 功之和在加入系统的燃料热中所占有的比例。功比率是指蒸 汽轮机与燃气轮机的轴功之比。 在不补燃的余热锅炉联合循环中，燃料全部是从燃气轮机 的燃烧室加入的，通过燃气轮机得到的轴功为Pgt；通过汽轮 机得到的轴功为Pst，则有
第一节 蒸汽—燃气联合动力循环系统
蒸汽—燃气联合循环形式也是多种多样的，按照前置循环所产生的余热 向后置循环传递和被利用的方式不同，可将它们分为排气加热给水联合 循环、余热锅炉联合循环、排气补燃联合循环、排气再燃联合循环、增 压锅炉联合循环、程氏循环、HAT循环等；按照循环所燃用的燃料不同， 可分为常规燃油联合循环、燃煤联合循环和核能联合循环等；按煤的燃 烧利用方式不同，分为常压流化床联合循环、增压流化床联合循环、整 体煤气化联合循环、外燃式联合循环、直接燃煤联合循环；按用途分为 单纯发电联合循环、热电联产联合循环和冷热电联产联合循环等。
第一节 蒸汽—燃气联合动力循环系统
燃气轮机发电循环的优点是平均吸热温度高（燃气温度 可达1400～1500℃），缺点是排气温度高，平均放热温度也 高，因此排热损失大，高效性没有得到充分发挥。现代高温 燃气轮机的排气温度已愈来愈高，达到近600℃。平均放热温 度高是燃气轮机高效性没有得到充分发挥的根本原因。汽轮 机循环特点是平均吸热温度低，平均放热温度低，所以效率 不高。如果把这两种循环串一起，组成一个联合循环，平均 吸热温度高，而平均放热温度低，有最高的循环效率，这就 是蒸汽燃气联合循环，是燃气轮机和汽轮机组成的另一种废 热利用式热力循环，燃气轮机的高温低压排气，在余热锅炉 中加热水，变成高温高压蒸汽，再导入汽轮机中膨胀做功。
第二节 热电联产循环系统
一、热电联产系统概述
热电联产（Combined Heat and Power），简称为CHP， 是指能够生产电能或者机械能，又可以回收废热用于供热的 联合生产过程。CCHP是热电联产与制冷过程相结合。 BCHP是为建筑物供冷、供热、供电系统。热电联产是集中 供热的最有效方式。 图5-6 和 图5-7是热电联产的能量转换特点以及热力系统。
第一节 蒸汽—燃气联合动力循环系统
一、余热锅炉联合循环
（一）、 余热锅炉联合循环概述 余热锅炉是蒸汽-燃气联合循环
中的一个重要换热设备，余热锅炉不用燃料，仅利用燃气轮机排气热量 来产生蒸汽，所产生的蒸汽量与燃气轮机功率成正比，蒸汽的温度和压 力根据燃气轮机排气温度可高可低，余热锅炉的蒸汽引入汽轮机发电， 现在应用最多。
图5-6 热电联产的能量转换特点
第二节 热电联产循环系统
一、热电联产系统概述
图5-7 热电联产的热力系统 a.调节抽汽式热电联产汽轮机 b.背压式热电联产汽轮机 蒸汽、热水和电能均属于二次能源，而电能的产生又依赖于蒸汽或 者燃气。这是热电联产的一个基本特征，是集中供热的主要形式。火电 厂和核电厂都是以蒸汽作工质的，热电联产则是指蒸汽在供热式汽轮机 内膨胀做功后对外供热的生产方式。热电联产系统由原动机、发电机、 热回收系统等组成。原动机包括柴油机、天然气发动机、蒸汽轮机、燃 气轮机、微型燃气轮机和燃料电池等，可以使用天然气、煤、油、生物 质气、丙烷、木屑或者其他燃料，来产生机械能或者轴功率。
第一节 蒸汽—燃气联合动力循环系统
目前蒸汽—燃气联合循环是应用最广泛的联合循环，主要原因有： （1）组成联合的设备已在其各自单一循环的动力机组上经过了长期运 行考验，可靠性高，开发费用低。 （2）空气是最易得和最廉价的工质之一，它能用于燃气轮机，且一般 构成高温的前置循环；水也是最易得和最廉价的工质之一，它用于汽轮 机，且一般构成低温的后置循环。 （3）现代燃气轮机排气的温度水平可以良好地搭配，使得燃气轮机循 环和蒸汽轮机循环能够成为天然相配的一对前置循环和后置循环。 与常规的蒸汽轮机发电和燃气轮机发电相比，蒸汽—燃气联合循环发电 技术有巨大的优越性，主要表现在高效率、低污染、低水耗等几个方面， 还具有系统简单、起停速度快、比投资费用低等优点。
Scc [(1 gt )h ]st /gt
式中 ——汽轮机循环的热效率（%）；
——余热锅炉的热效率（%）； ——燃气轮机的热效率（%）。
第一节 蒸汽—燃气联合动力循环系统
第一节 蒸汽—燃气联合动力循环系统
第一节 蒸汽—燃气联合动力循环系统
第一节 蒸汽—燃气联合动力循环系统
第一节 蒸汽—燃气联合动力循环系统