燃气——蒸汽联合循环电站热力性能分析理论与计算

1电站热力学基础

1.1电站的热力循环

1.1.1研究电站热力学的目的

1.1.2电站的热力循环

1.2电站热力性能的评价

1.2.1闭式循环电站的效率

1.2.2燃料的热值

1.2.3开式循环电站的效率

1.2.4电站的热耗率

1.3实际电站热力性能低于卡诺电站热力性能的原因

2燃气轮机循环理论基础

2.1燃气轮机循环概述

2.1.1燃气轮机的理想循环与实际循环

2.1.2燃气轮机的简单循环与复杂循环

2.1.3多轴式燃气轮机循环

2.1.4燃气轮机复合循环

2.2单轴燃气轮机简单循环的热力学分析

2.2.1单轴燃气轮机简单理想循环的热力学分析

2.2.2单轴燃气轮机简单实际循环不考虑流动损失时的热力学分析

2.2.3单轴燃气轮机简单实际循环考虑流动损失时的热力学分析

2.2.4考虑k值差异时单轴燃气轮机热力性能的计算与分析

2.3单轴燃气轮机复杂循环的热力学分析——提高燃气轮机热力性能的措施

2.3.1燃气轮机回热循环

2.3.2燃气轮机中间冷却循环

2.3.3燃气轮机再热循环

2.4燃气轮机循环计算程序步骤示例

2.5多轴式燃气轮机的热力学分析

2.5.1采用多轴式燃气轮机的目的

2.5.2分轴/低压动力透平/间冷再热回热循环的热力学分析

2.5.3分轴/高压动力透平/间冷再热回热循环的热力学分析

2.5.4双轴/高T高C负荷、低T低C/间冷再热回热循环的

热力学分析

2.5.5三轴燃气轮机热力性能分析的计算步序

3汽轮机电站理论基础

3.1汽轮机电站简介

3.1.1汽轮机电站的构成

3.1.2提高汽轮机电站循环效率的措施

3.2汽轮机循环效率的计算(1)——常规计算法

3.2.1原始资料与数据

3.2.2数据的整理与准备

3.2.3汽轮机热力性能计算

3.3汽轮机循环效率的计算(2)——等效焓降法

3.3.1汽轮机电站的热经济性指标及其变化关系

3.3.2等效焓降的概念

3.3.3纯热量或热量伴随着工质进出系统的问题

3.3.4算例

3.4汽轮机循环效率的计算(3)——循环函数法

3.4.1循环函数法的基本方法、概念与方程

3.4.2主循环的循环函数分析方法

3.4.3考虑辅助循环的循环函数分析方法

3.4.4辅助汽、水循环的分析计算

3.4.5辅助汽水循环中热量转化的规律

3.4.6算例

4余热锅炉的基础知识与热力学分析

4.1余热锅炉的基础知识

4.1.1余热锅炉汽水系统示例介绍

4.1.2余热锅炉的效率

4.1.3余热锅炉的温差与吸热量之间的关系

4.1.4多压余热锅炉

4.1.5余热锅炉的排烟温度与给水温度问题

4.1.6余热锅炉中的脱硝装置

4.2余热锅炉的热力学分析与计算

4.2.1单压余热锅炉的计算方法、程序与性能分析

4.2.2双压无再热余热锅炉的计算方法、程序与性能分析

4.2.3双压再热余热锅炉的计算方法、程序与性能分析

4.2.4三压无再热余热锅炉的计算方法、程序与性能分析

4.2.5三压再热余热锅炉的计算方法、程序与性能分析

5燃气蒸汽联合循环电站理论基础

5.1燃气蒸汽联合循环电站的基本概念

5.2燃气蒸汽联合循环电站的基本热力学分析

5.2.1串行电站

5.2.2并行电站

5.2.3串并行电站

5.3不补燃的余热锅炉型燃气蒸汽联合循环电站的基本热力学分析

5.4补燃的余热锅炉型燃气蒸汽联合循环电站的基本热力学分析

6燃气蒸汽联合循环电站热力性能的焦树建分析法

6.1联合循环电站的热效率公式与功率比关系式

6.1.1联合循环电站的热效率公式

6.1.2联合循环电站的功率比关系式

6.2参数对联合循环电站热效率影响程度的分析

6.3参数的选择

6.3.1ηr1和ηr2的选择

6.3.2ηgt的选择

6.3.3A值的选择

6.3.4ηM.gt和ηG.gt值的选择

6.3.5ηh值的选择

6.3.6e值的选择

6.3.7ηst值的选择问题

6.4补燃式和不补燃式联合循环电站的特性比较

7余热锅炉与汽轮机蒸汽参数匹配的优化

7.1单压余热锅炉与汽轮机蒸汽参数匹配的优化

7.2双压无再热余热锅炉与汽轮机蒸汽参数匹配的优化

7.3双压再热余热锅炉与汽轮机蒸汽参数匹配的优化

7.4三压无再热余热锅炉与汽轮机蒸汽参数匹配的优化

7.5三压再热余热锅炉与汽轮机蒸汽参数匹配的优化

7.6蒸汽参数优化问题小结

8几种联合循环电站的介绍与热力学分析的解析计算方法

8.1概述

8.2不补燃余热锅炉型联合循环电站性能参数的解析解

8.3增压锅炉型燃气蒸汽联合循环电站

8.3.1系统概述

8.3.2焦树建分析法相关公式的推导

8.3.3效率计算公式中各参数的计算与取值

8.3.4增压锅炉型联合循环场合中燃气轮机最佳压比的解析计算

8.4程氏循环

8.4.1概述

8.4.2用焦树建分析法对程氏循环进行分析

8.4.3程氏循环的焦树建分析法对分析中各参数的选取与确定

8.4.4程氏循环的其他两个问题

8.5湿空气透平循环

8.5.1概述

8.5.2HAT循环效率的数学关系式

8.5.3HAT循环计算步序和问题的处理

8.5.4对HAT循环计算问题的总结与思考

9整体煤气化联合循环电站

9.1概述与系统流程介绍

9.1.1概述

9.1.2干法给煤的IGCC电站流程介绍

9.1.3湿法给煤的IGCC电站流程介绍

9.2IGCC电站热力循环计算的基本问题

9.2.1气化炉的热力计算基础

9.2.2气化炉的计算模型与方法

9.2.3SHELL气化炉的预测程序

9.2.4煤气清洁系统中的计算问题

9.2.5IGCC电站系统中燃气轮机的计算

10工质的热物性计算

10.1燃气热物性计算的张世铮公式

10.2俄罗斯科学院美国印第安纳州圣母大学的单独物质的热力性质表

10.3298.15K时一些物质的标准热力学函数

10.4液体燃料与气体燃料的热值数据

编后感言

参考文献 2100433B

本书融会贯通近年来国内外热能动力工程领域多位大家的理论著作内容，加入作者研究工作的成果，力求理论体系完备，物理概念清晰，辩证分析深入，计算方法实用。 　全书分为10章，主要内容包括：电站热力学循环、热力循环性能的评价、提高电站热力循环性能的途径等基础知识；燃气轮机理想循环、实际循环、简单循环、复杂循环、多轴燃气轮机循环和燃气轮机复合循环的基本概念；蒸汽轮机电站的基本构成和工作流程；余热锅炉汽水系统的构成和基本的热力学概念与工程概念；联合循环的严格热力学定义；燃气蒸汽联合循环热力性能的焦树建分析法；蒸汽参数匹配优化的数值计算；燃气蒸汽联合循环电站的构成与工作流程；IGCC联合循环电站的构成和工艺流程；用于联合循环电站热力性能分析计算的工质热物性计算方法。从理论体系上看，本书基本涵盖了目前在役和在研的燃气蒸汽联合循环电站的全部内容。

本书可作为热能动力工程领域的科研人员、企业工程师、高等院校的本科生和研究生的参考书。

机组以高炉产生的副产品——高炉煤气和焦炉煤气为燃料，在燃气——蒸汽联合循环发电机组中发电。这一具有国际先进水平的机组在鞍钢投入使用，可以使鞍钢高炉生产中产生的高炉煤气全部得到回收利用，既可减少高炉煤气的散放，降低能源损失、减轻大气环境污染，又能利用此装置较高的热点效率获得大量的电能。新发电机组每小时可燃烧高炉煤气47万立方米、焦炉煤气4.2万立方米，每小时发电量可达30万千瓦时，年发电量可达23亿千瓦时以上，比同等水平的热电厂每年可节约标准煤70万吨以上，每年利用高炉煤气约33亿标准立方米，可减少一氧化碳排放10亿标准立方米，减少温室气体二氧化碳排放约190万吨，在节能的同时还保护了环境。鞍钢CCPP发电机组的投入运行，使鞍钢电力自给率由原来的48%提高到72%，不仅在很大程度上缓解了企业电力紧张的局面，还具有良好的经济效益和环境效益。2100433B

燃气–蒸汽联合循环装置，把燃气轮机和汽轮机装置联合而成的发电装置。

根据热力学第二定律，对于热力发动机，提高循环工作介质的加热温度，或者降低放热温度，都能提高热效率。随着技术的发展，20世纪90年代投入运行的燃气轮机初温已经达到1 200～1 400℃，但燃气轮机的排气温度也很高，一般在500～600℃，热效率最高只达39%。同时燃气轮机的工质流量又很大，大功率燃气轮机的排气流量在300千克/秒以上，有着大量可利用的热量。现代常规蒸汽轮机的放热温度比较低，燃气–蒸汽联合循环就是将燃气轮机和蒸汽轮机循环联合起来的使之既具有燃气轮机的高温加热，又具有蒸汽轮机的低温放热，实现热能的梯级利用，组成热效率更高的发电装置。具有供电效率高，电厂造价低，建设周期短，运行灵活性大，污染排放少等优点。80年代以来其技术得到迅速发展，投入运行的单机最大功率已达到400兆瓦，热效率可达到58%。它不仅已用作电网调峰和紧急备用机组，而且用于承担基本负荷。余热锅炉型联合循环装置　由燃气轮机、余热锅炉和汽轮机组成，使用燃料为天然气或矿物油（见图）。燃气轮机的排气被引入余热锅炉，利用排气中的热量加热余热锅炉的给水，产生的蒸汽送入汽轮机做功。在同样的燃料消耗量下，联合循环装置的总输出功率约为燃气轮机的1.5倍。余热锅炉型联合循环还有一种带补燃的，除引入燃气轮机的排气外，还补充燃烧一定量的燃料，以增大余热锅炉的蒸汽量，提高主蒸汽的参数，增大汽轮机的输出功率，但这时联合循环的热效率比无补燃情况下有所降低。整体煤气化燃气–蒸汽联合循环装置(IGCC)　由煤的气化及其净化系统和燃气–蒸汽联合循环装置两部分组成。煤在气化炉中气化成中热值或低热值煤气，经过净化处理后成为清洁的煤气，供给燃气轮机作燃料，既能得到较高的热效率，又有很好的环保性能。至2000年，电站热效率达到45%。增压流化床燃气–蒸汽联合循环装置(PFBC–CC)　由增压流化床锅炉，燃气轮机和汽轮机组成。空气经压气机压缩后送入增压流化床锅炉，与供入的煤和脱硫剂沸腾燃烧。产生的蒸汽进入汽轮机，产生的烟气（近850℃）经过除尘后，进入燃气轮机。联合循环装置的热效率现已达到40%～42%。 2100433B