燃气轮机相关热力循环

1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-蒸汽联合循环燃烧室进气口排气涡轮（透平）燃料124压气机燃气轮机发电装置示意图发电机电31800-2300K1q2q23一、发电燃机的热力循环热力系统示意图4电站燃气轮机循环的主要性能指标1.压比2.温比3.比功4.单机功率5.热效率51、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。62、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73、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。比功反映燃机哪方面信息？WGT与WT和WC的关系？84、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标准额定功率②合同额定功率③现场额定功率④尖峰功率9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：97710Pa,26.67℃(80F)，相对湿度为50％105、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：11q: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12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。什么是燃料的低热值？燃料的高热值？13•热耗率机组每输出产生lkW·h的功需要多少焦耳的热量。•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。14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热效率：•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？1360035.10%10257.8nettwq15收益：1度电=1kW·h=1kJ/s×3600s=3600kJ•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？1617燃气轮机理想简单循环性能分析18理想简单循环比功如何提高燃机的比功和效率？19实际简单循环性能分析20实际简单循环性能分析31Ts242！1！3！4！2122燃烧室的损失主要表现在那两个方面，目前的情况怎样？23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？24型号首台年份ISO额定功率MW压比流量kg/s透平前温度℃进气温度℃排气温度℃三菱M701F4199731218703142715597=1.05*703*1004*1700*(1-0.4881)*0.90–0.9*703*1004*288*(2.284-1)/0.88=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25型号首台年份ISO额定功率KW压比流量kg/s透平前温度℃进气温度℃排气温度℃GEPG9351（FA）199625560015.4624132715609=1.07*624*1004*1600*(1-0.5076)*0.90–0.9*624*1004*288*(2.184-1)/0.88=475MW-219MW=256MW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=624*1004*1600*(1-0.5076)*0.90–624*1004*288*(2.184-1)/0.88=444MW-243MW=201MW26二、航空燃机的热力循环燃机热力循环的相似性28涡轮喷气发动机的飞机29涡轮风扇发动机的飞机30涡轮螺旋桨发动机的飞机31涡喷发动机3233涡扇发动机34涡桨发动机3536三、燃机的复杂热力循环（节能或增效目的）37回热循环回热器（R）：Regenerator38理想39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40中间冷却器（IC）：Intercooler间冷循环41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42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43再热循环AlstomGT24/2644M701F3270MW17压比1290摄氏度GE9351FA256MW15.4压比1318摄氏度GT26265MW30压比1235摄氏度45四、燃机相关联合循环•余热锅炉型•排气补燃型•……•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（PFBC-CC）•……燃气（油）联合循环（利用燃机排气）燃煤联合循环（煤的气化及燃烧）共同：燃机工质循环和汽轮机工质循环461.余热锅炉型2.排气补燃型3.排气助燃型4.加热锅炉给水型5.余热利用型热力分析6.增压燃烧锅炉型燃气（油）联合循环47余热锅炉型联合循环联合循环机组说明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。48491-2过程燃机压气机2-3过程燃机燃烧室3-4过程燃机透平4-5余热锅炉燃气C-平-a余热锅炉水-蒸汽a-b汽轮机b-c凝汽器余热锅炉就是换热器！50余热锅炉换热应用逆流还是顺流？515253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。•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。54余热锅炉型联合循环(单轴）55余热锅炉型联合循环（多轴）56【1】单轴、分轴；“几拖一”冷端输出：当发电机由温度变化较小的压气机端驱动例如：SiemensKWU、SiemensWH、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。注：GE热端输出调整为冷端输出时付出了沉重的代价【2】冷端输出与热端输出575859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。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。冷端输出（结合推力轴承和绝对死点）的好处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％。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。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。63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6566单轴联合循环电厂布置图GUD是德文GasundDampf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。68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。70多轴联合循环电厂厂房布置71多轴联合循环电厂72Generatorloads73747576余热锅炉型联合循环电厂(多轴）7778END79