1、第五章、天然氣的能源利用,天然氣產(chǎn)業(yè)鏈下游：分配應(yīng)用,天然氣的應(yīng)用有兩種方向：屬于能源種類的氣體燃料和作為化工基本原料。 天然氣的能源利用： 熱電聯(lián)產(chǎn)和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電 城市燃?xì)?分布式能源天然氣最高效率的利用途徑 天然氣作為交通能源,1,第一節(jié)、熱電聯(lián)產(chǎn)和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電,前言：天然氣在發(fā)電業(yè)中的利用,世界用天然氣生產(chǎn)電力的概況 1、電力生產(chǎn)、消費和燃料構(gòu)成 電力是人類社會消費能源的高級形式，全世界生產(chǎn)的一次能源中約1/3用于電力生產(chǎn)。 2、天然氣在電力生產(chǎn)中的消費量及比例 未來，天然氣增長的消費量中，有50以上將消費在電力市場。,3,第一節(jié)、熱電聯(lián)產(chǎn)和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電,1、熱電聯(lián)產(chǎn)和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)原

2、理和意義,4,1、熱電聯(lián)產(chǎn)和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)原理和意義,傳統(tǒng)的發(fā)電和供熱方式是分別實施，電、熱分開生產(chǎn)。 發(fā)電：天然氣燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔獾臒崮?高品位的能量)用傳統(tǒng)的蒸汽輪機(jī)無法直接利用，只能通過發(fā)生溫度在500左右的高壓蒸汽來推動蒸汽輪機(jī)做功，產(chǎn)生電力。 供熱：工廠中需要的中、低溫?zé)崮苡闪硗庠O(shè)置的鍋爐發(fā)生的蒸汽取得 缺點：天然氣燃燒產(chǎn)生的高品位優(yōu)質(zhì)熱能被降級使用，造成能量大材小用。利用天然氣熱、電分開生產(chǎn)方式燃料利用率較低，浪費能源。同時，這樣安排使用燃料也加重了環(huán)境負(fù)荷，增加了C02等大氣污染物的排量。,1.1、 原理,5,熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)效率,熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)CO2排放量,1、熱電聯(lián)產(chǎn)和聯(lián)合循環(huán)

3、發(fā)電系統(tǒng)原理和意義,6,“總能系統(tǒng)”：為了節(jié)約能源，提高天然氣等能源的利用率，依據(jù)工程熱力學(xué)理論，借助系統(tǒng)工程的方法，綜合研究整個工廠中能量傳遞、轉(zhuǎn)化；利用和回收的全過程，按能量的品位高低，安排用于發(fā)電(或做動力)和供熱，不同溫度的熱能按應(yīng)用要求進(jìn)行合理分配，做到熱電結(jié)合，實現(xiàn)不同品位的能量梯級利用，達(dá)到最大限度地提高能源利用率。,1、熱電聯(lián)產(chǎn)和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)原理和意義,1.2、意義,7,1、熱電聯(lián)產(chǎn)和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)原理和意義,8,1、熱電聯(lián)產(chǎn)和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)原理和意義,“總能系統(tǒng)”具體應(yīng)用有多種形式，如熱電聯(lián)產(chǎn)、燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電、先熱利用、注蒸汽燃?xì)廨啓C(jī)和濕空氣燃?xì)廨啓C(jī)等，但基本形

4、式仍是熱電聯(lián)產(chǎn)和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。,9,1、熱電聯(lián)產(chǎn)和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)原理和意義,熱電聯(lián)產(chǎn)：是指從一個能源順序取得電和熱兩種以上的有效能量供實際利用的技術(shù)。 燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電：是指一個能源經(jīng)燃?xì)廨啓C(jī)輸出動力發(fā)電后，排出的較高溫度煙氣在排氣余熱鍋爐中發(fā)生蒸汽，再以此蒸汽送入蒸汽輪機(jī)發(fā)電。,1.3、 概念,10,2、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),天然氣在熱電聯(lián)產(chǎn)中的利用有三種型式：蒸汽輪機(jī)型、燃料電池型和燃?xì)廨啓C(jī)型。,11,2、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),2.1、蒸汽輪機(jī)型 以鍋爐產(chǎn)生的高溫、高壓蒸汽在蒸汽輪機(jī)中膨脹做功，輸出動力發(fā)電，做功后的背壓蒸汽供熱；或者由蒸汽輪機(jī)中間抽出部分高壓蒸汽供熱。 *該形式未利用燃料燃燒高溫?zé)?/p>

5、氣。,12,13,2.1、蒸汽輪機(jī)型,2.1.1 、幾種汽輪機(jī)形式,14,2.1、蒸汽輪機(jī)型,15,2.1、蒸汽輪機(jī)型,16,2.1、蒸汽輪機(jī)型,17,2.1、蒸汽輪機(jī)型,2.1.2、理想蒸汽輪機(jī)循環(huán) 蒸汽輪機(jī)循環(huán)是以水和水蒸氣為工質(zhì)的熱機(jī)，在理想狀況下，由給水泵、鍋爐、汽輪機(jī)和凝汽器四個主要設(shè)備組成的理想蒸汽循環(huán)（也稱朗肯循環(huán)）的熱力系統(tǒng)。 工質(zhì)：實現(xiàn)熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的媒介物質(zhì)，如空氣,18,理想蒸汽輪機(jī)循環(huán)熱力系統(tǒng),2.1、蒸汽輪機(jī)型,19,理想蒸汽輪機(jī)循環(huán)熱力系統(tǒng),2.1、蒸汽輪機(jī)型,20,2、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),2.2、燃料電池型： 由一種燃料經(jīng)電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能和熱能供實際利用。 2.

6、3、燃?xì)廨啓C(jī)型： 是燃料燃燒后的高溫氣體作工質(zhì)，直接在燃機(jī)內(nèi)膨脹做功，輸出動力發(fā)電。做功后甚高溫度的煙氣在排氣鍋爐中回收熱能或直接利用高溫?zé)煔鉄崮堋?21,2.3、燃?xì)廨啓C(jī)型,燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán) 把燃料燃燒時釋放出來的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ膭恿C(jī)械。由壓氣機(jī)、燃燒室、燃?xì)馔钙降炔考M成。,22,現(xiàn)在所用的燃?xì)廨啓C(jī)都是等壓燃燒加熱的開式循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)。 工質(zhì)來自大氣，又排至大氣,23,2.3、燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán),2.3.1、理想簡單循環(huán),簡單循環(huán)是指由壓氣機(jī)、燃燒室、燃?xì)馔钙饺齻€基本部件組成的按照圖中的方式構(gòu)成的燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)，這種熱力循環(huán)也稱布雷頓循環(huán)。,24,2.3.1、燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán),理想循環(huán)是指燃?xì)廨?/p>

7、機(jī)中的工質(zhì)是理想氣體，氣體的熱力性質(zhì)和流量不變，以及循環(huán)過程無損耗。,25,2.3.1、燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán),2.3.1.1、燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的性能 燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的性能主要取決于壓縮比和溫度比兩個熱力參數(shù)。,26,2.3.1、燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán),2.3.1.1、燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的性能 壓縮比： 壓氣機(jī)出口與進(jìn)口壓力之比 膨脹機(jī)入口與出口壓力比 溫比： 透平進(jìn)口處與 壓氣機(jī)進(jìn)口處的 溫度之比,27,2.3.1、燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán),2.3.1.2、燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)性能指標(biāo) 燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的性能的主要指標(biāo)是比功、循環(huán)熱效率和有用功系數(shù)。,28,2.3.1、燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán),2.3.1.2、燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)性能

8、指標(biāo) 比功：工質(zhì)經(jīng)過工作循環(huán)，單位質(zhì)量工質(zhì)（空氣）對外界所做的工，燃?xì)廨啓C(jī)向外界輸出的凈功。比功的大小反映了工質(zhì)對外做功能力的大小。(忽略燃?xì)馀c空氣在流量上的差異) WT 透平的比功，J/kg , Wc壓氣機(jī)的比功，J/kg,29,2.3.1、燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán),燃?xì)廨啓C(jī)的循環(huán)比功大，說明在做功量相同時，工質(zhì)的流量小，機(jī)組的尺寸就可能較??；或者在同樣的工質(zhì)流量和裝置尺寸下，燃?xì)廨啓C(jī)的功率大。,30,2.3.1、燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán),燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)熱效率：工質(zhì)經(jīng)過工作循環(huán)時，把加入到循環(huán)中的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵龉Φ陌俜謹(jǐn)?shù)，即輸入的熱量中轉(zhuǎn)化為輸出功的部分所占的百分?jǐn)?shù)。 f燃料的質(zhì)量流量與空氣的質(zhì)量流量

9、之比 Hu燃料的熱值， J/kg qB單位質(zhì)量空氣在燃燒室中吸收的熱量, J/kg,31,2.3.1、燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán),2.3.1.2、燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)性能指標(biāo) 有用功效率：是循環(huán)中膨脹功在扣除壓縮功后轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵龉Φ姆蓊~，也等于循環(huán)比功與膨脹功的比值。,32,2.3.1、燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán),2.3.1.3、 理想簡單循環(huán)的特性： 1、工質(zhì)為理想氣體，其定壓比熱Cp和等熵過程指數(shù)k不隨氣體的溫度和壓力變化； 2、壓氣機(jī)中的壓縮過程和透平中的膨脹過程均為等熵過程； 3、循環(huán)過程無損耗（壓力、燃料不完全燃燒、散熱損失）。,33,2.3.1.4、理想簡單循環(huán)四個工作過程,等熵壓縮 k為絕熱過程方程式

10、的指數(shù) 等壓加熱 等熵膨脹 等壓放熱,34,2.3.1、燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán),35,2.3.1、燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán),2.3.1.5、比功與壓比和溫比的關(guān)系： k為絕熱過程方程式的指數(shù),36,2.3.1、燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán),比功WT的大小同時取決于壓比和溫比。 1、壓比一定時，溫比越高，比功WT越大， 2、溫比一定時，改變壓比 ，可使比功WT取得最大值，壓比存在著最佳值。,37,2.3.1、燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán),溫比不變時比功WT隨著壓比的變化有一最大值，稱為最佳壓比,38,2.3.1、燃?xì)廨啓C(jī)理想簡單循環(huán),效率與壓比和溫比的關(guān)系： 燃?xì)廨啓C(jī)的熱效率 僅與壓比有關(guān)，壓比越大，效率 越高,39

11、,2.3、燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán),2.3.2、實際簡單循環(huán),實際的燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)與理想循環(huán)存在著差別，如實際的壓縮和膨脹過程均為有損耗、不可逆的絕熱過程，而不是等熵過程。使得實際壓縮功大于等熵壓縮功，實際膨脹功小于等熵膨脹功，即壓氣機(jī)效率和透平效率都小于1；燃燒室中燃燒不完全損失，工質(zhì)流動的壓力損失、流量差別，傳動的機(jī)械損失，工質(zhì)熱力性質(zhì)的不同等。,40,2.3、燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán),2.3.2、實際簡單循環(huán) 1、壓氣機(jī)和透平效率的影響 一般在0.800.92 之間 一般在0.870.94 之間,41,2.3.2、實際簡單循環(huán),1、壓氣機(jī)和透平效率的影響 壓氣機(jī)的實際壓縮功為： 一般在0.800.92 之間,42

12、,2.3.2、實際簡單循環(huán),1、壓氣機(jī)和透平效率的影響 透平的實際膨脹功為： 一般在0.870.94 之間,43,2.3.2、實際簡單循環(huán),1、壓氣機(jī)和透平效率對實際簡單循環(huán)熱效率的影響 由于c 和T 對循環(huán)效率的影響，we小于理想循環(huán)的wn , e小于理想循環(huán)的效率t,44,2.3.2、實際簡單循環(huán),一、實際簡單循環(huán),壓氣機(jī)和透平效率對實際簡單循環(huán)比功的影響,45,2.3、燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán),2.3.2、實際簡單循環(huán),2、燃燒室效率的影響 燃料不完全燃燒損失和燃燒室的散熱損失均導(dǎo)致空氣吸收的熱量小于所加入燃料的理論燃燒熱量。 一般在0.960.99之間,46,2.3、燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán),2.3.2、實際

13、簡單循環(huán),3、壓力損失的影響 對于簡單循環(huán)，存在的壓力損失有進(jìn)氣壓力損失P*1 ，燃燒室壓力損失P*2，排氣壓力損失P*4,47,2.3、燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán),2.3.2、實際簡單循環(huán),3、壓力損失的影響 用壓力損失系數(shù)和壓力保持系數(shù)來描述壓力損失。 由于壓力損失使T,透平出功減少，導(dǎo)致循環(huán)的比功和效率下降。,48,2.3、燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán),2.3.2、實際簡單循環(huán),3、壓力損失的影響 一般，壓力損失系數(shù) 1 ：0.010.015 2 : 0.030.06 3 : 0.0250.07 壓力保持系數(shù)約為0.920.96 導(dǎo)致較大的比功和效率下降,49,2.3、燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán),2.3.2、實際簡單循環(huán),4、工質(zhì)

14、流量差別的影響 壓氣機(jī)與透平之間的工質(zhì)流量由于漏氣、抽氣冷卻。噴入燃料等原因造成工質(zhì)流量差別 G：空氣流量kg/s， Gf：燃?xì)饬髁縦g/s， Gcl：漏氣與冷卻空氣等流量之和。,50,2.3、燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán),4、工質(zhì)流量差別的影響 實際循環(huán)中，進(jìn)入透平的燃?xì)饬髁恳葔簹鈾C(jī)的空氣流量小，減少了透平中的工質(zhì)流量，透平總的出工減少。,51,2.3、燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán),5、機(jī)械損失的影響 實際燃?xì)廨啓C(jī)中存在軸承摩擦等外部機(jī)械損失。一般可取0.99。 6、工質(zhì)熱力性質(zhì)差別的影響 空氣、燃?xì)獾亩▔罕葻酑p 和等熵過程指數(shù)K不等于常數(shù)。,52,2.3、燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán),7、實際循環(huán)的比功和有效效率,53,2.3、燃?xì)?/p>

15、輪機(jī)循環(huán),2.3.3、復(fù)雜循環(huán) 復(fù)雜循環(huán)包括間冷循環(huán)、再熱循環(huán)、間冷再熱循環(huán)和回?zé)嵫h(huán)4種。,54,2.3.3、復(fù)雜循環(huán),2.3.3.1、間冷循環(huán) 在壓縮過程中，把工質(zhì)引至冷卻器冷卻后，再回到壓氣機(jī)中繼續(xù)壓縮以完成壓縮過程。即將燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)分成高、低壓兩個部分，在高、低壓壓氣機(jī)之間增加一個中間冷卻器，利用水或其他介質(zhì)對從低壓壓氣機(jī)中流出的空氣進(jìn)行冷卻，然后將冷卻后的空氣送入高壓壓氣機(jī)。,55,2.3.3.1、間冷循環(huán),56,2.3.3、復(fù)雜循環(huán),2.3.3.1、間冷循環(huán) 一般來說，在簡單循環(huán)中，壓氣機(jī)要消耗透平膨脹功的2/3左右，間冷循環(huán)可以減少壓氣機(jī)的耗功，并增加工質(zhì)的吸熱量，這樣可增加

16、比功。 由于采用間冷，使T2（空氣進(jìn)燃燒室溫度）溫度降低，q1值增大，需加入更多的燃料。,57,2.3.3.1、間冷循環(huán),工質(zhì)被引出冷卻時壓力高低不同，即存在著使比功增加的LC與HC 之間的最佳壓比分配。 ：總壓比 一般按各段壓比相等分配以獲得最大的比功增加，也可采用適當(dāng)降低低壓段壓比，適當(dāng)提高高壓段壓比(HC:LC=6:4 ,7:3)，來提高比功和效率。,58,2.3.3.1、間冷循環(huán),59,2.3.3、復(fù)雜循環(huán),2.3.3.2、再熱循環(huán) 在膨脹過程中，把工質(zhì)引出至再熱燃燒室中加熱后，再回到透平中繼續(xù)膨脹以完成膨脹過程。將燃?xì)廨啓C(jī)的透平分成高、低壓兩個部分，在高、低壓透平之間增加一個燃燒室，

17、使燃?xì)庠诹鞒龈邏和钙?、進(jìn)入低壓透平之前再次與燃料混合燃燒，此即再熱循環(huán)。,60,2.3.3.2、再熱循環(huán),61,2.3.3、復(fù)雜循環(huán),2.3.3.2、再熱循環(huán) 工質(zhì)被引出再熱時壓力高低的不同，比功的增大值不同，同樣與間冷循環(huán)一樣，存在著兩透平之間膨脹比的最佳分配。 ：透平的總膨脹比,62,2.3.3、復(fù)雜循環(huán),2.3.3.2、再熱循環(huán) 再熱循環(huán)的加熱量q1對于理想循環(huán)，加熱量是增加的。,63,2.3.3.2、再熱循環(huán),64,2.3.3、復(fù)雜循環(huán),2.3.3.3、回?zé)嵫h(huán) 采用高溫排氣來加熱壓氣機(jī)出口的空氣，提高它進(jìn)入燃燒室的溫度，可使燃燒室中加入的燃料量減少，從而提高效率。,65,2.3.3.

18、3、回?zé)嵫h(huán),66,2.3.3、復(fù)雜循環(huán),2.3.3.3、回?zé)嵫h(huán) 在理想循環(huán)狀態(tài)下，可使壓縮空氣被加熱到與透平排氣相同的溫度，即在回?zé)崞髦?，透平出口溫度與壓氣機(jī)出口溫度之間溫差范圍內(nèi)的熱量全部被回收。 理想回?zé)嵫h(huán)的效率：,67,2.3.3.3、回?zé)嵫h(huán),理想回?zé)嵫h(huán)的效率不僅與有關(guān)，還與有關(guān)。,68,2.3.3.4、間冷再熱循環(huán),采用這樣的循環(huán)，由于比功大，使在相同的輸出功率下燃?xì)廨啓C(jī)的空氣流量比簡單循環(huán)的小很多。,69,2.3.3.4、間冷再熱循環(huán),70,2.3.3.5、間冷、再熱和回?zé)岬穆?lián)合使用,單獨采用間冷循環(huán)或中間再熱循環(huán)可增大比功，而單獨采用回?zé)嵫h(huán)可提高效率，若將這幾種措施結(jié)合

19、起來可達(dá)到更理想的效果。在該循環(huán)中，外界加給單位質(zhì)量空氣的燃料熱為陰影面積A，而循環(huán)排向外界的熱量僅為陰影面積B。,71,2、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),2.4、天然氣燃?xì)廨啓C(jī)型在熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中應(yīng)用的特點 天然氣燃?xì)廨啓C(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)由燃?xì)廨啓C(jī)與排氣鍋爐組成。系統(tǒng)運行時，燃?xì)廨啓C(jī)帶動空氣壓縮機(jī)吸入外界空氣。壓縮一定壓力（一般0.82MPa），T升高，空氣與天然氣混合、燃燒生成高溫?zé)煔?。帶壓力的高溫氣體流經(jīng)渦輪時就膨脹做功，在推動渦輪轉(zhuǎn)動的同時帶動空氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)動，天然氣所含的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功。,72,2、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),2.4、天然氣燃?xì)廨啓C(jī)型在熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中應(yīng)用的特點 燃?xì)廨啓C(jī)是靠渦輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的動力帶動發(fā)電機(jī)

20、發(fā)電。從燃?xì)廨啓C(jī)排出500600的甚高溫度的煙氣，經(jīng)排氣鍋爐產(chǎn)生蒸汽。根據(jù)工藝需要，可獲得1MPa以下或56MPa，甚至更高壓力的飽和蒸汽和過熱蒸汽。,73,熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和操作特征,74,2、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),2.5、蒸汽輪機(jī)循環(huán)和燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的局限性 蒸汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)所采用的熱力學(xué)循環(huán)的特點完全不同，蒸汽輪機(jī)循環(huán)利用了蒸汽可在常溫下凝結(jié)的特性，可以實現(xiàn)較低的工質(zhì)平均放熱溫度（40），卻不能實現(xiàn)較高的工質(zhì)平均吸熱溫度（550）。而燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)的工質(zhì)平均吸熱溫度很高（1500），但工質(zhì)平均放熱溫度（600）不低。,75,3、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng),聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng) 聯(lián)合循環(huán)：凡是將兩個或兩個以上的熱

21、機(jī)循環(huán)耦合在一起的循環(huán)。 應(yīng)用最廣泛的聯(lián)合循環(huán)是燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán),76,3、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng),3.1、 聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展概況 聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)：由燃?xì)廨啓C(jī)、排氣鍋爐、蒸汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)等設(shè)備構(gòu)成。天然氣燃燒生成的高溫氣流在燃?xì)廨啓C(jī)做功并發(fā)電后，排出500600的煙氣進(jìn)入排氣鍋爐回收余熱并產(chǎn)生蒸汽，蒸汽進(jìn)入蒸汽輪機(jī)膨脹做功再發(fā)出電力。這樣兩級產(chǎn)生動力的熱力循環(huán)系統(tǒng)是熱工上布雷頓(Brayton)循環(huán)和朗肯(Rankine)循環(huán)相結(jié)合的系統(tǒng)。,77,3、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng),3.2、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)特點： 在燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)的發(fā)電系統(tǒng)中，燃?xì)廨啓C(jī)在527-1327溫度區(qū)間工作，單獨發(fā)電，排氣熱損失大

22、；蒸汽輪機(jī)一般在接近環(huán)境溫度到627溫度區(qū)間工作，單獨用鍋爐蒸汽輪機(jī)方式發(fā)電，未能充分利用高溫位熱能，把高品位能量降級使用，如果它們各自單獨運行發(fā)電，熱效率僅40以下，按“總能系統(tǒng)”的能量梯級利用概念，把這兩個在不同溫度區(qū)間的熱力循環(huán)聯(lián)合在一起，各在自己合適的溫度范圍工作，利用燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)平均吸熱溫度高和蒸汽輪機(jī)循環(huán)平均放熱溫度低的優(yōu)點，就能取得超過50的效率，最高效率已突破60。,78,F級單軸燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組,發(fā)電機(jī),汽輪機(jī),壓氣機(jī),燃?xì)廨啓C(jī),79,3、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng),發(fā) 電 效 率 提 高 狀 況,80,3、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng),81,3、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng),3.3、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電型式

23、 聯(lián)合循環(huán)有余熱鍋爐型、排氣補(bǔ)燃型、增壓燃燒鍋爐型和加熱鍋爐給水型。,82,3、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng),3.3、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電型式 3.3.1、余熱鍋爐型聯(lián)合循環(huán) 用余熱鍋爐吸收燃?xì)廨啓C(jī)排氣的熱量加熱鍋爐中的水產(chǎn)生蒸汽，然后用汽輪機(jī)將蒸汽的熱量轉(zhuǎn)換為機(jī)械功。利用了燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度較高，而汽輪機(jī)循環(huán)能夠利用的蒸汽溫度又較低的原理。 循環(huán)中汽輪機(jī)輸出功率約為燃?xì)廨啓C(jī)的3050,。聯(lián)合循環(huán)的效率比燃?xì)廨啓C(jī)原來高3050。,83,84,85,余 熱 鍋 爐,86,87,余 熱 鍋 爐,為了使燃?xì)廨啓C(jī)的煙氣余熱能夠在余熱鍋爐中被充分利用，因盡可能降低煙氣離開余熱鍋爐時的溫度。 在余熱鍋爐的設(shè)計中，要保證鍋爐給水

24、的飽和蒸汽段的起始點與煙氣側(cè)之間有一定的溫差，通稱“節(jié)點溫差”。 通常取節(jié)點溫差為：1020 對排煙溫度的選取還要受煙氣酸露點溫度的限制。 在燃燒含硫量極少的天然氣燃料的聯(lián)合循環(huán)中，余熱鍋爐的排煙溫度一般取為100以下。,88,PG9351FA燃機(jī),89,PG6111FA燃機(jī),90,LM2500+G4燃機(jī),91,LM6000PD燃機(jī),92,3、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng),3.3.2、排氣補(bǔ)燃型聯(lián)合循環(huán) 在余熱鍋爐前加一補(bǔ)燃室或在鍋爐中加入燃料燃燒。 由于補(bǔ)燃，鍋爐中的蒸發(fā)量增大，汽輪機(jī)的功率明顯增加。,93,3、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng),3.3.2、排氣補(bǔ)燃型聯(lián)合循環(huán) 與余熱鍋爐比較： 優(yōu)點：蒸汽的參數(shù)不受燃?xì)?/p>

25、輪機(jī)排氣溫度的限制，在部分負(fù)荷下，可在較大或很大的輸出功率變化范圍內(nèi)，不改變?nèi)細(xì)廨啓C(jī)的工況而只改變補(bǔ)燃燃料，即只改變汽輪機(jī)的功率來改變聯(lián)合循環(huán)的輸出功率。 缺點：由于補(bǔ)燃燃料的能量僅在蒸汽部分的循環(huán)中被利用，未實現(xiàn)能源的梯級利用，使得聯(lián)合循環(huán)的效率一般低于余熱鍋爐型。,94,3、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng),3.3.3、增壓燃燒鍋爐型聯(lián)合循環(huán),把燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室與鍋爐合為一體，形成在壓力下燃燒的鍋爐。,95,3、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng),由于增壓燃燒，整個鍋爐是一個尺寸很大的密閉壓力容器，為設(shè)計和安全運行等帶來了困難。,96,3、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng),3.3.4、加熱鍋爐給水型聯(lián)合循環(huán) 燃?xì)廨啓C(jī)的排氣僅用來加熱鍋爐給

26、水，這種聯(lián)合循環(huán)以汽輪機(jī)輸出功率為主。聯(lián)合循環(huán)的效率提高較少。,97,帶天然氣預(yù)熱的組合式三級壓力再熱循環(huán)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置,98,天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電比燃煤蒸汽發(fā)電效率高。前者目前達(dá)到5557，有的已突破60，后者目前可達(dá)4044，個別在開發(fā)中的可達(dá)45。 天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電電站投資較低，單位發(fā)電能力投資500-700$kW；燃煤鍋爐蒸汽發(fā)電電站為1100$kW。 天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電電站建設(shè)周期較短，2-3年，燃煤鍋爐蒸汽電站4-5年，核電站610年。天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電部分可先期運行，所以聯(lián)合循環(huán)電站可實行模塊式建設(shè)和操作。,3.4、天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電和燃煤鍋爐蒸汽發(fā)電的比較,

27、99,3.4、天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電和燃煤鍋爐蒸汽發(fā)電的比較 天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電成本構(gòu)成中，投資成本、操作成本均低于燃煤鍋爐蒸汽發(fā)電。 天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電對環(huán)境污染小。 天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電占地省，僅為同等規(guī)模燃煤電站的15；用水量少，僅為同等規(guī)模燃料電站40；環(huán)境相容性好，有利于廠址選擇，尤其是中等規(guī)模的天然氣聯(lián)合循環(huán)獨立分散發(fā)電裝置，可設(shè)置在用戶附近，減少輸配電設(shè)施和線路損失。,3、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng),100,3.4、天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電和燃煤鍋爐蒸汽發(fā)電的比較 天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電操作控制簡單，開停工迅速方便，適用多種氣、液燃料，有利于作為緊急需要的發(fā)電裝置如調(diào)峰、救災(zāi)等。 天然氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電雖有諸多優(yōu)點，但這類裝置必須建設(shè)在天然氣來源豐富、長期供氣有保證、管道設(shè)施完善的地方，而且氣價應(yīng)可與其他燃料競爭。,3、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng),101,第一節(jié)、熱電聯(lián)產(chǎn)和聯(lián)合循環(huán)