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工热大作业

燃料—蒸汽联合循环性能分析报告

摘要

提高电厂的安全性以及经济性是每个电站运行人员的目标，而性能监测可对生产过程进行全面的经济分析，可以精确的、动态的反映出企业的经济效益状况。

实时以及历史数据计算的分析也为电厂人员进行检修等提供有力的数据以及分析手段的支持。

性能监测还是节能降耗的行之有效的分析手段，而发电厂的热力系统及设备地节能给电厂运营带来明显的经济效益。

本文对福建晋江燃气一蒸汽联合循环系统进行了分析，对燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机分别建立了针对性的理论分析模型，而且对联合循环整体建立了不补燃型余热锅炉的燃气一蒸汽联合循环的整体分析模型。

对燃气一蒸汽联合循环各部分的性能指标体系进行了归纳和总结，并根据目标燃气电厂针对每一部分每一性能指标确定了具体的实施算法。

依托计算平台与实时数据库的连接，把总结归纳的具体算法通过模型化组态的方法转化成为计算平台语言，最后绘制具体的实时画面使实时计算结果得以显示出来，最终形成完整的燃气一蒸汽联合循环的热力性能实时计算分析软件。

研究燃气一蒸汽联合循环机组在线监测的目的是通过厂级实时生产过程的监测，主要目的就是对生成过程中提供实时的分析和指导，从而提高电r机组在运行过程中可靠性和经济效益，并为电厂决策进行服务。

关键词：

燃气轮机，联合循环，性能计算与分析。

1、燃气—蒸汽联合循环的发展状况

我国很早就开始发展燃气轮机发电技术，在理论和实践两方面都对世界燃气轮机的发展有过很大的贡献。

但是由于我国政策、经济、能源、国情等各方面因素的影响，燃气蒸汽联合循环发电技术发展一直比较缓慢。

70年代以后，特别是改革开放以来，在我国电力供应紧张和国民经济快速发展的情况下，燃气蒸汽联合循环发电更凸显其重要的地位，并且一些沿海发达地区得到快速发展。

上世纪末，在沿海以及部分油气田地区建立了一批以中小机组为主的燃气轮机电厂经过长期的研究表明，燃气轮机电厂具有一系列明显的优点：

启动快、建设周期短、耗水少、调峰性能好、占地面积小、发电效率高以及环境

污染少等。

我国与国外的先进水平还存在着明显的差距，主要表现在：

到2002年，全国发电总容量仅1.8%是燃气蒸汽联合循环提供发电容量，远低于其他国家的比例，这说明我国燃气蒸汽联合循环的比例依然很低。

我国燃气轮机机组的性能水平很低，目前还达不到国外的90年代的水平，相比其国外的单机功率、联合循环效率和简单循环效率都有不小的差距。

我国联合循环装备研发和制造水平很低，技术主要从国外引进，国内的市场技术和核心部件基本被国外大型制造企业所垄断。

显然，目前燃气一一蒸汽联合循环能否适应我国目前电力行业，主要取决于以下几点：

①在相当长一段时间内，发电工业需求和天然气资源的供应能否匹配？

②燃气发电成本，天然气价格以及燃煤电价格，三者能否形成良性的关系？

③从长远来看，我国的三大汽轮机制造企业能否为我国提供优质并且廉价的燃气蒸汽联合循环的热力设备。

2、燃气一一蒸汽联合循环的理论模型

1.燃气轮机循环的理论模型分析

图2-1简单循环燃气轮机装置流程示意图

理想循环是指构成燃气轮机的4个循环过程都是可逆的，即压气机的压缩过程是等熵（绝热无损，熵流和熵产都等于零）压缩过程，燃室的燃烧过程是等压（无流动损失，无散热和燃烧损失）燃烧过程，透平的膨胀过程是等熵（绝热无损，熵流和熵产都等于零）膨胀过程，排气的放热过程是等压（无流动损失）放热过程。

1-2为等熵压缩过程，方程为：

（2-1）

2-3为等压燃烧过程，方程为：

p2=p3或者

，（2-2）

3-4为等熵膨胀过程，方程为：

（2-3）

4-1为等压放热过程，方程为：

（2-4）

压气机等熵压缩过，消耗的功：

Wc=i2-i1（2-5）

燃气透平中等熵膨胀，所作的功：

WT=i3-i4（2-6）

整个燃气轮机的循环净功：

Wo=Wt-Wc（2-7）

循环吸热量：

（2-8）

循环放热量：

（2-9）

装置循环热效率：

（2-10）

上述式中，V为比容，T为热力学温度，P为压力，I为洽，K为绝热指数，Cpm为平均定压比热容。

考虑有流动阻力损失的单轴燃气轮机的简单循环的热力学分析：

在考虑流动阻力损失的简单循环路径中，需要考虑压气机进口的空气滤网以及进口管道的流阻损失所引起的滞止压力的降低，另一方面压气机是有绝热损失的压缩过程，燃烧室、透平排气管道都具有流动损失，同时实际情况下透平的工作过程也伴随着绝热损失，这些损失都使得整个燃机的循环具有一定的能量损失。

图2-3有流阻损失的燃气轮机简单循环压容團

图2-4有流阻损失的最简单实际循环的压容图与温摘图

为了描述流阻损失对热力学分析的影响，这里引入压力损失系数V:

V=V（-VtVr>1（2-11）

式中，Vc=h>l

得到空气压缩比：

根据理论和实践的经验，我们规定一些循环参数：

压气机进气道压损：

Vc=1.010

压气机排汽和燃烧室压损系数：

Vr=1.031~1.064

燃气透平排汽压损系数：

vt=1.026~1.075

压气机内效率取0.88，燃烧室燃烧效率取0.98，燃气透平内效率取0.9.

1.空气在压气机内的压缩过程

压气机进气道压损系数

压缩比

1点空气熵函数值：

ei=e（Ti）=f2（Ti）（2-18）

1一2'等熵压缩过程Br=01+Rlnit（2-19）

式中：

R为空气常数

2'点绝热压力函数：

（2-20）

2'点绝热温度T2.=f3（Ip2'）（2-21）

2'点空气比洽：

（2-22）

压缩效率：

η（2-23）

压气机实际耗功：

（2-24）

所以，燃气机总效率为：

2.燃气轮机燃烧室内的燃料空气混合燃烧

根据燃气轮机燃烧室的能量平衡，燃气和空气带入的洽值与进入祸轮如今

的洽值相同（忽略对外散热损失），有：

Qin=Qout（2-25）

即：

（2-26）

式中：

M「燃料流量，kg/s

Ma—空气流量，kg/s

Qar，net，p—燃料地位发热量，

l3—燃气祸轮入口燃气比洽，kj/kg

3.燃气透平中的燃气做功

膨胀比

（2-27）

燃气轮机入口点3比洽

（2-28）

3处燃气熵值

（2-29）

燃气等熵膨胀到4'点，燃气的熵函数值为

（2-30）

绝热压力函数：

（2-31）

绝热温度：

（2-32）

燃气比洽

（2-33）

燃气透平内效率

（2-34）

燃气透平燃气出口温度：

（2-35）

透平膨胀功：

（2-36）

2、余热锅炉概述

在燃气一蒸汽联合循环电站中，余热锅炉（heatrecoverysteamgenerator，HRSG）是燃料串行使用路径中把上位电站的放热量传递给下位电站，变成下位电站的吸热量的设备

余热锅炉所传递的这部分热量，可能是下位电站的全部吸热量（对于燃料能量完全串行的联合循环电站而言），也可能是下位电站吸热量的一部分（对于含有燃料能量并行的联合循环电站，或含有非联合循环成分的联合循环电站来说）。

余热锅炉可以是补燃型的（对于燃气轮机排汽温度与流量能够满足不了蒸汽轮机新蒸汽参数和流量要求的情况下），也可以是不补燃型的（对于燃气轮机排汽温度与流量能够满足蒸汽轮机新蒸汽参数和流量要求的情况下）。

在当今燃气轮机和汽轮机的科学技术和生产制造水平下，普遍采用不补燃的余热锅炉。

在此我们不研究余热锅炉的传热效率，所以我们认为其效率不变，为常数，其效率能达到70%—80%。

3、汽轮机理论分析模型

燃气一蒸汽联合循环电站中的下位电站由余热锅炉和汽轮机装置构成。

余热锅炉的任务是在炉内组织高效的传热，把燃气轮机排气所携带的热量传给锅中的水和水蒸气，生产出符合汽轮机要求压力、温度和流量的水蒸气，送入汽轮机膨胀做功。

电站锅炉与余热锅炉的最大区别是，电站锅炉要求有一个稳定、高效率的燃烧系统，而不补燃的余热锅炉不需要燃烧系统。

从传热角度上来说，电站锅炉的换热方式既有福射传热，也有对流传热和热传导传热，而不补燃的余热锅炉则以对流传热和热传导传热为主。

从压力级来看，电站锅炉目前为止还只是单压锅炉，而余热锅炉除了单压之外还有双压以及三压锅炉。

在理论上，循环函数法用系统热力过程的而不可逆性或熵增来分析热能做功能力的损失和废热的增加，对热力学系统进行定性分析，论证了热力学系统中公布可逆性或熵增与汽轮机的排汽系数的大小是一致的。

在定性计算上，对1kg进入汽轮机的新蒸汽的做功量和对应的效率，分别使用下述公式计算：

3、燃气蒸汽联合循环的总效率分析及提高措施

综上所述，整体循环为分为燃气机、余热锅炉及蒸汽机三部分组成（在此认为余热锅炉效率不变），所以我们可以分别提高燃气机循环和蒸汽机循环各自的效率以达到提高总效率的目的。

根据所学知识，以下为提高总效率的方法：

1、提高燃气循环的增温比；

2、减小燃气循环中压气机压缩过程和燃气轮机中膨胀过程的不可逆性；

3、在回热的基础上，采取分级压缩中间冷却，分级膨胀中间再热的措施；

4、在蒸汽循环过程中，提高新蒸汽的温度；

5、在蒸汽动力循环中，提高初压或者减小背压；

6、蒸汽动力循环中，也采取再热和回热的措施。

4、总结

本文对福建晋江燃气一蒸汽联合循环系统进行了分析，对燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机分别建立了针对性的理论分析模型，而且对联合循环整体建立了燃气一蒸汽联合循环的整体分析模型。

对燃气一蒸汽联合循环各部分的性能指标体系进行了归纳和总结，系统的总结了燃气轮机，余热锅炉以及蒸汽轮机的性能指标体系。

并根据目标燃气电厂针对每一部分每一性能指标确定了具体的实施算法。

参考文献：

[1]焦树建.燃气一蒸汽联合循环.机械工业出版社.2000

[2]麋洪元.国内外燃气轮机发电技术的发展现况与展望[J].电力设备，2006，7（10）：

8-10

[3]焦树建.整体煤气化燃气一蒸汽联合循环（IGCC）.中国电力出版社.1996

[4]李孝堂，侯凌云，杨敏，侯晓春，尚守堂.现代燃气轮机技术.航空工业出版社.2.006

[5]段秋生.燃气一蒸汽联合循环电站热力性能分析理论与计算[D].北京：

清华大学，2010

[6]刘万琨，魏旒璞，赵萍，李银凤.燃气轮机与燃气一蒸汽联合循环.化学工业出版社.2006

[7]徐强，崔耀欣，张楹.V94.3A燃气轮机的技术分析[JL2006,35（3）：

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