燃气轮机与联合循环-姚秀平-课后题答案-第一单元

1.

从高温热源吸收热量：a-2-3-4-5-b-a；

对外做功：1-2-3-4-5-6-1；

向低温热源放出热量：a-2-3-4-5-b-a；

效率：对外做功：1-2-3-4-5-6-1与从高温热源吸收热量：a-2-3-4-5-b-a的间接比。

2.

可用能

不可用能

1

2

3

4

a b

T

S

从高温热源吸收热量：a-2-3-b-a；

对外做功：1-2-3-4-1；

向低温热源放出热量：a-1-4-b-a；

效率：对外做功：1-2-3-4-1与从高温热源吸收热量：a-2-3-b-a间接比。

3

和

4、从热力学角度看，汽轮机循环利用了蒸汽可在常温下凝结的特性，达到了较低的工质平均放热温度，但工质平均吸热温度不高。燃气轮机循环的工质平均吸热温度高，但工质平均吸热温度不低。

汽轮机发展方向：开发新材料以便把主蒸汽参数从亚临界水平逐步提高到超超临界水平；采用两次再热等手段改进热力系统及设备的设计。其中，主要方向为提高工质平均吸热温度。燃气轮机发展方向：提高燃气平均吸热温度。

5、燃气轮机是工作于高温区的一种热机，易于利用高品位的热量；

汽轮机是工作于低温区的一种热机，易于利用低品位的热量；

而联合循环按照热量梯级利用的原则将燃气轮机和汽轮机结合起来，可以将高品位和低品位的热量同时利用起来。由于联合循环同时利用了燃气轮机循环平均吸热温度高和汽轮机

循环平均放热温度低的优点，又同时克服了两者的缺点，所以可以达到较高的循环效率。 6、ISO 基本功率是指在国际标准化委员会所规定的ISO 环境条件下燃汽轮机连续运行所能达到的功率。ISO 环境条件：温度15℃，压力0.01013MPa 相对湿度60%。

7、燃气轮机与汽轮机同轴，共同驱动一台发电机的联合循环机组称为单轴机组； 燃气轮机与汽轮机不同轴，各驱动一台发电机的联合循环机组成为多轴机组。 8、前置循环是工作于高温区，输入大部分热量的循环，它会产生大量的余热； 后置循环是工作于低温区以前置循环的余热为主要热源的循环。

两者通常用换热设备耦合在一起，最广泛的应用是燃气——蒸汽联合循环。 9、最基本的三种联合循环形式：余热锅炉型、补燃余热锅炉型和增压锅炉型。 余热锅炉型：

2

1C

GT B

燃料

3

G

4

G

5

6

HRSG 7811

P

CC 10

ST

9

燃气轮机可用能2T

s

4

3

1

611

7

5

8

9

10b d c a 汽轮机可用能

燃气轮机子循环：从高温热源吸收热量：a-2-3-c-a ； 对外做功：1-2-3-4-1； 通过余热锅炉传向谁的热量：b-5-4-c-b ； 向外界放出了热量：a-1-5-b-a ； 汽轮机子循环：从余热锅炉吸收的热量：b-6-7-8-9-d-b ，与面积b-5-4-c-b 相等；

对外做功：6-7-8-9-10-11-6；通过凝汽器向外界放出的热量:b-11-10-d-b ； 补燃余热锅炉型：

P

C G

12

B

燃料

84

HRSG GT

3

6

7

911

ST

5

CC

10G

燃料a 1

2b 11

65

7

T

c d

s

10

8

4

9

3

12

汽轮机可用能

燃气轮机可用能

增压锅炉型：

P

C

G

12燃料

84

PCB

GT

367

9

11ST

5

CC 10G

12

ECO

汽轮机可用能

1

a 211

b 65

7T

燃 机可用能

3

10

c

d s

8

412

9

13

10、余热型：优点是技术成熟。系统简单、造价低、启停速度快缺点是余热锅炉效率低、汽轮机的功率和效率也低，所以不仅机组功率不大，而且效率也不高。

补燃型：优点是在燃气轮机排气温度较低的情况下，可使蒸汽参数及流量大幅度提高，从而使机组的容量增大、效率提高；同时机组的变工况性能也可得到改善。缺点是它并不是纯粹能量梯级利用意义上的联合循环，其中或多或少有一部分热量参与了汽轮机循环。所以，他只是在因蒸汽参数受限而无法采用高参数大功率汽轮机的条件下才可能优越于纯粹能量梯级利用意义上的余热锅炉型联合循环。

增压型：优点是在燃气轮机排气温度较低的情况下，可使蒸汽参数及流量不受限制，从而可达到较大的机组容量和较高的机组效率；同时由于燃烧是在较高的压力下进行的，烟气的质量流速较高，所以锅炉的传热效率高，所需的传热面积小，锅炉尺寸紧凑缺点是系统复杂、制造技术要求高、燃气轮机不能单独运行，同时兼有和补燃型类似的缺点。

综上可知，余热锅炉型联合循环将是今后的发展方向。

11、增压流化床联合循环PFBCC和整体煤气化联合循环IGCC是最有发展前途的两种燃煤型联合循环。

12、最基本的优点：高效率、低污染、低水耗。

13、一拖一：一台余热锅炉和一台汽轮机。可采用燃气轮机与汽轮机同轴，共同配置一台发电机的单轴方案，也可不同轴，各配置一台发电机的双轴方案。

二拖一：两台余热锅炉和一台汽轮机。只能采用不同轴各配置一台发电机的双轴方案。

14、配置旁通烟道的好处：启停时，不必对燃气轮机、余热锅炉和汽轮机的工作状态进行严格协调；增加运行调节的灵活性，并方便临时性的检修及事故处理；必要时，可使燃气轮机维持单循环运行；可对整个工程分段建设、分期投运，从而可合理注入资金，更快地获得回报。

但配置旁通烟道需要增加投资，并且即使在正常运行的情况下，旁通挡板处也往往存在烟气泄漏损失，所以不再配置。

15和16、最大的差别在于：常规蒸汽循环机组中设有多级给水加热系统，该系统利用汽轮机的抽汽将给水逐级加热到比较高的温度后再送入锅炉，提高汽水工质在锅炉中的平均吸热温度从而提高循环效率；而联合循环机组一般不设给水加热系统，并且须使送入预热锅炉的给水问道尽可能的低。

其原因在于：常规蒸汽锅炉都装有空气预热器，它可以进一步利用锅炉汽水受热面后的烟气余热而不至于时余热损失掉；而联合循环机组中的余热锅炉并无空气预热器，因此若给水温度太高，汽水受热面后的烟气余热只能损失掉。第二个主要的区别是常规机组设有专门除氧器，而联合循环机组往往将除氧器与余热锅炉或凝汽器合为一体，其原因也在于为了尽可能的利用烟气余热。

17、ηcc=ηgt+（1-ηgt）ηhηst；

Scc=【（1-ηgt）ηh】ηst/ηgt；

余热锅炉联合循环热效率ηcc，功比率Scc，燃气轮机效率ηgt，汽轮机循环的热效率ηst，余热锅炉效率ηh

18、在余热锅炉型联合循环中，燃气轮机的工作情况对联合循环的影响最大，汽轮机和余热锅炉的影响相等，但均比燃气轮机小。

19、只要ηgt提高1%不至于引起ηhηst降低1.13%以上，ηcc就可以随ηgt提高而提高。

20、优点：启停时间短，便于调峰运行；部分负荷下的热经济性高；占地面积小；比投资费用低；建设周期短；管理费用低；机组的运行性能高于或至少相当于常规燃煤机组缺点：机组的出力和功率受环境条件、特别是环境温度的影响较大；常规联合循环机组只能燃用石油、天然气等优质燃料，当本地区不具备这些资源时，燃料成本可能会比较高。

21、ηcc=ηgt+（1-ηgt）ηhηst=0.39+（1-0.39）*0.9*0.36=0.58764；

Scc=【（1-ηgt）ηh】ηst/ηgt=（1-0.39）*0.9*0.36/0.39=0.50676923；

Pcc=Pgt+Pst=Pgt（1+Scc）=406.827692MW.