华南理工大学课件天然气开采与综合利用技术5-1(第五章联合循环发电).

天然气开采与综合利用NaturalGasExploitation&UtilizationTechnologiesSouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology第五章、天然气的能源利用SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/42天然气产业链下游：分配应用天然气的应用有两种方向：属于能源种类的气体燃料和作为化工基本原料。天然气的能源利用：热电联产和联合循环发电城市燃气分布式能源－天然气最高效率的利用途径天然气作为交通能源第一节、热电联产和联合循环发电SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/44前言：天然气在发电业中的利用世界用天然气生产电力的概况1、电力生产、消费和燃料构成电力是人类社会消费能源的高级形式，全世界生产的一次能源中约1/3用于电力生产。2、天然气在电力生产中的消费量及比例未来，天然气增长的消费量中，有50％以上将消费在电力市场。SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/45第一节、热电联产和联合循环发电1、热电联产和联合循环发电系统原理和意义SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/461、热电联产和联合循环发电系统原理和意义传统的发电和供热方式是分别实施，电、热分开生产。发电：天然气燃烧产生的高温烟气的热能(高品位的能量)用传统的蒸汽轮机无法直接利用，只能通过发生温度在500℃左右的高压蒸汽来推动蒸汽轮机做功，产生电力。供热：工厂中需要的中、低温热能由另外设置的锅炉发生的蒸汽取得缺点：天然气燃烧产生的高品位优质热能被降级使用，造成能量大材小用。利用天然气热、电分开生产方式燃料利用率较低，浪费能源。同时，这样安排使用燃料也加重了环境负荷，增加了C02等大气污染物的排量。1.1、原理SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/47热电联产系统效率热电联产系统CO2排放量1、热电联产和联合循环发电系统原理和意义SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/48“总能系统”：为了节约能源，提高天然气等能源的利用率，依据工程热力学理论，借助系统工程的方法，综合研究整个工厂中能量传递、转化和利用的全过程，按能量的品位高低，安排用于发电(或做动力)和供热，不同温度的热能按应用要求进行合理分配，做到热电结合，实现不同品位的能量梯级利用，达到最大限度地提高能源利用率。1、热电联产和联合循环发电系统原理和意义1.2、意义SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/491、热电联产和联合循环发电系统原理和意义SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/4101、热电联产和联合循环发电系统原理和意义“总能系统”具体应用有多种形式，如热电联产、燃气／蒸汽联合循环发电、先热利用、注蒸汽燃气轮机和湿空气燃气轮机等，但基本形式仍是热电联产和联合循环发电。SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/4111、热电联产和联合循环发电系统原理和意义热电联产：是指从一个能源顺序取得电和热两种以上的有效能量供实际利用的技术。燃气／蒸汽联合循环发电：是指一个能源经燃气轮机输出动力发电后，排出的较高温度烟气在排气余热锅炉中发生蒸汽，再以此蒸汽送入蒸汽轮机发电。1.3、概念SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/4122、热电联产系统天然气在热电联产中的利用有三种型式：蒸汽轮机型、燃料电池型和燃气轮机。SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/4132、热电联产系统2.1、蒸汽轮机型以锅炉产生的高温、高压蒸汽在蒸汽轮机中膨胀做功，输出动力发电，做功后的背压蒸汽供热；或者由蒸汽轮机中间抽出部分高压蒸汽供热。该形式未利用燃料燃烧高温烟气。SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/4142.1、蒸汽轮机型进汽汽轮机T排汽蒸汽网管背压式汽轮机示意图2.1.1、几种汽轮机形式SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/4152.1、蒸汽轮机型SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/4162.1、蒸汽轮机型蒸汽管网凝汽器汽轮机TN进汽抽汽冷却水抽汽凝汽式汽轮机示意图SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/4172.1、蒸汽轮机型蒸汽管网汽轮机TS进汽抽汽汽轮机TH抽汽背压式汽轮机示意图SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/4182.1、蒸汽轮机型2.1.2、理想蒸汽轮机循环蒸汽轮机循环是以水和水蒸气为工质的热机，在理想状况下，由给水泵、锅炉、汽轮机和凝汽器四个主要设备组成的理想蒸汽循环（也称朗肯循环）的热力系统。工质：实现热能和机械能相互转化的媒介物质，如空气SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/419蒸汽轮机循环热力系统SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/420蒸汽轮机循环SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/4212、热电联产系统2.2、燃料电池型：由一种燃料经电化学反应产生电能和热能供实际利用。2.3、燃气轮机型：是燃料燃烧后的高温气体作工质，直接在燃机内膨胀做功，输出动力发电。做功后甚高温度的烟气在排气锅炉中回收热能或直接利用高温烟气热能。SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/4222.3、燃气轮机型燃气轮机循环把燃料燃烧时释放出来的热量转变为有用功的动力机械。由压气机、燃烧室、燃气透平等部件组成。SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/423现在所用的燃气轮机都是等压燃烧加热的开式循环燃气轮机。工质来自大气，又排至大气SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/424燃气轮机SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/4252.3、燃气轮机循环2.3.1、理想简单循环简单循环是指由压气机、燃烧室、燃气透平三个基本部件组成的按照图中的方式构成的燃气轮机循环，这种热力循环也称布雷顿循环。SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/4262.3.1、燃气轮机理想简单循环理想循环是指燃气轮机中的工质是理想气体，气体的热力性质和流量不变，以及循环过程无损耗。SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/4272.3.1、燃气轮机理想简单循环2.3.1.1、燃气轮机循环的性能燃气轮机循环的性能主要取决于压缩比和温度比两个热力参数。SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/4282.3.1、燃气轮机理想简单循环2.3.1.1、燃气轮机循环的性能压缩比：压气机出口与进口压力之比膨胀机入口与出口压力比温比：透平进口处与压气机进口处的温度之比*1*2PP*1*3TT*4*3PPSouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/4292.3.1、燃气轮机理想简单循环2.3.1.2、燃气轮机循环性能指标燃气轮机循环的性能的主要指标是比功、循环热效率和有用功系数。SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/4302.3.1、燃气轮机理想简单循环2.3.1.2、燃气轮机循环性能指标比功：工质经过工作循环，单位质量工质（空气）对外界所做的工，燃气轮机向外界输出的净功。比功的大小反映了工质对外做功能力的大小。(忽略燃气与空气在流量上的差异)WT–透平的比功，J/kg,Wc—压气机的比功，J/kgCTnSouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/4312.3.1、燃气轮机理想简单循环燃气轮机的循环比功大，说明在做功量相同时，工质的流量小，机组的尺寸就可能较小；或者在同样的工质流量和装置尺寸下，燃气轮机的功率大。SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/4322.3.1、燃气轮机理想简单循环燃气轮机循环热效率：工质经过工作循环时，把加入到循环中的热量转变为输出功的百分数，即输入的热量中转化为输出功的部分所占的百分数。f—燃料的质量流量与空气的质量流量之比Hu－燃料的热值，J/kgqB—单位质量空气在燃烧室中吸收的热量,J/kgBnungtqwfHwSouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/4332.3.1、燃气轮机理想简单循环2.3.1.2、燃气轮机循环性能指标有用功效率：是循环中膨胀功在扣除压缩功后转变为输出功的份额，也等于循环比功与膨胀功的比值。SouthChinaUniversityofTechnologySouthChinaUniversityofTechnology2020/1/4342.3.1、燃气轮机理想简单循环2.3.1.3、理想简单循环的特性：1、工质为理想气体，其定压比热Cp和等熵过程指数k不随